Hydraulik im Bot

[hbquax]

25 kW ist ja schon ne Hausnummer, das ist Kleinwagenformat. Da bietet sich eigentlich ein kleiner PKW-Diesel an, möglichst ohne Turbo, dann hasst du auch ein brauchbares Drehmoment bei kleinen Drehzahlen. Wollt ihr einen neuen Motor kaufen oder eher was vom Schrottplatz holen?
Generell ist eine variabel Fördermenge eine sehr gute Idee und variable Drehzahl vermutlich die preiswerteste Methode. Pumpen mit variabler Fördermenge (verstellbare Axialkolbenpumpen) sind evtl. etwas teurer, es sei denn, man treibt wieder etwas vom Schrott auf. Aber vielleicht habt ihr ja gar keine Geldproblem ?

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Hab mir gerade nochmal das Gesamtprojekt angesehen. Ihr habt einem Geländewagen mit existierendem Antriebsstrang den Motor amputiert und ihn durch einen E-Motor ersetzt. Jetzt wollt ihr den E-motor durch einen Verbrennungsantrieb mit hydraulischer Kraftübertragung ersetzen...
Was genau ist eigentlich euer Ziel?

Mal eine Idee: Als Fahrantrieb einen PKW-Diesel mit Automatikgetriebe, das sollte sich einigermaßen gut fernsteuern lassen. Hydraulik für den Kran über Nebenantrieb vom Getriebe oder über Keilriemen direkt vom Motor. Der Lesitungsbedarf eines Ladekranes ist eigentlich nicht so groß, da sollte man mit wenigen kW auskommen, das lässt sich noch über Keilriemen machen.

Viel Erfolg!

Noch ne Bitte: Poste doch mal mehr Info oder einen Link zu der oben erwähnten Pumpe, die du im Auge hast1

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Noch ein Gedanke: Bei den Fahrzeugen mit hydostatischem Fahrantrieb, die ich bisher gesehen habe, z.B. Pistenraupen, wird die Gesamtübersetzung und damit auch die Geschwindigkeit über die variable Fördermenge der Pumpe geregelt. Dabei stellt sich dann der Systemdruck entsprechend dem Fahrwiderstand von selber ein. Es ist dann für jeden Fahrantrieb eine eigene Pumpe vohanden, die nur diesen Antrieb versorgt, bei Pistenraupen z.B. links/rechts getrennt.
Wird das System mit konstantem Druck betrieben und die Geschwindkeit durch Drosselventile gesteuert, wird der Wirkungsgrad sehr schlecht. Für den Motor ist das dann so, als ob das Fahrzeug immer mit maximalem Fahrwiderstand läuft, selbst wenn es nur horizontal auf glattem Asphalt dahinrollt.

Etwas abstrakter: Hydrostatische Fahrantriebe und sonstige Hydraulik (Kran, Lenkung) unterscheiden sich in ihren Anforderugnen und Eigenschaften, und es ist vermutlich ungünstig, beides über den selben Hydraulikkreis zu machen.

Noch ein Punkt: Wenn ihr an Vorder- und Hinterachse je einen Hydraulikmotor anflanscht, müsst ihr euch auch überlegen, ob ihr die parallel oder in Reihe schaltet. Parallelschaltung wirkt dann wie ein Zentraldifferential, in Reihe wäre equivalent einem starren Durchtrieb (im Gelände vermutlich besser).

[hbquax]

http://www.fst.tu-darmstadt.de/media...erger_1991.pdf

Kapitel 6 & 7

[hbquax]

192 Nm bei 250 U/min sind übrigens nur 5 kW...
Und seid ihr sicher, das 192 Nm am Differentialeingang reichen? Ihr solltet mal die maximale Steigfähigkeit nachrechen, mit Drehmoment der Motoren, Achsübersetzung, Raddurchmesser etc..
Evtl. gibts ja auch ne Anforderung bezüglich der Zugkraft.

