Fluidtechnik in Kraftfahrzeugen (eBook)

Professor Dr.-Ing. habil. Norbert Gebhardt, Jahrgang 1948, studierte Kfz-Technik an der Hochschule für Verkehrswesen in Dresden und war dort seit 1988 als Dozent tätig. 1992 erfolgte die Berufung zum Professor für Hydraulik und Pneumatik an die HTW Dresden. Unter seiner Leitung wurde die mittlerweile etablierte Fachtagung „Fahrzeugtechnik-Hydraulik“ in Dresden geschaffen. Von 1997 bis 2009 war Prof. Gebhardt Prodekan bzw. Dekan der Fakultät Maschinenbau/Verfahrenstechnik. Professor Dr. Michael Ketting, Jahrgang 1950, studierte Regelungstechnik an der TU Dresden und Wissenschaftsphil./Physikgeschichte an der HU Berlin. In über 30-jähriger Industrietätigkeit, zuletzt als Vorstand der Intertractor AG Gevelsberg, war er u. a. für die Hydraulikentwicklung an Baumaschinen und Raupenfahrzeugen verantwortlich. Er ist heute Generalbevollmächtigter am Institut für Baumaschinen, Antriebs- und Fördertechnik (IBAF) und Honorarprofessor für Fördertechnische Systeme an der Ruhr-Universität Bochum. Dipl.-Ing. Holger Kühne, Jahrgang 1963, studierte Kraftfahrzeugtechnik an der Hochschule für Verkehrswesen in Dresden. Seit 1992 ist er als Laboringenieur an der HTW Dresden im Lehrgebiet Hydraulik und Pneumatik tätig und für die praktische Ausbildung der Studenten in diesem Fachgebiet zuständig. Professor Dr.-Ing. Jens Morgenstern, Jahrgang 1963, studierte in Dresden Maschineningenieurwesen mit der Spezialisierung Schienenfahrzeugtechnik. Nach dem Studium konzentrierte er sich auf die Klimatisierung von Schienenfahrzeugen und wirkte an einer Vielzahl von Fahrzeugprojekten mit. 2002 wurde er an die HTW Dresden auf das Lehrgebiet Technische Thermodynamik berufen und ist seit 2009 Dekan der Fakultät Maschinenbau/Verfahrenstechnik.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 6
1 Einleitung 9
2 Grundlagen 11
2.1 Fahrdynamische Grundlagen 12
2.1.1 Längsdynamik 14
2.1.2 Querdynamik 19
2.1.3 Vertikaldynamik 20
2.2 Fluide in Kraftfahrzeugen 21
2.2.1 Flüssigkeiten 22
2.2.1.1 Hydraulikflüssigkeiten 25
2.2.1.2 Motorenöle 30
2.2.1.3 Getriebeöle 31
2.2.1.4 Rheologische Flüssigkeiten 32
2.2.1.5 Bremsflüssigkeiten 34
2.2.1.6 ATF-Öle 35
2.2.1.7 Stoßdämpferflüssigkeiten 36
2.2.1.8 Kraftstoffe 36
2.2.1.9 Kühlmittel 37
2.2.1.10 Kältemittel 38
2.2.1.11 Batterieflüssigkeiten 41
2.2.2 Gase 42
2.2.3 Filter 44
2.3 Messund Bussysteme 45
2.3.1 Messsysteme 46
2.3.2 Bussysteme 48
3 Personenund Nutzfahrzeuge 51
3.1 Lenksysteme 51
3.1.1 Lenksysteme im PKWund Transporterbereich 53
3.1.1.1 Hydromechanische Servolenksysteme 54
3.1.1.2 Geschwindigkeitsabhängige Servolenksysteme 62
3.1.1.3 Elektrohydraulische Servolenksysteme 64
3.1.1.4 Elektromechanische Servolenksysteme 65
3.1.1.5 Pneumatische Servolenksysteme 66
3.1.1.6 Überlagerungslenksysteme 67
3.1.1.7 Steer-by-Wire-Lenksysteme 68
3.1.2 Lenksysteme im Nutzfahrzeugbereich 69
3.1.2.1 Ein-Kreis-Lenksysteme 69
3.1.2.2 Zwei-Kreis-Lenksysteme 70
3.1.2.3 Halbblock-Hydrolenksysteme 71
3.1.2.4 Hinterachslenksysteme 72
3.1.2.5 Hydraulisches Zwangslenksystem 76
3.1.2.6 Zahnstangenhydrolenkung für Nutzfahrzeuge 78
