Baumaschinen, Kommunalfahrzeuge sowie Land- und Forstmaschinen leisten Schwerstarbeit: Aufgaben und Einsatzgebiete, die oft außerhalb asphaltierter Straßen liegen, stellen besondere Herausforderungen an Antriebstechnik und Steuerungskonzepte. Sie stehen im Fokus der Forschung am Stiftungslehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen des Instituts für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) am KIT. Den Wissenschaftlern steht hierfür ein moderner Akustikallradrollenprüfstand zur Verfügung.
An der Versuchsanlage, die Fahrzeuge mit einem Leergewicht von bis zu 40 Tonnen aufnehmen kann, untersuchen die Ingenieure unter anderem Leistung und Funktion sowie Außen- und Innengeräusche von mobilen Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeugen. Gleichzeitig spielen – genau wie bei PKWs – die Aspekte Sicherheit, Energieeffizienz, Benutzerfreundlichkeit und Kosteneinsparung eine große Rolle. „Mobile Arbeitsmaschinen unterscheiden sich von PKWs aber vor allem durch ihre Arbeitsantriebe, die je nach Anwendung eine unterschiedlich große Bedeutung haben“, sagt Professor Marcus Geimer, der den Stiftungslehrstuhl am FAST inne hat. „In einem Mähdrescher fließen beispielsweise 80 Prozent der Motorleistung in den Ernteprozess, nur etwa 20 Prozent der Leistung werden zum Fahren benötigt.“ Noch seien die Antriebe für das Fahren und Arbeiten in diesen Fahrzeugen getrennt. Da sich aus beiden Antrieben Energie zurückgewinnen lasse, biete eine Zusammenführung große Vorteile.
„Mit dem Prüfstand können wir nun die vollständigen Maschinen unter realitätsnahen Bedingungen, aber mit reproduzierbaren Belastungen untersuchen“, sagt Geimer. Letzteres ist wegen der Möglichkeit, Ergebnisse zu vergleichen, ein wesentlicher Vorteil gegenüber Fahrten im Testgelände. Unter anderem untersuchen die Wissenschaftler so Hybridantriebe in mobilen Arbeitsmaschinen. „Zum einen können wir Leistung und Effizienz etwa an einem umgerüsteten Radlader untersuchen, zum anderen können wir aber zum Beispiel auch hybride Strukturen, die noch nicht in der Maschine integriert sind, am Prüfstand simulieren. Diese Versuchsanlage trägt dazu bei, unterschiedliche Konzepte und Systeme wissenschaftlich fundiert vergleichen zu können“, so Geimer.
Zweiter zentraler Untersuchungsgegenstand neben den Antrieben sind Steuerungskonzepte, insbesondere sich selbst adaptierende oder lernfähige Systeme. „Die Reaktion dieser Systeme können wir teilweise nur schwer voraussagen“, so Geimer. „Am Rollenprüfstand können wir solche Steuerungen ohne Gefährdung des Bedieners auch in sicherheitskritischen Situationen untersuchen.“
Mit vier individuell ansteuerbaren Rollen ist der Prüfstand offen für vielfältige Aufgaben. Sie reichen von realen Tests etwa bei der Ermittlung von Zugkraftdaten bis zu Versuchen mit Simulationsunterstützung (Vehicle-in-the-Loop). Dabei sind Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 160 Stundenkilometern sowie Zugkräfte von bis zu elf Tonnen je Rad möglich. Die Nutzung des Prüfstands erfolgt gemeinsam mit den FAST-Lehrstühlen für Fahrzeugtechnik (Pkw und Nutzfahrzeuge), Bahnsystemtechnik und Leichtbau.
Das Zentrum Mobilitätssysteme bündelt die fahrzeugtechnischen Aktivitäten des KIT: An den methodischen und technologischen Grundlagen für die Fahrzeuge der Zukunft arbeiten derzeit knapp 40 Institute des KIT mit rund 800 Mitarbeitern. Ziel ist es, energieeffiziente, emissionsarme und sichere Fahrzeuge sowie Mobilitätskonzepte zu entwickeln. Die Wissenschaftler berücksichtigen dabei das komplexe Zusammenspiel von Fahrzeug, Fahrer, Verkehr und Gesellschaft.
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.