Tobias Speicher

• Die Energieeffizienz wird, bedingt durch kontinuierlich schärfere Auflagen des Gesetzgebers aber auch steigende Anforderungen seitens der Anwender, ein zunehmend entscheidendes Kriterium bei der Auslegung hydraulischer Systeme. Neben neuartigen Systemarchitekturen liegt das Augenmerk besonders auf dem, die hydraulische Energie bereitstellenden, Pumpenantrieb. Wegen der großen Zahl verfügbarer Pumpen und Motoren im Zusammenspiel mit dem sehr weiten Anwendungsfeld gestaltet sich die Auswahl des optimalen Pumpenantriebs schwierig. Hier setzt die vorliegende Arbeit an und entwickelt am Beispiel von Zahnradpumpenantrieben eine Methode, wie die energieeffiziente Auslegung systematisch durchgeführt werden kann. Im Kern der Auslegungsmethode steht dabei die Analyse des Energieflusses durch die Wandlungskette des Pumpenantriebs. Neben der benötigten Messtechnik unterstützen auch Simulationsmodelle bei der Analyse der Einflussparameter auf den Wirkungsgrad. Die vorgestellte Methode ermöglicht es Anwendern wie Systementwicklern, auf Basis des Lastzyklus einer Anwendung die hierfür energieeffizienteste Antriebslösung zu bestimmen. Darüber hinaus lassen sich aus der Analyse auch noch Verbesserungspotentiale ableiten, wie der gesamte Prozess noch effizienter gestaltet werden kann. Letztlich müssen bei einer solchen Effizienzoptimierungen auch weitere Wechselwirkungen des Pumpenantriebs mit dem Prozess berücksichtigt werden, die für den sicheren und fehlerfreien Betrieb entscheidend sind. Dies erfolgt in dieser Arbeit beispielhaft für das thermische Verhalten der Pumpe in kritischen Betriebszuständen.
• Due to more and more strict regulations by the legislative authority but also increasing requirements on the part of the user, energy efficiency becomes a crucial criterion in the design process of hydraulic systems. Besides new system architectures, the attention especially is on the pump drive that provides the hydraulic energy. Because of the large number of pumps and motors available together with the vast field of applications, the choice of the most efficient pump drive proves to be difficult. This is where the present work starts and develops, using the example of gear pump drives, a method how a systematic energy efficient design process can be executed. The central part of the design method is the analysis of the energy conversion process of the pump drive from the electrical power input to the hydraulic energy available for the process. Besides the required measurement technology, pump simulation supports the analysis of the influences on the efficiency. The proposed method enables user and system designer to determine the drive solution with the best energy efficiency for their system based on the load cycle of their application. Moreover, this analysis allows one to derive additional changes in the system design to further increase the energy efficiency of the process. In the end, it is necessary to address other interdependences of the pump drive and the process, which are crucial for a safe and sound operation of the system. This is done exemplarily in this work for the thermal behavior of the pump in critical operating conditions.