3.1.2.7 Hydrostatische Lenksysteme 79
3.2 Bremssysteme 85
3.2.1 Bremssysteme für PKW 87
3.2.1.1 Komponenten konventioneller Bremssysteme 87
3.2.1.2 Bremssysteme mit ABS 98
3.2.1.3 Bremsassistent 102
3.2.1.4 Elektrohydraulische Bremsen 105
3.2.1.5 Elektromechanische Bremsen 110
3.2.2 Bremssysteme für Nutzfahrzeuge 111
3.3 Fahrdynamiksysteme 114
3.3.1 Klassische Federungssysteme 116
3.3.2 Das CDC-System 126
3.3.3 Das Dämpferregelungssystem Audi magnetic ride 128
3.3.4 Das ABC-System von Daimler 130
3.3.5 Wankstabilisierungsssysteme 133
3.3.5.1 Active Cornering Enhancement 134
3.3.5.2 Dynamic Drive 134
3.3.6 Niveauregulierung 137
3.3.7 Federungen für Nutzfahrzeuge 138
3.4 Fahrzeugklimaanlagen 142
3.4.1 Übersicht 142
3.4.1.1 Abgrenzung und allgemeine Bemerkungen zum Einsatzzweck 142
3.4.1.2 Entwicklung und Verbreitung 143
3.4.2 Funktionsweise und Konfiguration 144
3.4.2.1 Grundsätzliche Funktionsweise 144
3.4.2.2 Schaltungsvarianten 145
3.4.2.3 Luftseitige Hauptkomponenten 146
3.4.2.4 Anordnung im Fahrzeug 149
3.4.3 Kältebereitstellung 150
3.4.4 Thermische Behaglichkeit 153
3.4.5 Berechnungsgrundlagen 155
3.4.5.1 Feuchte Luft 155
3.4.5.2 Kaltdampfkältemaschine 159
3.4.6 Auslegung 162
3.4.7 Beispiele 167
3.4.8 Ausblick 168
3.5 Komforthydraulik 170
3.5.1 Elektrohydraulisch betätigte Klappdächer 170
3.5.2 Elektrohydraulisch betätigte Faltdächer 174
3.5.3 Elektrohydraulische Sonderfunktionen 175
3.6 Hydraulische Systeme im Nutzfahrzeugsektor 175
3.6.1 Ladekrane für Stückund Schüttgut 177
3.6.2 Betonpumpenfahrzeuge 178
3.6.3 Abfallsammelfahrzeuge 180
3.6.5 Winterdiensttechnik 184
3.6.6 Kipphydraulik 186
3.6.7 Flexiloader 188
4 Selbstfahrende Arbeitsmaschinen 191
4.1 Allgemeiner Aufbau 193
4.2 Selbstfahrende Arbeitsmaschinen mit Radfahrwerken 208
4.2.1 Teleskoplader 208
4.2.2 Knickgelenkte Fahrzeuge 216
4.3 Raupenfahrzeuge 223
4.3.1 Antriebsund Lenkstrategie 225
4.3.2 Hydraulik für Lenkung und Gleichlauf 227
4.3.3 Komplette Fahrschaltung 230
4.3.4 Elektronisch gesteuerte Fahrschaltung 233
4.3.5 „Vereinfachungen“ der Fahrschaltung 234
4.3.6 Priorität des Arbeitsantriebs 236
4.3.7 Besonderheiten 238
4.3.8 Sonderfahrzeuge mit Raupenfahrwerken 242
4.3.9 Antriebe bei unterschiedlichen Raupenfahrzeugen 250
4.3.9.1 Planierund Laderraupen 250
4.3.9.2 Mähdrescher 257
4.3.9.3 Raupenschlepper 262
5 Zweiradfahrzeuge 264
5.1 Federung und Dämpfung 264
5.2 Bremsanlage 268
5.3 Kupplung 272
6 Sportfahrzeuge 274
6.1 Rennfahrzeuge mit abgedeckten Rädern 274
6.2 Formelwagen 277
7 Fahrzeugtechnische Prüfanlagen 280
7.1 Prüfstände für Funktionsund Dauerversuche 280
7.1.1 Einachsprüfstände 282
7.1.2 Mehrachsprüfstände 284
7.2 Simulationsprüfstände 286
7.3 Prüfstände für spezielle Anwendungen 288
7.3.1 Gelenkverschleißprüfstand 288
7.3.2 Bordsteinprüfstand 293
7.3.3 Crash-Versuchsstände 300
7.4 Lehrversuchsstände 302
7.4.1 Pumpenprüfstä 302
7.4.2 Lenkungsprüfstand 304
7.5 Hinweise zur Projektierung servohydraulischer Prüfstände 305
7.5.1 Prüfsysteme mit hoher Dynamik und Genauigkeit ysteme mit geringen dynamischen Anforderungen 305
7.5.2 Prüfs 313
Literatur 315

