This dissertation investigates the efficiency enhancement of hydraulic multi-consumer systems through the introduction of a novel operating principle of variable power shifting. Hydraulic multi-consumer systems, which traditionally often rely on resistance control, frequently exhibit high systemic losses that impair overall efficiency. This contradicts the increasing efforts to enhance the efficiency of mobile work machines, which is necéssary to reduce C02 emissions and to counteract the rising costs of energy provision and the storage of alternative drives.

1 Einleitung 1

2 Stand von Forschung und Technik 5

2.1 Energieeffizienz mobilhydraulischer Systeme 5

2.2 Systematik und Wirkprinzipien hydraulischer Systeme 7

2.3 Hydraulische Mehrverbrauchersysteme in mobilen Arbeitsmaschinen 14

      2.3.1 Konstantstromsysteme 15

      2.3.2 Konstantdruckregelung 17

      2.3.3 Load-Sensing-Systeme 18

      2.3.4 Verdrängersteuerung im Mehrverbrauchersystem 21

2.4 Effiziente Leistungsverteilung durch volumetrische Strömungsteiler 22

2.5 Zielsetzung dieser Dissertation 24

3 Einführung des Wirkprinzips der Leistungsverschiebung 27

3.1 Wirkprinzip innerhalb volumetrischer Strömungsteiler 27

3.2 Leistungsverschiebung in Mehrverbrauchersystemen 29

3.3 Verlustbetrachtung 33

3.4 Integration des Wirkprinzips in mobile Arbeitsmaschinen 41

4 Theoretische Berechnung des Einsparpotenzials 45

4.1 Berechnung Wirkprinzip Leistungsverschiebung 47

4.2 Berechnung der Referenzsysteme 53

4.3 Vergleich der Systeme und Grenzen der Berechnung 54

5 Realisierungskonzepte zur praktischen Umsetzung 61

5.1 Konzepte zur variablen Leistungswandlung und Verschiebung 61

      5.1.1 Mechanische Realisierung 61

      5.1.2 Hydraulische Realisierung 63

      5.1.3 Elektrische Realisierung 65

      5.1.4 Bewertung und Auswahl der Realisierungsvarianten 66

5.2 Konzepte zur Volumenstromsteuerung und hydraulischen Versorgung 67

      5.2.1 Drehzahlregelung mit bedarfsstromorientierter Versorgung 68

      5.2.2 Drehzahlregelung mit leistungsorientierter Versorgung 69

6 Experimenteller Funktionsnachweis 73

6.1 Konstruktion und Aufbau des stationären Versuchsstandes 74

      6.1.1 Vorhandene hydraulische Prüfstandsinfrastruktur 74

      6.1.2 Konstruktion und Aufbau von Leistungselektronik und Wandlereinheiten 76

      6.1.3 Hardware zur Messdatenerfassung, Sensorik und Steuerung 84

6.2 Umsetzung der Steuerung und Regelung 86

6.3 Versuchsdurchfuhrung und Funktionsnachweis 91

7 Darstellung und Bewertung der Versuchsergebnisse 97

7.1 Versuchsauswertung 97

      7.1.1 Hydraulische Systemgrößen 98

      7.1.2 Leistungübertragung in Wandlereinheiten und Leistungselektronik 102

      7.1.3 Systemleistung und Wirkungsgrade 111

      7.1.4 Vergleich des praktischen und theoretischen Einsparpotenzials 115

7.2 Praktische Sensitivitätsanalyse 117

7.3 Diskussion und Zusammenfassung der Versuchsergebnisse 128

8 Fazit und Ausblick 131

Literatur 137

Anhang 144

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