Hydraulik Hydrostatisch Regeneratives Bremssystem (HRB) für Nutzfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen

Der hydraulische Hybridantrieb von Rexroth reduziert nach ersten Messungen den Dieselverbrauch von schweren Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen um bis zu 25 Prozent. Gleichzeitig sinken auch die Emissionen von Abgasen wie CO2. Wie der hydraulische Hybrid aufgebaut ist und ausgelegt wird, zeigt der folgende Beitrag.

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In Zeiten steigender Energiepreise und zunehmendem Umweltbewusstsein bekommen Lösungen im Nutzfahrzeugbereich, die Treibstoff sparen und Emissionen reduzieren, eine immer größere Bedeutung. Eine dieser Lösungen ist die Hybridisierung des Antriebstranges.

Alle Hybridkonzepte benötigen Energiespeicher. Diese besitzen unterschiedliche Eigenschaften, welche im Rahmen der einzelnen Hybridkonzepte ihrem Potenzial entsprechend unterschiedlich genutzt werden können. Als Auswahlkriterium dienen, abhängig vom Einsatz, wichtige Kenngrößen wie Leistungsdichte [W/kg] und Energiedichte [Wh/kg].

Beim hydraulischen Hybrid bieten hydraulische Blasenspeicher gegenüber Batterien des elektrischen Hybrids eine um den Faktor 100 bis 200 höhere Leistungsdichte von 4 000 bis 200 000 W/kg. Die auftretende Bremsleistung kann daher selbst bei großen Fahrzeugen und starken Verzögerungen vollständig in einem hydraulischen Speicher aufgenommen werden. Hydraulische Speicher bieten mit einer Energiedichte von 0,2 - 60 Wh/kg geringere Werte als vergleichbare Batterien. Sinnvolle Baugrößen erlauben die Speicherung der Bremsenergie eines Fahrzeugs, im Allgemeinen jedoch keine zusätzliche, kontinuierliche lange Speicherung ungenutzter Dieselleistung.

Somit liegt beim hydraulischen Hybrid der Fokus auf Wiedererlangung der Bremsenergie. Er ist sehr gut geeignet für Fahrzeuge mit hoher Umschlagsleistung, d.h. hohen Brems- und Anfahrleistungen, wie zum Beispiel Entsorgungsfahrzeuge, Stadtbusse oder Gabelstapler.

HRB parallel: Das System für den mechanischen Fahrantrieb

Ein mechanischer Fahrantrieb besteht aus einem Verbrennungsmotor, einem daran angeflanschten Getriebe und der Kardanwelle. Die Verbindung zum Rad erfolgt über ein Radgetriebe. Dieser Grundaufbau wird nun um ein HRB-Getriebe, eine hydraulische Einheit, einen Ventilblock mit Sicherheitsventil, einen Hochdruckspeicher und einen Tank erweitert (Bild 1).

Bild 2 zeigt links diese Kombination bei einem Bremsvorgang, bei dem der Speicher aufgeladen wird. Die Ventile des Ventilschaltblocks, der auch Absicherungs- und Absperrfunktionen übernimmt, werden derart betätigt, dass die schwenkbare Axialkolbenpumpe beim Bremsen das Öl aus dem Tank in den Hochdruckspeicher fördert. Die Pumpe wird von der Kardanwelle über das angekoppelte HRB-Getriebe angetrieben. Daraus resultiert ein Bremsmoment an der Kardanwelle und Rad. Das Bremsmoment ist einstellbar über das Fördervolumen an der Hydraulikpumpe und ist damit an den Fahrerwunsch und Speicherladezustand anpassbar. Die konventionelle, mechanische Bremse muss nicht eingesetzt werden, was den Verschleiß deutlich reduziert.

Rechts auf Bild 2 ist das nachfolgende Anfahren dargestellt. Die Ventile werden so aktiviert, dass das Hydrauliköl aus dem Hochdruckspeicher auf die Druckseite der Pumpe geschaltet wird. Die Pumpe ist dann im Motorbetrieb. Sie liefert das Moment, welches den Verbrennungsmotor wirksam entlastet. Über die Verstellung des Fördervolumens kann die Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem HRB-System verändert werden. Diese Aufteilung regelt ein Steuergerät in Abhängigkeit von der Fahrsituation und dem Speicherladezustand.

Durch den nachträglichen Einbau und die geringe Modifikation des Antriebstrangs sind keine Einflüsse auf die Lebensdauer anderer Fahrzeugkomponenten zu erwarten, insbesondere da keine Momentenüberhöhung gegenüber dem maximalen Dieselmoment vorgesehen ist.

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