[michiE]

Erst mal VIELEN DANK für die vielen Beiträge
Jetzt der Reihe nach:
@oberallgeier:
Stimmt, hast du recht. Die Hauptsätze der Thermodynamik lassen sich nicht umgehen.
Ich werde nach einer anderen Pumpe suchen. Sinn der Drehzahlregelung des Benziners wird nicht den Druck / Volumenstrom über die Drehzahl des Benziners zu regeln, sondern ihn von der Pumpe zu trennen und auf Leerlauf zu setzen wenn kein Druck benötigt wird.
Ich werde tatsächlich beide Versionen planen, hierzu steht ein Treffen mit einem Händler vermutlich am Donnerstag oder Freitag an, dann werden wir mal erste Pläne zeichnen, Bauteile anschauen und evtl. erste Hochrechnungen bekomen wie viel der ganze Spaß kosten wird und was unsere Sponsoren dazu sagen werden.

@rp6conrad: Dass der Benziner nicht auf Leerlaufdrehzahl laufen wird ist klar. Die bisherige Pumpe hat ihren höchsten Wirkungsgrad bei ca. 2500 Upm. Ein Proportionaldruckventil ist angedacht und bereits eingeplant, allerdings haben wir noch keine Ahnung worauf man dabei achten muss. Gibt es da auch unterschiedliche Technologien ?

@hbquax: Wir dachten an einen Wassergekühlten 4-Zylinder Benzinmotor, aber jetzt wo du es erwähnst werde ich mal über einen Diesel nachdenken. Bei der Hydraulik wollen wir auf Neuteile setzen um Ärger zu vermeiden, beim Motor wird es wohl auf grund der Geldprobleme auf einen gebrauchten Motor vom Schrotthändler rauslaufen.

Stichwort Geldprobleme: Monique hat schon jede Menge Geld verschlungen. Dazu zählen mehrere 10000€ die das Team privat aufbringen konnte, aber auch Sponsorengelder in deutlich höheren Größenordnungen. Die 1x Lidar, 3xRadar, 60x Ultraschall, 5x Nachtsichtkamera, 16 HD Kameras, 2 Server, zig Steuergeräte, Akkus, Stromerzeuger, Elektroantrieb, Fahrgestell, ... ohne zu viel zu verraten befinden wir uns hier im mittleren 6-Stelligen bereich.

Der Benzinmotor musste weichen weil er einerseits defekt war, andererseits aber auch eine der Anforderungen für die ursprüngliche Aufgabe des Fahrzeugs, dass es autonom elektrisch angetrieben Flugzeuge auf einem Segelflugplatz von der Bahn zieht. Es sollte dafür mit Solarstrom vom Hallendach geladen werden, welcher in Akkus gepuffert wird bis es nachts aufgeladen werden kann. Dieses Vorhaben musste aus rechtlichen Gründen aufgegeben werden. Da damals ein sehr günstiger Stromerzeuger als Rangeextender eingebaut wurde weil wir uns bisher keine Akkus leisten konnten, haben wir trotz sehr guter Abschirmung inzwischen extreme EMV-Probleme. Dazu kommt, dass sich ein Teammitglied aus Medizinischen Gründen unserem Elektroantrieb nichtmehr nähern darf. Hinzu kommt dass wir mit den Hydraulikantrieben ein deutlich höheres Drehmoment erreichen.

Zurück zum Thema:
Der Kran wird eine Ausladung von mehreren Metern bekommen, bei einer Tragkraft von ca. 300kg bei 5m Ausladung. Er wird aktuell genau berechnet. Auch hier gibt es neue Infos gegen Ende der Woche, ich denke aber dass ein direkter Antrieb des Fahrzeugs über ein Automatikgetriebe bei unseren Anhänge- und Traglasten nicht zielführend ist. Bisher kann der Bot ca. 20 Tonnen ziehen und 5 Tonnen laden. So viel konnten wir zumindest bisher in Experimenten nachweisen.

