Fluidtechnik für Off-Highway-Anwendungen:

Die hydraulischen Systeme mobiler Arbeitsmaschinen werden immer smarter

Hersteller aus dem Bereich Hydraulik definieren mit modernen Systemen für Antrieb, Federung und Lenkung sowohl Effizienz als auch Komfort im Arbeitsalltag von Bau- und Landmaschinen beständig neu. Die Lösungen, die Mitte November auf dem Messegelände in Hannover zu sehen sein werden, sorgen für ein besseres Fahrverhalten und erhöhen die Effizienz. Ein Beispiel dafür sind hydraulische Radnabenmotoren als Zusatzantrieb. Sie sind die passende Ausstattung, wenn das Fahrzeug überwiegend auf befestigter Straße bewegt wird und nur vorübergehend einen erhöhten Traktionsbedarf auf losem Untergrund hat oder an steilen Rampen eine Anfahrhilfe benötigt. Ein Tastendruck im Cockpit genügt – und schon wird der Zusatzantrieb aktiv.

Allrad auf Knopfdruck

Die hydrostatischen Getriebe unterscheiden sich erheblich von den permanenten Allradantrieben mit Kardanwelle, wie sie für schwere Off-Highway-Einsätze Stand der Technik sind. Im Zentrum steht eine Hochdruckpumpe, die mit einem oder mehreren Hydraulikmotoren verbunden ist.

Die mechanische Leistung des Dieselmotors wird durch die Pumpe in hydraulische Leistung umgewandelt und über ein Differenzialgetriebe auf die Antriebsachsen übertragen. Jüngste Entwicklungen kombinieren hier zwei- und dreistufige Planetengetriebe mit Axialkolbenmotoren zu individuellen und modular aufgebauten stufenlosen Antriebspaketen für Bau- und Landmaschinen. Abhängig von der Fahrsituation wird nur so viel Drehmoment an der Vorderachse aufgebaut, wie für die Traktion tatsächlich erforderlich ist. Grundlage einer solchen intelligenten Steuerung sind Sensoren, die Schlupf sowie Gewicht und Neigungswinkel des Fahrzeugs erkennen. Die optimale Auslegung der Hochdruckpumpen und -motoren verbessert nicht nur den Wirkungsgrad des Fahrantriebs – sie macht den Weg auch frei für ein Downsizing des Dieselmotors. Je nach Fahrzeugkonfiguration beträgt der Nutzlastvorteil gegenüber einem konventionellen Allradantrieb bis zu 750 Kilogramm. Hinzu kommt die Kraftstoffersparnis, denn bei abgeschaltetem System drehen sich die nicht angetriebenen Räder frei mit.

Volle Leistung bei weniger Verlusten

Die Hydraulik ist auch immer dann gefragt, wenn mobile Arbeitsmaschinen sparsamer werden sollen. Aus diesem Grund dürfte der Fokus an vielen Messeständen auf der Präsentation von Load-Sensing-Technologien der jüngsten Generation liegen. Das Regelprinzip steht für anspruchsvolle hydraulische Anwendungen im offenen Kreislauf, bei dem der Ölstrom entsprechend den aktuellen Druck- und Volumenanforderungen aufgeteilt und exakt eingeregelt wird (Load Sensing = Last fühlend). Schritt für Schritt werden die heute oft noch hydraulischen Meldeleitungen durch eine elektronische Regelung ersetzt, die den Maximaldruck dynamisch an einzelne Anbaugeräte und Funktionen anpasst. So bleibt auch bei Vollauslastung des Dieselmotors kein Anbaugerät stehen oder agiert unvorhersehbar. Der Fahrer kann sich auf seine Aufgabe konzentrieren und bei Bedarf über einen Touchscreen die Charakteristik der Arbeitshydraulik definieren, indem er die jeweiligen Modes auswählt. Das Ergebnis sind Kraftstoffersparnis und höhere Umschlagleistung, was sich vor allem bei Maschinen mit komplexen Arbeitsaufgaben und wechselnden Einsätzen bemerkbar macht.