"4 Selbstfahrende Arbeitsmaschinen (p. 183-184)

Im Sinne der Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung [4.1] sind selbstfahrende Arbeitsmaschinen „Fahrzeuge, die nach ihrer Bauart und ihren besonderen mit dem Fahrzeug fest verbundenen Einrichtungen zur Leistung von Arbeit … bestimmt und geeignet sind“. Unter diesen Voraussetzungen wären selbstfahrende Arbeitsmaschinen Fahrzeuge und es scheint damit gerechtfertigt, in einem Fachbuch über Fluidtechnik in Kraftfahrzeugen auch etwas über die Fluidtechnik in selbstfahrenden Arbeitsmaschinen zu sagen. Dies gilt auch dann, wenn im Bereich der Arbeitsmaschinen heute noch mehr von Hydraulik, statt Fluidtechnik – durchaus im Hinblick auf die Vielfalt der Anforderungen an Fluide (vgl. Abschn. 2.2) im Selbstverständnis dieses Buches – gesprochen wird.

Um selbstfahrende Arbeitsmaschinen als Fahrzeuge bezeichnen zu können, würde folgende Rechtfertigung genügen: In der Schweiz heißen selbstfahrende Arbeitsmaschinen nämlich Arbeitsfahrzeuge [4.2]. Tatsächlich ist es nicht möglich, die Definition eines technischen Gegenstandes auf Basis von Vorschriften und Gesetzen z. B. zur Typeneinordnung, bestimmten Zulassungsregeln, durchaus gerechtfertigten Sicherheitsfragen, fiskalen Steuerüberlegungen u. ä. vorzunehmen.

Auch wenn sich eine solche Vorgehensweise heutzutage immer mehr durchzusetzen scheint, können technische Definitionen nicht vom Gesetzgeber, sondern ausschließlich nur von den Fachwissenschaften vorgenommen werden. Insofern wäre es an der Reihe der (zuständigen) Ingenieure, genauer zu definieren, was unter einer mobilen oder selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu verstehen ist und diese Definition in die einschlägigen Normen einfließen zu lassen.

Wir wollen uns bei der Definition einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine damit „begnügen“, dass es sich um Fahrzeuge (mit eigenem Antrieb) handelt, deren (mit dem Fahrzeug) fest verbundene Einrichtungen zur Leistung von Arbeit bestimmt sind. Insofern wird eine etwas nähere Beleuchtung der fluidtechnischen bzw. hydraulischen Funktionen selbstfahrender Arbeitsmaschinen im Rahmen dieses Fachbuches als gerechtfertigt angesehen; dies auch vor dem Hintergrund, dass bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen zwischenzeitlich wichtige regelungstechnische Funktionen denen der Kraftfahrzeuge „entlehnt“ sind oder der Wunsch besteht, sich diesen anzunähern.

Allein die im Bereich der Arbeitsmaschinen bestehenden Forderungen nach einem „automotiven Fahren“ sind einzig und allein dem Anliegen der Fahrer und Bediener selbstfahrender Arbeitsmaschinen geschuldet, eine Arbeitsmaschine so fahren (und bedienen) zu können, wie ein Kraftfahrzeug. Objektiv kamen hier natürlich auch die Forderungen der Industrie bzw. der Betreiber hinzu, unterschiedliche Arbeitsmaschinen zunehmend straßentauglich zu machen; nicht zuletzt vor dem Hintergrund, die Umsetz- und Transportgeschwindigkeiten zu erhöhen und den Einsatz der Maschine flexibler und damit wirtschaftlicher zu gestalten.

Allerdings konnte eine Funktion, wie „automotives Fahren“ bei Arbeitsmaschinen in den letzten Jahrzehnten durch die ständigen Verbesserungen und Weiterentwicklungen programmierbarer mikroelektronischer Steuerungen unterstützt und eigentlich erst umfassend ermöglicht werden.

Aber auch die Realisierung wichtiger und umfangreicher „Diagnosefunktionen“ oder solche Steuerungs- und Regelungskonzepte, wie „Kennlinienverarbeitung“ (wählbare Kennlinien), „Constant Speed Drive“, „Überdrehzahlabsicherung“, „Dieselmotor-Grenzzahlregelung“ und „Zugkraftbegrenzung“ konnten erst durch die Möglichkeiten der Elektronik praxiswirksam umgesetzt werden und waren in der Vergangenheit mit herkömmlichen, rein hydromechanischen Mitteln und Möglichkeiten nicht oder nur bedingt lösbar."