Energieeffizienzbewertung von leistungsverzweigten, hybridisierten Fahrantrieben für Radlader

Hydrostatisch-mechanische Leistungsverzweigungsgetriebe bieten großes Potential zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bei Radladern, welche den Großteil ihrer Arbeitsleistung durch Fahrbewegungen der Maschine erbringen. Simulative Analysen sind im Entwicklungsprozess dieser Getriebe ein wichtiges Werkzeug zur Effizienzbewertung. Um auch die Verluste im mechanischen Getriebeteil detailliert zu berücksichtigen, die in frühen Entwicklungsstadien oftmals nur anhand konstanter Verzahnungswirkungsgrade in die Betrachtungen einfließen, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Vorgehen zur Effizienzbewertung vorgestellt, das eine vereinfachte Vorauslegung der mechanischen Getriebekomponenten beinhaltet. Die gute Übereinstimmung eines derart parametrierten Simulationsmodells mit der Realität wird anhand von Prüfstandsmessungen belegt. Zudem wird das Vorgehen zur simulativen Analyse von drei sich hydrostatisch und mechanisch grundlegend unterscheidenden Getriebestrukturen für Radlader genutzt. Im Vergleich zu Getriebesimulationen, die konstante Verzahnungswirkungsgrade als einzige mechanische Verluste berücksichtigen, kann der starke Einfluss der Modellierung auf die Ergebnisse herausgearbeitet werden. Neben dem Getriebewirkungsgrad ist für den Kraftstoffverbrauch der Maschine die Betriebsstrategie für das Zusammenspiel von Dieselmotor und Getriebe entscheidend. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Kraftstoffeinsparpotential dreier Betriebsstrategien für einen Fahrantrieb aus Leistungsverzweigungsgetriebe und drehzahlreduziertem bzw. regulärem Dieselmotor gegenüber einem heute weit verbreiteten Wandlerantrieb für zwei typische Ladezyklen untersucht. In simulativen Analysen werden deutliche Effizienzpotentiale herausgestellt und eine verbrauchsoptimale Drehzahlabsenkung bei Einsatz eines Leistungsverzweigungsgetriebes als zielführend bewertet. Neben der Optimierung von Dieselmotor, Getriebe und deren Zusammenspiel können Hybridsysteme weitere Potentiale zur Kraftstoffeinsparung bieten. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein paralleles hydrostatisches Hybridsystem für den Einsatz in Radladernsimulativ bewertet. Es wird aufgezeigt, dass der Großteil der bei Bremsvorgängen aus dem Fahrantrieb zurückgespeisten Energie direkt von den übrigen Verbrauchern genutzt wird, so dass nur geringes Rekuperationspotential besteht. Durch Unterstützung des Dieselmotors bei nur gelegentlich auftretenden Leistungsspitzen, nach denen dieser heute ausgewählt wird, bietet das Hybridsystem jedoch Potential zur Verkleinerung des Dieselmotors.