Das allein reicht jedoch noch nicht. Um die hohe Dynamik von Fahr- und Arbeitshydraulik bei abgesenkten Motordrehzahlen zu gewährleisten, ist eine intelligente Vernetzung über entsprechende Funktionsmodule mit der Dieselmotorsteuerung erforderlich. Die Hydraulik meldet die erwarteten Lastanforderungen vorab an den Dieselmotor, der vorausschauend arbeiten und starke Schwankungen vermeiden kann. So arbeiten beide Systeme gemeinsam daran, den Verbrauch und die Emissionen um bis zu 20 Prozent zu senken.

Digitalisierung als Innovationstreiber

Was hält die Zukunft bereit? Das Internet of Things (IoT) wird für mobile Arbeitsmaschinen zunehmend relevanter. Das heißt: Die Konkurrenz zwischen Elektromechanik und Fluidtechnik wird weiter zunehmen. So gut wie jeder Aussteller der diesjährigen SYSTEMS & COMPONENTS sucht nach Wegen, die Chancen der Digitalisierung für sich und seine Produkte auszuloten. Die Technologieanbieter stellen sich diesem Wettbewerb, indem sie stärker auf die Vernetzung von Hydraulik und Elektronik setzen, um so die Leistungsdichte der Antriebe zu erhöhen und die Regelbarkeit weiter zu optimieren.

Schon heute protokollieren Hydraulikventile ihre Schaltvorgänge, und Pumpen ermitteln ihre Lastkollektive. In Vorbereitung auf cloudbasierte Dienste integrieren die Maschinenhersteller Sensoren, die Druck, Volumenstrom und Temperatur erfassen. Sie unterstützen nicht nur eine exakte Ferndiagnose, sondern dienen auch dazu, die Komponenten kontinuierlich zu verbessern. Eine zentrale Rolle in vielen Anwendungen dürfte künftig die Elektrohydraulik spielen, wie sie beispielsweise in Hubwerksregelungen zum Einsatz kommt. Sie verknüpft die physikalischen Vorteile der Fluidtechnologie mit digitaler Regelung und bildet darüber hinaus die Basis für Assistenzsysteme, die den Fahrer entlasten und die Sicherheit der Fahrzeuge steigern. Hersteller reduzieren so ihren Entwicklungs- und Montageaufwand durch die Verlagerung von vormals hydromechanischen Funktionen in die Software. Zudem entfallen große Teile des hydraulischen Schlauchsystems, was einen reduzierten Wartungsaufwand zur Folge hat.

Schaubühne für Off-Highway-Innovationen

Betrachtet man die Menge und Vielfalt der auf der SYSTEMS & COMPONENTS präsentierten Messeneuheiten, zeigt sich, dass die Fluidtechnik ein zentrales Thema in Hannover ist. Fortschrittliche modulare Antriebstechnik, umgesetzt in hydrostatischen Systemen, bildet das Herzstück stufenloser und leistungsverzweigter Getriebe für die Off-Highway-Märkte. Die Aussteller punkten mit einer breiten Palette an hydraulischen Komponenten und Systemen, die für mobile Arbeitsmaschinen wie Rad- und Kettenbagger oder Feldhäcksler und Mähdrescher ein Plus an Dynamik, Zuverlässigkeit, Bedienkomfort und Produktivität versprechen.

Das Portfolio an den Ständen umfasst Pumpen mit noch kompakteren Maßen und verbesserter Effizienz sowie Hydraulikmotoren, Ventiltechnik, Getriebe und Elektronik für den offenen und geschlossenen Kreislauf. Der breit gefächerte Begriff der intelligenten Vernetzung wird dabei auf dem Messegelände für zahlreiche Entwicklungen verwendet. Doch sie alle haben eins gemein: Immer geht es um smarte Komponenten, die miteinander kommunizieren und der Schlüssel für eine konsequente Systemintegration sind. Welches Potenzial die digitalen Systeme haben und wo die Branche aktuell steht, das können die Besucher auch in der "Future Lounge" erfahren, dem Fachforum der SYSTEMS & COMPONENTS in Halle 17.