Elektrifiseringen av mobile maskiner forandrer hydraulikkbransjen i høyt tempo. Men hva skjer dersom selve elmotoren og hydraulikkpumpen bygges sammen til én felles enhet? Det er nettopp dette ny forskning fra Linköpings universitet undersøker – og resultatene peker på både store muligheter og flere tekniske utfordringer for fremtidens hydrauliske systemer.
I en ny doktoravhandling fra Linköpings universitet analyseres hvordan elektriske maskiner og hydrauliske pumper/motorer kan integreres til såkalte elektrohydrauliske energikonvertere. Forskningen fokuserer spesielt på hvordan hydraulikken må utvikles for å fungere optimalt sammen med moderne elektriske drivsystemer.
Hydraulikken må tilpasses elektrifiseringen
Tradisjonelle hydraulikksystemer har historisk blitt utviklet for dieselmotorer med relativt konstant turtall. Elektriske drivlinjer fungerer annerledes og stiller helt nye krav til hydraulikkmaskinene.
Forskningsarbeidet viser at elektrifisering åpner muligheter for:
- høyere energieffektivitet
- regenerering av energi
- variabelt turtall
- bedre styrbarhet
- lavere støynivå
- mer kompakte systemløsninger
Samtidig konstateres det at dagens hydraulikkpumper og motorer ikke er optimalisert for elektrisk drift. For å fullt ut dra nytte av elektrifiseringen må både smøring, kommutering og interne strømninger redesignes.
Muligheten: integrere hydraulikkpumpen i elmotoren
En av de mest interessante konklusjonene i forskningen er muligheten til å plassere hydraulikkmaskinen direkte inne i kjernen av elmotoren. På denne måten kan plass som normalt ikke brukes i elmaskinen utnyttes til hydraulikken.
Dette kan gi:
- betydelig høyere effekttetthet
- færre komponenter
- lavere vekt
- mer kompakte installasjoner
- færre lagre og mekaniske deler
- potensielt lavere kostnader
Forskerne peker på at slike løsninger er spesielt interessante for mobile arbeidsmaskiner hvor installasjonsplass og energieffektivitet blir stadig viktigere.
Utfordringene: støy, kjøling og høye turtall
Til tross for de store mulighetene gjenstår flere tekniske problemer før teknologien kan få bred kommersiell gjennomslagskraft.
En av de største utfordringene er støy. Når dieselmotoren forsvinner, blir hydraulikkens lyd mye mer merkbar. Derfor blir blant annet ventilplatens utforming og trykkpulser langt viktigere enn tidligere.
En annen stor utfordring er kjøling og smøring ved høye turtall. Elektriske drivsystemer muliggjør både svært lave og svært høye hastigheter, noe som belaster hydraulikkmaskinene på nye måter. Forskerne beskriver hvordan lekkoljestrømmer og kjølestrategier må optimaliseres for å håndtere varmeutviklingen i integrerte systemer.
Også styringen blir mer avansert når hydraulikk og elektriske drivsystemer skal samvirke fullt ut.
Viktig forskning for fremtidens mobile hydraulikk
Forskningsarbeidet er gjennomført ved Linköpings universitet, som lenge har vært ledende innen forskning på mobilhydraulikk og energieffektive hydraulikksystemer. Arbeidet er utført innen universitetets eHydraulics-forskning med fokus på fremtidige elektrifiserte arbeidsmaskiner.
Avhandlingen er skrevet av forskeren Alexander Murrenhoff og omhandler utviklingen av elektrohydrauliske energikonvertere med fokus på integrerte løsninger mellom elektriske maskiner og hydraulikk. Veiledere og forskningsmiljø er knyttet til Linköpings universitets velkjente hydraulikkforskning innen fluid- og mekatronikksystemer.
Forskningen har også en tydelig industrikobling mot fremtidens entreprenørmaskiner og mobile hydraulikksystemer der både energieffektivitet og elektrifisering blir avgjørende konkurransefaktorer.
Konklusjon: hydraulikken får en nøkkelrolle i elektrifiseringen
Den kanskje viktigste konklusjonen fra forskningen er at hydraulikken ikke forsvinner med elektrifiseringen – tvert imot. For mobile maskiner med høye kraftbehov vil hydraulikken sannsynligvis fortsatt være sentral i fremtiden.
Men hydraulikken må utvikles sammen med elektrifiseringen.
Integrerte el- og hydraulikkløsninger kan gi betydelig mer effektive, kompakte og intelligente maskiner. Samtidig krever teknologien nye løsninger for støy, kjøling, smøring og systemstyring.
For hydraulikkbransjen innebærer dette store muligheter – men også et tydelig krav om innovasjon i årene som kommer.
