Entkopplung Nebenaggregate - Entwicklung einer Methodik zur Wirkungsgradverbesserung von Antrieben bei mobilen Arbeitsmaschinen durch eine bedarfsgerechte Regelung der Nebenaggregate
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des durchgeführten Projekts „Entkopplung Nebenaggregate“ war die Ermittlung des möglichen Effizienzsteigerungspotentials durch Entkopplung der an einem Verbrennungsmotor angebrachten Nebenaggregate, wie z.B. die Wasserpumpe, Klimakompressor oder Lichtmaschine. Heute werden diese üblicherweise mit einem festen Übersetzungsverhältnis zur Kurbelwelle vom Motor selbst angetrieben. Insbesondere bei Lastkollektiven mit häufig hohen Drehzahlen, aber nur mittleren Motorlasten sind Einsparpotenziale gegeben. Um die Leistung der Nebenaggregate an den tatsächlichen Bedarf anzupassen, können diese z.B. durch elektrifizierte, mehrstufige- oder gar stufenlose mechanische oder hydraulisch angetriebene Varianten substituiert oder getaktet betrieben werden. Entkopplungsvarianten sind teilweise bereits auf dem Markt verfügbar und im PKW-Bereich teilerprobt, jedoch fehlen bis heute belastbare Nachweise sowie wissenschaftlich fundierte Entkopplungsstrategien. Aus den im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten Versuchen lassen sich folgende Entkopplungsempfehlungen ableiten: 1) Vollvariabler, kontrollierbarer Lüfter mit möglichst schnellen Reaktionszeiten und optimierten Verlusten hinsichtlich Leistungsanpassung, also möglichst kein Viskoschlupf; 2) 2- oder mehrstufiger Generator; intelligentes Lademanagement hinsichtlich Puffer-Ausnutzung und demzufolge Laden im Wirkungsgradoptimum; 3) Luftpresser mit vollständiger Entkopplungsmöglichkeit über Magnetkupplung; 4) Klimakompressor mit variablem / gepulstem Kältemittelstrom mittels getakteter Reibkupplung o.a. und somit Ausnutzung der Wärmekapazitäten der Wärmetauscher; 5) Volumenstromvariable Ölpumpe mit 2 Druckstufen; 6) Vollvariable oder in mehreren Stufen schaltbare, möglichst mechanische Wasserpumpe; Anpassung hydraulisches System ratsam; weitere Thermomanagementmaßnahmen sinnvoll; 7) Überschlägig gerechnet kann man, ausgehend von 800 Betriebsstunden/Jahr, mit Einsparungen von 200 bis 600 l/a bei den verbrauchsintensiven Aggregaten Lüfter, Klimaanlage, Generator und Luftpresser rechnen. Bei Maschinennutzung überwiegend in hohen Drehzahlbereichen durchaus auch bis zu 900 l/a, insbesondere, wenn der Luftpresser nur selten benötigt wird und unnötig mitgeschleppt werden muss.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Numerische 1D-Simulation von elektrisch hybriden Antriebssträngen und Nebenaggregaten mobiler Arbeitsmaschinen, E-Motive „Elektrische Fahrzeugantriebe“, 7./8. September 2011, Aachen
Otto, F., Geimer, M., Springmann, M. und Gratzfeld, P.
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Nebenaggregate in mobilen Arbeitsmaschinen – Simulation zur Potentialabschätzung der Effizienzsteigerung durch bedarfsgerechte Drehzahlregelung, 5. E-Motive Expertenforum Fahrzeugantriebe, 12./13. September 2012, Stuttgart/Fellbach
Otto, F. und Geimer, M.
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Potentialanalysen entkoppelter und bedarfsgerecht angetriebener Nebenaggregate von Motoren mobiler Arbeitsmaschinen, 8. Internationale MTZ- Fachtagung, 5. und 6. November 2013, Ludwigsburg
Berlenz, S., Wagner, U. und Otto, F.
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Verbrauchsreduzierung durch Drehzahl- Entkopplung von Nebenaggregaten an mobilen Arbeitsmaschinen, 4. Fachtagung Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen, 20. Februar 2013, Karlsruhe. In: Karlsruher Schriftenreihe für Fahrzeugsystemtechnik, Band 15, Seiten 37-48
Berlenz, S., Otto, F., Wagner, U. und Geimer, M.
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Potentialanalyse bedarfsgerecht betriebener Nebenaggregate an einem Off-Highway-Motor, Dissertation, KIT Maschinenbau. Berlin, Logos-Verl. 2015. - 153 S.
Berlenz, S.
