Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Kleine Leistungseinheiten, so genannte auxiliary power units (APU) erzeugen aus chemischer Energie durch Umwandlung zuerst mechanische (Verbrennungsmotor) und letztlich elektrische Energie (Generator). Der schlechte Wirkungsgrad ergibt sich aus der heute \u00fcblichen Regelung: Die Aggregate werden mit konstanter Drehzahl betrieben und besitzen daher insbesondere im Teillastbereich einen schlechtem Wirkungsgrad. Durch die Anpassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors an die Kurve optimalen Verbrauchs kann der Gesamtwirkungsgrad des Systems deutlich gesteigert werden. Ziel dieses Projektes ist es, optimierte Komponenten einzusetzen und eine Regelung zu entwickeln, die abh\u00e4ngig von der ben\u00f6tigten Leistung die Drehzahl des Verbrennungsmotors an maximalen Wirkungsgrad anpasst.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenRecherche: Auf Basis von Lastprofilen wird eine Auslegung der Einheiten durchgef\u00fchrt. Lastprofile bilden das spezielle Know-How eines Maschinenherstellers. Durch intensive Recherchen sollen die f\u00fcr die Auslegung notwendigen Daten beschafft werden.
\nSimulationsunterst\u00fctzung: Zur Unterst\u00fctzung der Entwicklung sind Simulationen geplant, die als Basis f\u00fcr die Auslegung des Funktionsmusters dienen. Die vorab ermittelten Lastprofile sind Input f\u00fcr die Simulation. Neben einem Modell des Verbrennungs- und Elektromotors wird auch die Leistungs- und Steue-rungselektronik zu ber\u00fccksichtigen.
\nAuslegung der E-Maschine mit Programmsystem FLUX.
\nHerstellung des Generators: Permanenterregter Synchrongenerator; b\u00fcrstenlos, elektronisch kommutiert, etwa 7 kW elektrische Leistung, Auslegung des Inverters.
\nEntwicklung der Software zur optimalen elektronischen Kommutierung.
\nZusammenbau des Synchrongenerators und des Verbrennungsmotors.
\nEntwicklung der Software des Systemsteuerger\u00e4ts zur Kennfeldsteuerung (optimale Dieseldrehzahl f\u00fcr jeden Lastpunkt), bzw. zur Vorsteuerung der Dieseldrehzahl vor Lastspitzen.
\nAufbau des Demonstrationsaggregates, zusammen mit Dieselmotor-Hersteller Fa. Hatz.
\nFunktionstests des Aggregates auf Pr\u00fcfst\u00e4nden der Fa. Heinzmann und des Lehrstuhls f\u00fcr Mobile Ar-beitsmaschinen; Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen als Basis f\u00fcr die Serienentwicklung.
\nAuswertung und Dokumentation.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Entwicklungsprojekt VSG – Variable Speed Generator haben die Projektpartner Heinzmann GmbH und Co. KG und der Lehrstuhl f\u00fcr Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) vom Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie zusammen mit dem assoziierten Projektpartner Motorenfabrik HATZ GmbH & Co.KG ein System aus Dieselmotor und elektrischem Generator aufgebaut, das durch Drehzahlanpassungen kraftstoffsparend fahren kann.
\nEs wurden geeignete elektrische Komponenten ausgew\u00e4hlt und an einem Pr\u00fcfstand vermessen. Des Weiteren wurde ein Pr\u00fcfstand aufgebaut, in dem ein Dieselmotor und die elektrischen Komponenten wie Generator und Umrichter verbaut wurden. Weiterhin wurde ein Simulationsmodell erstellt, das aufbauend auf Kennfeldern eine Verfahrlinie optimalen Kraftstoffverbrauchs generieren kann und die Kraftstoffeinsparung f\u00fcr beliebige Lastprofile berechnen kann.
\nUnter Verwendung der im Simulationsmodell bestimmten Kurve optimalen Verbrauchs wurde der Kraftstoffverbrauch des Diesels gemessen und mit dem IST-Zustand mit konstanter Drehzahl verglichen.