Die Pumpe die ich bekommen würde wäre ein handgefertigter Prototyp, ein ordentliches Datenblatt gibt es davon leider nicht. Ich werde meinen Händler nach einem Serienprodukt fragen und das Datenblatt hier verlinken. Falls das Budget das her gibt wäre mir das natürlich lieber als ein Prototyp.

Zur Verbindung der beiden Motoren war ein Zahnradmengenteiler angedacht, passt das ? Welche Nachteile bringt eine simple Reihenschaltung gegenüber dem Mengenteiler ? Wie teilt sich da der Druck ?
Evtl wird tatsächlich ein zweiter Hydraulikkreis nötig, ich lege erst mal den Antriebsstrang aus bevor die Zylinder für den Kran ausgewählt werden.

@hbquax: Du hast recht, es sind bei den zuerst ausgewählten Antrieben nur 5kw. Ich war in gedanken bei 2 verschiedenen Motoren. Inzwischen haben wir Antriebe mit bis zu 1500Nm, maximal 2500U/min, 135ccm/U. Weitere Details habe ich dazu leider noch nicht. Kurz die Fahrzeugdaten zur info: Reifendurchmesser ca 70cm (+- je nach Beladung), Differenzialuntersetzung exakt 2:1 , Fahrzeugmasse leer 1,8T (bisher, es werden ca. 480 kg ausgebaut durch den Wegfall des Elektroantriebs, aber es kommt die Hydraulik dazu), Diff jeweils elektronisch sperrbar, Maximales Drehmoment des Diff 1800Nm, Sicherheitsfaktor 1,5 soweit ich weiß.

Das wären dann 375kW pro Motor, Schluckvolumen beider Motoren zusammen bei 30 km/h (utopisch für die Maximalgeschwindigkeit) ca 62 l/min, und bei 10 km/h noch ein Schluckvolumen von 22l/min.

Die Leistung des Antriebs wird also eher weniger durch den Hydraulikantrieb sondern mehr durch die Pumpe und den Motor begrenzt, der die Pumpe antreibt, oder sehe ich da was falsch ?

Noch ein Hinweis den ich gerade bekommen habe: Abgesehen von der Ölkühlung, brauche ich auch eine Heizung für das Öl wenn das Fahrzeug ab ca. -10°C einsetzbar sein soll ? Speziell für die ersten Minuten, oder gibt es eine Methode das Öl entsprechend durch den Antrieb selbst auf Temperatur zu bringen ? Oder macht das dem Öl gar nichts aus ?

Vielen Dank für eure geniale Unterstützung, das Script von hbquax arbeite ich grade durch

Lg
Michi

[hbquax]

Proportionaldruckregelventil klingt letzten Endes auch nur nach einer Drossel, also ein Druck-zu-Wärme-Wandler.

Eigentlich solltet ihr euch mal handelsübliche Baumaschinen (kleine Radlader, Bobcat, Teleskoplader) anschauen, die auch relativ viel und flott fahren und außerdem kranartige Funktionen haben. Es nützt ja nichts, das Rad neu zu erfinden.

Wenn ihr EMV-Probleme habt, rate ich zu einem einfachen Dieselmotor mit rein mechanischer Einspritzung, z.B. VW-Wirbelkammer-Diesel aus den 90ern aus Golf und Passat (keine TDIs), die gibts noch recht häufig und preiswert.

[michiE]

Hallo zusammen, kurzes Update an dieser Stelle: Wir haben einen Ölkühler zur Verfügung. Außerdem einen älterem 80kw 4-Zylinder Dieselmotor mit allen benötigten Nebenaggregaten (Anlasser, Lichtmaschine, Kühlpumpe, ... ) und komplettem Abgasstrang (genaue Infos was genau das für einer ist bekomme ich vermutlich Monta).

