Mobile Maschinen Baumaschinen-Trends: Effiziente Lösungen aus zwei Blinkwinkeln

Während energieeffiziente Baumaschinen von Herstellerseite vorangetrieben werden, stellt die Schadstoffeffizienz Konstrukteure vor große Herausforderungen. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Weber, Direktor am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden, erklärt warum.

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Wissenschaftler des Verbundprojektes TEAM haben in ihrem Projekt u. a. den „Grünen Radlader“ entwickelt, dessen Gesamtantriebskonzept energetisch optimiert ist.
Wissenschaftler des Verbundprojektes TEAM haben in ihrem Projekt u. a. den „Grünen Radlader“ entwickelt, dessen Gesamtantriebskonzept energetisch optimiert ist.
(Bild: IFD, TU Dresden)

Energie- und Schadstoffeffizienz sind seit Jahren große Themen im Bereich Baumaschinen und –fahrzeuge. Welche technischen Entwicklungen sind bisher daraus entstanden?

Technische Entwicklungen bezüglich der Energieeffizienz betrafen in der Vergangenheit oft einzelne antriebstechnische Subsysteme, wie den Dieselmotor, Fahrantrieb oder die Arbeitshydraulik. Neuere Forschungsaktivitäten beziehen immer mehr das Gesamtantriebskonzept von der primären Energiequelle, dem Dieselmotor, über alle Wandlungsstufen hinweg mit ein. Erst diese Gesamtbetrachtung, führt zu wirtschaftlich guten Leistungen. Hier spielen insbesondere rückgewinnungsfähige Antriebskonzepte eine zunehmende Rolle. Energierückgewinnung bedeutet allerdings nicht zwangsweise Hybridtechnologie. Ein direkter Austausch von Energie zwischen den Subsystemen ohne Zwischenspeicherung stellt die effizienteste Lösung dar, da eine Wandlung und Speicherung immer verlustbehaftet ist. Hybride Antriebskonzepte spielen ihre Stärke bei der Bereitstellung zusätzlicher Energieanteile aus. Abhängig von der Applikation und dem Hybridisierungsgrad kann die Leistungsfähigkeit der Maschine gesteigert oder ein kleinerer Motor eingesetzt werden. Dies wirkt sich direkt auf dessen Emissionscharakter und Bauraumbedarf aus.

Im Gegensatz zur Energieeffizienz hat die vom Gesetzgeber getriebene Schadstoffeffizienz (TIER IV) neben einem hohen technischen Aufwand für innermotorische Maßnahmen und Abgasnachbehandlungssysteme eher negative Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch. Dieser Mehrverbrauch muss durch Maßnahmen am Gesamtsystem wieder ausgeglichen werden, bevor man von einer energie- und schadstoffeffizienten Maschine sprechen kann.

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Gibt es Beispiele für erfolgreiche Anwendungen?

Ein aus meiner Sicht hervorragendes Beispiel für die angesprochene Gesamtmaschinenbetrachtung stellt unser vor kurzem abgeschlossenes TEAM Verbundvorhaben, und hier insbesondere das Teilprojekt „Grüner Radlader“, dar. Aber auch die Maschinenhersteller wissen natürlich um diesen Aspekt. Hier finden seit längerer Zeit Optimierungen beispielsweise in Form der Absenkung der Betriebsdrehzahl statt, welche aber auch immense Auswirkungen auf das Gesamtsystem mit sich bringen. Als großer Schritt ist die serienmäßige Einführung von Leistungsverzweigungsgetrieben in Radladern sowie diverse Hybridbaggerlösungen von namhaften Herstellern zu nennen.

Entstehen diese „grünen“ Lösungen denn ganz freiwillig oder beeinflussen eher die Emissionsvorschriften der Politik den Baumaschinen-Markt?

Die Energieeffizienz von Maschinen ist eine von der Anwenderseite kostengetriebene Forderung. Für neue hochentwickelte Maschinen sind Kaufpreis und Standzeit zunächst ein Hauptverkaufsargument. Blickt man auf die TCO, so macht der Kraftstoffverbrauch etwa 40% der Betriebskosten aus. Somit sind energieeffiziente Maschinen technologische und ökonomische Wettbewerbsargumente der Maschinenhersteller gegenüber ihren Kunden. Aspekte der Schadstoffeffizienz kann man durchaus als unfreiwillig bezeichnen. Die konstruktiven Änderungen auf Motorenseite und der erhöhte Bauraumbedarf im Zuge der Emissionsregularien binden seit Jahren die Hauptentwicklungskapazitäten bei Maschinenherstellern. Hinzu kommen die aus Herstellersicht sehr kurzen Abstände, in denen neue, strengere Abgasstufen umgesetzt werden müssen. Einen weiteren Aspekt bildet die Notwendigkeit einer globalen technologischen Differenzierung der Produkte und damit sehr aufwändigen Plattformstrategien, bedingt durch unterschiedliche Gesetzeslagen und der verfügbaren Kraftstoffqualität.

Welche Richtlinien und Bestimmungen kommen zukünftig auf die Branche zu?

Die nächste Abgasstufe, in Form von TIER V, steht bereits vor der Tür und wird zwischen 2019 und 2020 bindend. Bedingt durch die zunehmende Verbreitung elektronischer Steuerungssysteme wird sicherlich die konsequente Umsetzung der Maschinenrichtlinie, insbesondere durch die Anpassung bzw. Überarbeitung der DIN ISO 13849 immer stärker an Bedeutung gewinnen. Schlecht vorhersehbar ist die Entwicklung lokaler Emissionsrichtlinien hinsichtlich Feinstaub- und Lärmbelastung. Eine Nachrüstpflicht für Abgasnachbehandlungssysteme besteht derzeit in Deutschland nicht. Sollte eine solche Nachrüstpflicht eintreten, so sehen sich die Maschinenbetreiber mit den Kosten für die Installation und den Mehrverbrauch konfrontiert und zusätzlich mit der Frage der Betriebsgarantien durch den Einsatz nicht ausreichend ausgereifter Systeme.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht