Baumaschinenantriebe werden grüner Effizienz rauf, Emissionen runter - KEM

Baumaschinenantriebe werden grüner

Effizienz rauf, Emissionen runter

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Vom 15. bis 21. April 2013 findet in München die Bauma, 30. Internationale Fachmesse für Baumaschinen, Baustoffmaschinen, Bergbaumaschinen, Baufahrzeuge und Baugeräte, statt. Einer der wesentlichen Ansatzpunkte für die auf der Messe zu erwartenden Innovationen ist die Antriebstechnologie bei mobilen Baumaschinen.

Im Interview mit der Messe München gibt Prof. Dr.-Ing. Günter Kunze, Leiter des Lehrstuhls für Baumaschinen- und Fördertechnik an der Technischen Universität Dresden, einen Einblick in aktuelle Entwicklungen.

Messe München: Wesentliche Treiber bei der Weiterentwicklung der Antriebstechnologien von mobilen Baumaschinen sind die internationalen Abgasnormen. Was sind hier die aktuell wichtigsten Eckpunkte?
Prof. Dr. Günter Kunze: Nach Leistungsklassen gestaffelt, werden in Europa und den USA stufenweise deutlich strengere Grenzwerte für neue Maschinen eingeführt. Im Fokus stehen die Rußpartikel- und Stickoxidemissionen. Gegenwärtig gilt für den Off-Road-Bereich in Europa die EU-Stufe III B der Emissionsrichtlinie und in den USA die Abgasnorm US Tier 4 interim. Im Jahr 2014 folgen die EU-Stufe IV und die US-Stufe Tier 4 final. Diese bringen nochmals eine drastische Absenkung des Emissionsgrenzwertes für Stickoxide mit sich.
Messe München: Mit welchen Technologien und Komponenten können diese Vorschriften eingehalten werden?
Kunze: Die bisherigen Grenzwerte konnten meist durch innermotorische Maßnahmen eingehalten werden. Dabei sind die Konstrukteure von Fall zu Fall mit dem Widerspruch konfrontiert, dass ein schadstoffarmes Verbrennungsverfahren einen erhöhten Kraftstoffverbrauch hervorruft. Die zunehmende Verschärfung der Grenzwerte verstärkt diesen „ökologischen Konflikt“. Die ab dem Jahr 2014 geltenden Grenzwerte für den Off-Road-Bereich erfordern in den meisten Fällen eine zusätzliche nachmotorische Abgasnachbehandlung mit effektiven, wartungsarmen und dauerhaft leistungsfähigen Schadstoffminderungskomponenten. Abhängig von der Anwendung lassen sich durch die Kombination von Technologien, die Rußpartikel- und Stickoxidemissionen gleichzeitig senken, die niedrigen Limits der EU-Stufe IV und US-Stufe Tier 4 final erfüllen. Dabei müssen bei mobilen Maschinen die Besonderheiten der Einsatzbedingungen, die variablen Betriebszyklen und die Leistungsanforderungen der jeweiligen Anwendung berücksichtigt werden. Die riesige Variantenvielfalt im Off-Road-Bereich macht eine Standardlösung für die Abgasnachbehandlung unmöglich. Deshalb definieren die Hersteller Betriebsbedingungen – wie zum Beispiel Temperaturen – um einerseits den Reinigungsprozess des Filters in Abhängigkeit von der Rußbeladung und andererseits die Harnstoffdosierung zur Stickoxidminderung je nach Motorleistung zu ermöglichen. Da diese Betriebsbedingungen bei den Einsatzprofilen im Off-Road-Bereich nicht in jedem Fall gegeben sind, kommen Verfahren der aktiven Regeneration zum Einsatz. Hier erzeugen Abgassysteme die benötigte Temperatur selbst. Dabei wird die Abgastemperatur entweder durch einen Flammenbrenner oder eine Kombination aus Flammenbrenner und katalytischem Brenner eingestellt. Andere Entwicklungen zielen auf eine Motorabstimmung für niedrigsten Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit einer signifikanten Leistungssteigerung des SCR-Systems (SCR – Selective Catalytic Reduction). Dadurch werden mit nur zwei Abgasemissionskomponenten – CR und Diesel Oxidation Catalyst (DOC) – die zukünftigen Grenzwerte unterschritten.
Messe München: Neben dem Fahrantrieb muss auch die Arbeitsausrüstung einer mobilen Baumaschine mit ausreichend Leistung versorgt werden. Was tut sich auf diesem Feld?
Kunze: Traditionell wird ausreichend verbrennungsmotorische Leistung installiert. Das heißt, die Hersteller ermitteln den so genannte Peak-Bedarf und verbauen einen dazu passenden Motor. Allerdings gibt es vielfältige Ansätze und Lösungen, die sich mit dem „mittleren Bedarf“ der Baumaschine als Auslegungsgröße des Verbrennungsmotors beschäftigen. Für die Abdeckung von Lastspitzen kommen dann geeignete Speicher zum Einsatz. Die Speicher können mechanisch, hydraulisch oder auch elektrisch arbeiten. Man spricht hier vom Downsizing der installierten Motor-Antriebsleistung.
Messe München: Die Branche arbeitet schon seit Jahren intensiv an Hybridantrieben, aber der Marktdurchbruch fehlt bislang. Wie beurteilen Sie den Stand der Entwicklung?
Kunze: Zunächst sei angemerkt, dass auch der Pionier auf dem Hybridgebiet, die Firma Toyota, im Kfz-Bereich mehr als zehn Jahre für Akzeptanz und Marktdurchdringung benötigt hat. Bei den mobilen Arbeitsmaschinen lassen ihre Vielfalt, ihre geringen Stückzahlen und ihre hohe Lebensdauer einen eher noch verhalteneren Prozess erwarten. Grundsätzlich bedeutet Hybridantrieb das Vorhandensein mindestens zweier Leistungsquellen. Denkbar sind die verschiedensten Kombinationen dieser Quellen. Dies können zum Beispiel ein Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine in Kombination mit elektrischem Speicher sein. Oder auch zwei unabhängige Speicher, beispielsweise in Flurförderzeugen. Für beide Beispiele gibt es bereits ausgeführte und verfügbare Maschinen. Machbar sind auch Lösungen, die Energie in mechanischer oder hydraulischer Form rekuperieren und anschließend speichern. Welche Lösung für welche Maschine eingesetzt wird, hängt entscheidend vom jeweiligen Anforderungsprofil ab. Gerade zur Hybridtechnologie arbeitet die Baumaschinenbranche an vielen Innovationen, die auf der kommenden Bauma erstmals vorgestellt werden.
Messe München, Tel.: 089 949-11348, E-Mail: info@bauma.de
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