Kraftstoff sparen mit variabler Drehzahl

Seit Jahrzehnten werden im industriellen und mobilen Bereich kleine Dieselgeneratoren eingesetzt, um elektrische Energie im Bereich geringer Leistung zu erzeugen. Beispiele sind Baustellengeneratoren oder Hilfsgeneratoren in Lkws, Spezialfahrzeugen oder Mobilbaukränen. Diese kurz APUs – »Auxiliary Power Units« – genannten Generatoren werden vom Anwender aufgrund der erforderlichen Spitzenleistung ausgesucht. Für den jeweiligen Anwendungszweck sind sie aber oft überdimensioniert und werden die meiste Zeit in Teillast betrieben.

Der Dieselverbrauch lässt sich durch eine Verschiebung des Betriebspunktes und entsprechend angepasster Drehzahl senken. Dabei wird die Drehzahl im Teillastbereich soweit angepasst, bis der Diesel in einem Betriebspunkt fährt, in dem er den geringsten spezifischen Verbrauch hat. Auf diese Weise kann für jede Leistung ein Betriebspunkt ­definiert werden, in dem der Kraftstoff­verbrauch optimal ist.

Verbindet man alle diese Punkte miteinander, ergibt sich eine Kennlinie des geringsten Verbrauchs, die in der Dieselsteuerung hinterlegt werden kann. Das sich daraus ergebende System ist ein drehzahlvariabler Generator (»Variable Speed Generator« – VSG), der seine Drehzahl an die aktuelle Last anpasst, um den höchsten Systemwirkungsgrad zu erzielen.

Am Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) des Karlsruher Instituts für ­Technologie (KIT) wurde die Kraftstoff­einsparung eines VSG im Vergleich zu einem herkömmlichen Generator mit konstanter Drehzahl untersucht. Mittels repräsentativer Lastprofile war es möglich, die verschiedenen Anwendungen eines VSG abzudecken.

Die als Generator verwendete permanenterregte Synchronmaschine (Hersteller: Heinzmann GmbH & Co. KG) wurde von einem Einzylinder-Viertaktmotor mit einer Nennleistung von 3,5 kW angetrieben (Hersteller: Fa. Hatz Motorenfabrik GmbH). Mit einem Motorsteuergerät gelang es, die Drehzahl des Diesels an die aktuelle elektrische Last des Generators anzupassen.

Bei allen gemessenen Profilen konnte eine deutliche Reduzierung des Kraftstoff­verbrauchs von mindestens 30 % nachge­wiesen werden. Bei Profilen mit stark schwankenden Lasten lagen die Einsparungen sogar bei über 40 %. Mithilfe einer Start/Stopp-Funktion lässt sich die Effizienz noch weiter erhöhen. In diesem Fall schaltet sich der Dieselgenerator selbständig aus, wenn keine Last abgerufen wird. Weitere Potenziale eröffnen sich durch optimierte Komponenten.

Projektthema:
Entwicklung und Untersuchung eines drehzahlvariablen Dieselgenerators kleiner Leistung

Projektdurchführung:
Heinzmann GmbH & Co. KG
Am Haselbach 1
79677 Schönau
Telefon    07673|82080
r.zahoransky@heinzmann.de

Projektpartner:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen
Rintheimer Querallee 2
76131 Karlsruhe
Telefon    0721|60848649
peter.dengler@kit.edu

AZ 27126