Was die Hydraulik angeht muss ich euch leider sagen dass ich erst morgen oder anfang nächster Woche einen Termin bei einem Händler für Hydralikteile bekommen habe (wann genau erfahre ich vermutlich morgen). Ich melde mich dann sofort sobald ich näheres weiß.

[michiE]

Sorry, es gab eine kleine Herrausforderung bei der Finanzierung des ganzen Umbaus, und wir müssen vermutlich mal wieder mit dem Bot umziehen, falls also jemand von euch eine Garage / Werkstatt in den Landkreisen Tübingen, Reutlingen, Esslingen oder Stuttgart kennt in der wir schrauben können bitte melden!

Jetzt ein aktueller Stand:

Wir werden vermutlich eine Pumpe einsetzen welche maximal 340Bar, maximal 90l/min liefert. Daran werden die beiden Antriebsmotoren (je 32 l/min Schluckvolumen, 340Bar max, 1500 Nm) über je ein Proportionalventil angeschlossen. Diese hängen jeweils an dem Diff der Vorder- und Hinterachse. Hinzu kommt ein Bypass, der über ein Magnetventil geöffnet oder geschlossen werden kann, sodass jeder der Motoren auch auf Freilauf geschaltet werden kann. So kann mit nur einem Motor gefahren werden, und das Fahrzeug kann auch weiterhin geschoben werden. Die Drehzahlregelung der beiden Motoren wird über einen Halsensor in jeder Achse zwischen Motor und Diff (schon vorhanden) realisiert. Über ein weiteres Proportionalventil wird die Lenkung mit einem Hydraulikzylinder mit ca. 1000 kN realisiert. Das Lenkgestänge muss hierzu neu entworfen werden.
Das Schluckvolumen von 32 l/min pro Motor bezieht sich auf eine Geschwindigkeit von ca 54km/h, das Fahrzeug wird jedoch nur auf 30 km/h ausgelegt, sodass genug Reserve vorhanden sein müsste.
Die Proportionalventile verfügen je über eine einstellbare Druckbegrenzung.
Zwischen Pumpe und Ventilen soll ein Hochdrucktank verbaut werden, welcher im nächsten Schritt noch genauer berechnet werden muss.
Zur Ölkühlung ist eine Zahnradpumpe mit 2 bar / maximal 25 l/min vorgesehen, welche das Öl durch einen großen, mit einem großen Lüfter überströmten Ölkühler drückt.

Als Antrieb für die Pumpe ist momentan entweder ein Diesel mit 85 kW, 2l 4-Zylinder aus einem Ford Mondeo, oder ein 1,8l 4-Zylinder Benzinmotor, 78 kW aus einem VW vorgesehen. Alternative Antriebsmöglichkeiten für die Pumpe werden gerade geprüft. Verbunden wird der Motor direkt mit der Pumpe mit Hilfe einer Magnetkupplung. Am Motor befindet sich eine Lichtmaschine, ein Anlasser, eine Kühlwasserpumpe, ein Kühler, der komplette Abgasstrang und im Falle des Dieselmotors auch ein Turbolader mit zugehöriger Kühlpumpe.

Seht ihr in dieser Auslegung auf den ersten Blick Probleme ?

[oberallgeier]

... Lenkung ... Hydraulikzylinder mit ca. 1000 kN ... ... Schluckvolumen von 32 l/min ... ca 54km/h, das Fahrzeug ... auf 30 km/h ausgelegt ...
... Seht ihr in dieser Auslegung auf den ersten Blick Probleme ?

Einiges hatte ich oben angemerkt, aber meine Meinung sehe ich nicht als Evangelium an! Trotzdem - so auf den ersten Blick:

1000 kN zum Lenken - hmmmm, rechne ich da richtig, dass der Lenkzylinder Ø 200 mm hat? (1000 kN ~ 100 to, bei 340 bar => ca 300 cm²) Kann das Lenkgestänge diese Kräfte denn ab? Oder ist da irgendwo ne Null oder so zu viel? Ich denke Ø 200 mm gibt schon nen Zylinder für ein Schleusentor Main.

