Transformation der hydrostatischen Antriebstechnik zur E-Mobilität

Hydrostatische Antriebstechnologien und Steuerungstechnik für den Fahr - und Arbeitsantriebe sind seit Jahren Stand der Technik. Angepasst an die jeweiligen Fahrzeuganforderungen, sind System – und Produktentwicklungen durchgeführt worden um die spezifischen Fahr- und Arbeitsprofile abbilden zu können.

Diese Entwicklungen und Systemlösungen werden in diesem Kapitel zusammengefasst dargestellt und die besonderen Merkmale erläutert. Dies in Bezug auf die Produkte und deren Zusammenwirken im Gesamtsystem.

Des weiteren werden die physikalischen Zusammenhänge auch an einem Antriebsbeispiel mit Berechnung dargestellt.Es wird das Gesamtsystem bestehend aus Verbrennungsmotor, Achsen und Zwischengetriebe und dem Hydrauliksystem bestehend aus Fahr – und Arbeitsantrieb mit Steuerungstechnik analysiert.

Diese Analyse ist die Basis, um für die Transformation zur E – Mobilität analoge Antriebsstrukturen zu erreichen.

Die Transformation zur E – Mobilität erfolgt mit erkennbaren Prioritäten. Es werden die Fahrzeugklassen und Fahrzeugtypen definiert, die aufgrund der Einsatzverhältnisse im besonderen Fokus stehen. Dies betrifft Punkte wie Emissionsvorgaben, wie auch verfügbare Ladestrukturen.

Da zukünftig zwei Antriebsstrukturen parallel verfügbar sein müssen, Hydrostatik und E – Antrieb, kommt der Entwicklung einer Plattformstrategie eine besondere Bedeutung zu. Es werden die hierfür vorhandene und mögliche technische Rahmenbedingungen vorgestellt. Da beide Antriebsstrukturen für das Fahrzeug vergleichbare Ergebnisse in Bezug auf Dynamik und Einsatzprofile aufweisen müssen, sind entsprechende Systemvorgaben zu definieren. Die Punkte, die für diese Substitution zu berücksichtigen sind, werden in diesem Kapitel näher erläutert

Die Entwicklung und Zeitpunkt von E – Mobilitätssystemen kann mit dem Beginn von Hybridsystemen definiert werden. Mit der Festlegung von modifizierten Emissionsgrenzen bei Verbrennungsmotoren und der damit verbundenen zusätzlichen erforderlichen aufwendigen Abgasreinigungssystemen wurde eine intensive Entwicklung begonnen, um über geeignete Hybridsysteme technische Lösungen zu erreichen, aber auch einen wirtschaftlichen Rahmen berücksichtigen. Das Kapitel beschreibt Optionen mit Hybridantrieben und welche Ergebnisse zu erwarten sind. Da durch die Forderung nach Zero Emission der Hybridantrieb bei Kompaktmaschinen durch rein elektrische Antriebstechnik zu ersetzen ist, wird in diesem Kapitel ein Vergleich beider Systemoptionen und Fahrzeugtopologie durchgeführt.

Da Fahrzeuge mit beiden Antriebstechnologien – Hydrostat und E – Antrieb – vergleichbare Fahrzeugdynamik und Betriebsdaten aufweisen müssen, sind die bisherigen erreichbaren Eckpunkte des Belastungsprofil als Benchmarke zugrunde zu legen. Um dieses Entwicklungsziel für eine E – Mobilitätsstruktur zu erreichen, sind die technischen Vorgaben zu definieren. Vor diesem Hintergrund sind die maßgebenden Analogien zu analysieren, die zur Definition des elektrischen Antriebes von Bedeutung sind.

In diesem Kapitel werden die Zusammenhänge der hydraulischen Kennwerte wie Druck und Moment für die Hydraulikkomponenten und die Kennlinie für das Moment und Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotor zu den spezifischen Kennwerten eines Synchronmotors erläutert.

Basierend auf dieser Analyse ist eine definierte Grundlage zur Projektierung einer E – Antriebstruktur möglich.

Der technische Wandel zur E – Mobilität bietet wie jede technische Neuentwicklung die Möglichkeit die möglichen Einsatzprofile der Fahrzeuge im Vergleich zu den bisherigen Strukturen zu optimieren. Dies setzt allerdings voraus, dass die zusätzlichen möglichen technischen Potentiale, die durch die spezifischen Merkmale der neuen Antriebsprodukte vorhanden sind auch genutzt werden. Es ist deshalb eine 1:1 Umsetzung auf die neue Technologie nicht zielführend. Auch vor dem Hintergrund einer sinnvollen Plattformstrategie sind deshalb neue technische Ansätze zu untersuchen. In diesem Kapitel werden ergänzende technische Lösungen analysiert und energetische Vergleiche vorgenommen.

Die Definition von neuen technischen Strukturen hat ebenfalls einen direkten Einffuss auf die erforderliche Softwareentwicklung.

Da durch ergänzende Boost – Optionen eine Plattformstrategie unterstützt werden kann, wird in diesem Kapitel dieser technische Ansatz im besonderen untersucht.

Da bei der Transformation zur E – Mobilität eine Trennung des Fahr – und Arbeitsantriebs vorhanden ist, aber unter bestimmten Voraussetzungen ein Zusammenwirken beider Antriebsliniensinnvoll ist, ergibt sich daraus eine besondere Anforderung an die Fahrzeugsteuerung.

Die Entwicklung der Fahrzeugsoftware beinhaltet zum Einen die diversen Algorithmen für die Fahr – und Arbeitsantriebe mit eventuellen Boost – Optionen wie aber sicherheitsrelevante Vorgaben für die diversen Controllereinheiten und Batterieüberwachungssystem BMS.

Die wesentlichen Entwicklungsaufgaben werden in dem Kapitel beschrieben.

Bei der Konzipierung der neuen Antriebsstrukturen ergeben sich für die erforderlichen Komponenten spezifische Anforderungen, um den energetischen Ansprüchen gerecht werden zu können, wie aber auch z. B reduzierte Batteriebelastung, akzeptable Geräuschemission und Realisierung einer Plattformstrategie.

Es sind deshalb alle wesentlichen Komponenten betroffen, wie Hydraulikprodukte, Synchronmotoren, Batterie und Controller. Die technischen Vorgaben und Lösungsansätze sind in diesem Kapitel beschrieben.

Es werden mögliche Skalierungsoptionen im Kontext einer Plattformstrategie dargestellt.

Im Zusammenhang mit der Transformation zur E – Mobilität werden verschiedene Antriebsoptionen vorgestellt. Um die Beurteilung, welche Optionen aus technischen und wirtschaftlichen Gründen die bestmögliche Antriebsstruktur erwarten lässt, werden unterschiedliche Lösungsansätze vorgestellt und anhand von Berechnungsbeispielen unterlegt.

Es werden modulare Strukturen erläutert, die je nach Anforderungsprofil zu einer Plattformstrategie beitragen können. Durch die Auslegungsbeispiel sind auch die Potentiale zu erkennen um eine bestmögliche Energiebilanz zu erreichen.

Die Zusammenfassung stellt die möglichen Optionen gegenüber und eine Bewertung der Optionen nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

Zusätzlich werden auch die Punkte, wie der möglichen Marktstrategien, Servicefragen, Realisierung einer Entwicklungsplattform und Skalierungseffekte behandelt.