Energie-Management für ein hydraulisches Hybrid-Hubwerk

Ausgangssituation:

Basierend auf den im abgeschlossen Förderprojekt „Digitalhydraulik“ gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Demonstrator zur Energierückgewinnung in Hub-Senk-Anwendungen aufgebaut. Dieser umfasst neben dem Mehrstufenspeicher-Prototypen und einem Hubgerüst ein Aggregat mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb. Damit steht eine flexibel einsetzbare Versuchseinrichtung zur Verfügung. Sie ermöglicht einerseits die Untersuchung der Potentiale zur Energiespeicherung und -rückgewinnung durch das Ausschöpfen der vollen Komplexität des Systems; andererseits können jedoch auch technisch einfachere Systemarchitekturen abgebildet werden. Somit erlaubt die Versuchseinrichtung die Abschätzung der Potentiale und die Einordnung der erzielten Ergebnisse durch eine graduelle Reduktion der Komplexität bis hin zu marktüblichen Lösungen.

Zielsetzung:

Das Projekt soll an die geleistete Vorarbeit anknüpfen und die Untersuchungen am entstandenen Demonstrator-System „hydraulisches Hybrid-Hubwerk“ fortsetzen. Ziel des Projekts ist es, das Potential des hydraulischen Hybrid-Hubwerks systematisch zu erforschen. Die Untersuchungen sollen sich dabei nicht alleine auf die quantitative Beurteilung der Energierückgewinnung beschränken, sondern insbesondere auch technische Aspekte der Realisierung berücksichtigen.

Problemstellung:

Bei der Wahl des Betriebsmodus spielen neben der Forcierung eines gewünschten Systemzustands ebenso die Kenntnis des aktuellen Systemzustands und die Prädiktion künftiger Systemzustände eine wesentliche Rolle. Zudem sind statische Kenngrößen und Beschränkungen sowie das dynamische Verhalten der einzelnen Komponenten von wichtiger Bedeutung für den stabilen und effizienten Betrieb des Systems. Dies motiviert die Beschreibung des Gesamtsystems durch geeignete mathematisch-physikalische Modelle. Diese Modelle bilden unter anderem die Grundlage zur Entwicklung von Algorithmen zur Steuerung bzw. Regelung des Gesamtsystems sowie zur modellbasierten Rekonstruktion nicht gemessener Systemgrößen.

Die zu entwickelnden Algorithmen sollen in einem modellbasierten Energiemanagement-System münden, dessen Aufgabe es ist, durch ein günstiges Zusammenspiel der einzelnen Komponenten einen zuverlässigen Betrieb des Gesamtsystems bei einer möglichst hohen energetischen Effizienz sicherzustellen. Dabei soll insbesondere auch berücksichtigt werden, inwiefern sich die Komplexität des Gesamtsystems auf ein notwendiges Maß reduzieren lässt bzw. welche Auswirkungen eine graduelle Reduktion der Komplexität auf die Erreichung der Gesamtziele hat.

Vorgehen:

Mathematische Modellierung des Gesamtsystems

  • Entwicklung von Algorithmen (Energiemanagement-System)

    • zur Wahl eines günstigen Betriebsmodus

    • zur Schätzung nicht gemessener Systemgrößen

    • zur Prädiktion künftiger Systemzustände

    • zur Regelung der Hubgeschwindigkeit, insbesondere unter Berücksichtigung der Umschaltvorgänge im System

  • Experimentelle Validierung aller Untersuchungen am Demonstrator

  • Vergleich von Lösungsansätzen unterschiedlicher Komplexitätsgrade

Projektbearbeitung: Dipl.-Ing. Christian Stauch
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. habil. Joachim Rudolph

Veröffentlichungen:
C. Stauch, J. Rudolph, Energy Saving Using a Multi-Chamber Accumulator: Experimental Results and Proof of Concept, in: Proc. 14th Scandinavian International Conference on Fluid Power, SICFP15, Tampere, Finland, May 19-22, 2015.

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