\nDas Ergebnis zeigt ein hohes Kraftstoff-Einsparpotential von mindestens 30% bis \u00fcber 40 % bei den untersuchten Lastprofilen. Dieses in dieser Deutlichkeit nicht vorhergesehene Ergebnis zeigt die hohen Potenziale zur Ressourcenschonung und entsprechender Reduzierung der Abgasemissionen auf. Es ist anzunehmen, dass auch bei Lastprofilen mit weniger gro\u00dfen Schwankungen der geforderten Leistung die Kraftstoffeinsparung immer noch signifikant ausfallen wird. Zus\u00e4tzlich f\u00fchrt ein Betrieb bei niedriger Drehzahl zu einem insgesamt ruhigeren Lauf und geringeren Ger\u00e4uschemissionen.
\nZu ber\u00fccksichtigen ist bei einer kritischen Analyse der Ergebnisse, dass die Leistung nur stufenweise abgerufen wurde und die Beschleunigungsphasen dementsprechend nur vereinzelt auftreten konnten. Ein verbrauchsoptimaler Betrieb des Systems f\u00fcr kontinuierliche Lastprofile setzt jedoch eine kontinuierliche \u00c4nderung der Drehzahl voraus. Wie an den Simulationsergebnissen zu erkennen ist, f\u00fchrt die bei der Beschleunigung auftretende Kraftstoffspitze nur zu einer geringen Erh\u00f6hung des Gesamtverbrauchs und kann vernachl\u00e4ssigt werden.
\nWeiterhin muss f\u00fcr einen einwandfreien Betrieb bei variabler Drehzahl sichergestellt sein, dass das System auf unvorhersehbare Lastspr\u00fcnge am Verbraucher reagieren kann, d. h. der Verbrennungsmotor nicht abstellt. Dieses Verhalten konnte im Rahmen dieses Projektes nicht gekl\u00e4rt werden – da kein Energiespeicher zur Pufferung zur Verf\u00fcgung stand – und sollte daher im Rahmen nachfolgender Projekte untersucht werden.
\nDie erreichten Ergebnisse sind unerwartet vielversprechend und lassen den Schluss zu, dass der drehzahlvariable Generator (Variable Speed Generator) durch seine deutliche Kraftstoffeinsparung grunds\u00e4tzlich einen erheblichen Beitrag zur Verringerung der Umweltbelastung leisten kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse wurden schon mit dem interessierten Motorenhersteller Motorenfabrik HATZ GmbH & Co.KG in einem Treffen mitgeteilt. Zus\u00e4tzlich werden weitere Heinzmann Kunden, die daran interessiert sein k\u00f6nnten, dar\u00fcber informiert werden (z. B. Greaves Farymann Diesel GmbH, Deutz AG\/Lister-Petter-Motorenreihe). Es ist Ziel, das entwickelte Produkt f\u00fcr kleinere Generator-Sets zu vermarkten, die als Auxiliary Power Units APU oder zur Versorgung von elektrischen Inselnetzen zum Einsatz kommen sollen. Das neue Produkt VSG wird demn\u00e4chst auf der Website der Fa. HEINZMANN dargestellt werden und es werden in 2011 Prospekte hierzu erstellt werden.<\/p>\n
Ende 2010 bzw. im Jahr 2011 sollen die Projekt-Ergebnisse auf internationalen Konferenzen und in deutscher \/ internationaler Fachpresse dargestellt werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Projekt-Resultate von gefahrenen Lastprofilen ergaben hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Ger\u00e4usch gro\u00dfe Vorteile des VSG gegen\u00fcber konventionellen Generatoranlagen, die mit konstanter Drehzahl betrieben werden. Der Einsatz von VSG ist allerdings nur im Inselbetrieb sinnvoll, wo die elektrische Energie den Bedarf zeitparallel erzeugen muss. Hierzu ist noch eine Pufferbatterie n\u00f6tig, um den Verbrennungsmotor durch schnelle Lastanforderung nicht abzuw\u00fcrgen. F\u00fcr HEINZMANN ergibt sich ein neues Produkt, das den bestehenden Produktbereich Generatormanagement erg\u00e4nzt. Hierbei ist jedoch zwingend ein Kooperationspartner aus der Motorenbranche notwendig<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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