Max. Fahrgeschwindigkeit 54 kmh, auf 30 kmh ausgelegt. Wie ist das mit dem TÜV geregelt? Ist das Fahrzeug straßentauglich? Gibts dazu ne TÜV- und Behördenzulassung - für die 54 kmh? Oder glaubt der TÜV an die Disziplin des Fahrers . . ."

[michiE]

Der Zylinder ist tatsächlich überdimmensioniert ohne Ende, aber er liegt bei einem Sponsor im Keller, somit ist es die günstigste Möglichkeit für uns. Das Lenkgestänge wird gerade entworfen und wird darauf ausgelegt werden diese gigantischen Kräfte aufzunehmen. Die genauen Maße des Zylinders kann ich dir leider erst Montag Mittag herrausfinden, werde sie dann aber hier posten. Ebenso den Entwurf des Lenkgestänges.

Das Fahrzeug ist keinesfalls für den Straßenverkehr gedacht. Vielmehr handelt es sich um ein autonomes Rettungs- und Hilfeleistungsfahrzeug, welches teilautonom Brände bekämpfen und Strukturen in brennenden Tunnels kühlen kann um das Abplatzen von Betonteilen zu verhindern und den Einsatzkräften einen sicheren Rückweg freizuhalten. Außerdem wird es zum Transport von Sandsäcken und Material in unwegsamem Gelände eingesetzt. Hierfür braucht es keine Straßenzulassung. Obwohl der Bot generell alle Anforderungen für eine Straßenzulassung erfüllt (zumindest bis 20 km/h Beleuchtung, Bremse, ...) fehlen 2 entscheidende Dinge: Eine mechanische Verbindung zu einem Lenkrad und einem Bremspedal/Gaspedal, sowie eine gültige EMV-Prüfung. Im ferngesteuerten Betrieb können wir unser Fahrzeug auf bis zu 10km Entfernung mit einem xbox controller fernsteuern, im autonomen Betrieb interessiert die Disziplin des Fahrers bei der Wahl der Fahrzgeschwindigkeit noch weniger Die Begrenzung auf 30 km/h ist aus reinen Gewissensgründen. Wenn, egal ob ferngesteuert oder autonom irgend etwas schief geht ist eine Geschwindigkeitsbegrenzung direkt im Motorsteuergerät sinnvoll. Wir hatten schon den Fall, dass die Lenkung auf Grund eines simplen Programmierfehlers bei relativ zügiger Fahrt den Vollausschlag rechts ansteuerte. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich Teammitglieder auf dem Fahrzeug die einen der 6 Notschalter drücken konnten, durch die schnelle und enge Kurve jedoch fast vom Fahrzeug gefallen wären. Mit dem TÜV , oder eher DEKRA haben wir nur bei den Wettbewerben zu tun, wenn es um die Haftpflichtversicherung für so ein großes autonomes Fahrzeug während den Wettbewerben geht.

[HeXPloreR]

Das ist ja interessant: da setzen sich also tatsächlich Leute drauf um bei einer TESTFAHRT wenn was schief läuft nen Notaus zu drücken ... nach meiner Erfahrung ist ein Notaus fast IMMER erst gedrückt wenn es schon "geknallt" hat. Nichts für ungut, aber ihr solltet diese Technik mal grundsätzlich überdenken.

Wie wäre eine Technik wie sie bei Monstertrucks eingesetzt wird: Dort wird mit einem fehlenden Signal von einer Fernsteuerung der Notaus ausgelöst und trennt dann direkt die Batterie vom Rest ab um Kurzschluss usw zu vermeiden.

Ich würde mich niemals auf eine Prototypen oder sonstwas setzen - egal wie langsam sich das bewegt - bis es nicht wenigstens ausreichend getestet ist und vielleicht auch wenigstens Versicherungsschutz besteht.