Wie die Fluidtechnik energieeffizient wurde

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hubertus Murrenhoff, Direktor des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen an der RWTH Aachen

? Welche Meilensteine gab es bezüglich energieeffizienter Komponenten und Systeme?

Auch vor 25 Jahren spielte die Energieeffizienz eine große Rolle. So waren zu diesem Zeitpunkt die hydraulischen Antriebe bereits in die vier Quadranten eingeteilt, wobei auf den Achsen einerseits zwischen eingeprägtem Volumenstrom bzw. eingeprägtem Druck und andererseits zwischen Ventil- und Verdrängersteuerung unterschieden wurde. Diese von Prof. Wolfgang Backé erarbeitete und in die Lehre eingegangene Systematik hat den Grundstein der Entwicklungen in den letzten 25 Jahren gelegt. So sind die Verdrängersteuerungen weiter entwickelt worden. Neben der Verwendung verstellbarer Pumpen zur Vorgabe des Volumenstromes kommen mehr und mehr Systeme zum Einsatz, bei denen eine konstante Verdrängereinheit über einen drehzahlvariablen Antrieb betrieben wird. Hier sind Schaltungen entstanden, mit denen auch Differentialzylinder direkt betrieben werden können.

Zudem sind Hybridsysteme im Einsatz, die sowohl den drehzahlvariablen Elektroantrieb als auch die Verstellmöglichkeit der Verdrängereinheit nutzen, um das Gesamtsystem zu optimieren. Die letzten 25 Jahre haben in der Komponentenentwicklung Geräte mit On-Board Electronic oder Embedded Electronic hervorgebracht, die über die Standardbussysteme angesteuert werden und geräteinterne Rückführungen aufweisen, so dass die Intelligenz dezentral vorhanden ist und auch das Schließen externer Regelkreise lokal zulässt.

? Welchen Einfluss hatte diese Entwicklung auf die Konstruktion von Antriebssystemen?

Spricht man von der Auslegung, Entwicklung oder der Konstruktion eines Antriebssystems, so kann dies niemals losgelöst von dem Lastzyklus erfolgen. Hier liegen die größten Potentiale für eine energieeffiziente Lösung. Das über das vergangene Vierteljahrhundert gewachsene Bewusstsein hat den Blick für die ganzheitliche Betrachtung geschärft. So sind bei den Fahrantrieben mobiler Maschinen leistungsverzweigte Getriebe in Ackerschleppern zum Stand der Technik geworden und in weiteren Bereichen zum Einsatz gekommen. Es wird dabei der Vorteil der Mechanik mit exzellentem Wirkungsgrad mit den Vorteilen der kontinuierlich verstellbaren Hydrostatik vereint. Busansteuerungen mit intelligenten Komponenten sind heute üblich, erweitern das Anwendungsspektrum der Fluidtechnik und zählen zum Stand der Technik. Die vorhandenen Signale lassen sich auswerten und werden für Condition Monitoring genutzt. Dies gilt auch für die Überwachung des Druckübertragungsmediums selbst.

Mit intelligentem Condition Monitoring wird die vorausschauende Wartung und Reparatur möglich, ohne dass es zu ungeplanten Produktionsunterbrechungen kommen muss. Die Dichtungstechnik hat einen Stand erreicht, bei dem Leckagen der Vergangenheit angehören. Mit den Fortschritten in der Leistungselektronik und bei den elektrischen Maschinen gehören heute drehzahlvariable Antriebe zum gewohnten Erscheinungsbild. Die Steuerfunktion geht so von den Ventilen in die Leistungselektronik zur Frequenzsteuerung der E-Maschinen.

? Welche neuen Anwendungen konnten dadurch realisiert werden ?

Ich nenne einige Highlights, die für viele nicht genannte Anwendungen stehen mögen. In der Industriehydraulik sind energieeffiziente Prüfmaschinen heute möglich, die auf Widerstandssteuerungen verzichten können. Ich erinnere an inverse Crash Anlagen sowie moderne Pressen, Kunststoffmaschinen und Fertigungsstraßen, die ohne die Hydraulik nicht denkbar wären. Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung sind ohne die Fluidtechnik nicht realisierbar. Dies erstreckt sich von der Windenergie über die Wellenenergie bis zur Ausrichtung von Solarenergieanlagen. In der Luftfahrttechnik sind elektrohydraulische Back-Up Lösungen in modernen Flugzeugen realisiert, die Redundanz bei geringerem Systemgewicht erlauben und zugleich die Energieeffizienz verbessern. Die Mobilhydraulik erlaubt hybride Systeme, die erhebliches Potenzial zur Kraftstoffeinsparung beinhalten.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hubertus Murrenhoff, Direktor des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen an der RWTH Aachen