Abgasnormen und technologische Antworten auf Emissionsgrenzwerte
Internationale Abgasnormen sind ein wesentlicher Treiber für die Weiterentwicklung von Antriebstechnologien. In Europa und den USA werden schrittweise strengere Grenzwerte für neue Maschinen eingeführt, insbesondere für Rußpartikel- und Stickoxidemissionen. Aktuell gelten in Europa die EU Stufe III B und in den USA die Abgasnorm US Tier 4 interim für den Off-Road-Bereich. Ab 2014 treten die EU Stufe IV und US Stufe Tier 4 final in Kraft, die eine weitere Reduzierung der Stickoxid-Emissionsgrenzwerte vorsehen.
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.
Bisher konnten Grenzwerte oft durch innermotorische Maßnahmen eingehalten werden. Dies führte jedoch zu einem Zielkonflikt, da schadstoffarme Verbrennungsverfahren einen erhöhten Kraftstoffverbrauch verursachen können. Die ab 2014 geltenden Grenzwerte erfordern in den meisten Fällen eine zusätzliche nachmotorische Abgasnachbehandlung. Diese muss effektive, wartungsarme und dauerhaft leistungsfähige Schadstoffminderungskomponenten umfassen.
Die Kombination von Technologien zur gleichzeitigen Senkung von Rußpartikel- und Stickoxidemissionen ermöglicht die Einhaltung der niedrigen Limits der EU Stufe IV und US Stufe Tier 4 final. Dabei müssen die spezifischen Einsatzbedingungen, variablen Betriebszyklen und Leistungsanforderungen mobiler Maschinen berücksichtigt werden. Die Vielfalt im Off-Road-Bereich schließt eine Standardlösung für die Abgasnachbehandlung aus.
Hersteller definieren Betriebsbedingungen wie Temperaturen, um den Reinigungsprozess des Filters und die Harnstoffdosierung zur Stickoxidminderung zu steuern. Da diese Bedingungen im Off-Road-Einsatz nicht immer gegeben sind, kommen Verfahren der aktiven Regeneration zum Einsatz. Hierbei erzeugen Abgassysteme die benötigte Temperatur selbst, beispielsweise durch Flammenbrenner oder eine Kombination aus Flammenbrenner und katalytischem Brenner.
Andere Entwicklungen konzentrieren sich auf eine Motorabstimmung für geringen Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit einer Leistungssteigerung des SCR-Systems (Selective Catalytic Reduction). Mit nur zwei Abgasemissionskomponenten – SCR und Diesel Oxidation Catalyst (DOC) – sollen so die zukünftigen Grenzwerte unterschritten werden.
Leistungsversorgung der Arbeitsausrüstung
Neben dem Fahrantrieb muss auch die Arbeitsausrüstung mobiler Baumaschinen ausreichend mit Leistung versorgt werden. Traditionell wird hierfür eine hohe verbrennungsmotorische Leistung installiert, die auf den sogenannten Peak-Bedarf ausgelegt ist.
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.
Es gibt jedoch Ansätze, die den "mittleren Bedarf" der Baumaschine als Auslegungsgröße für den Verbrennungsmotor nutzen. Lastspitzen werden dann durch geeignete Speicher abgedeckt, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch arbeiten können. Dies wird als Downsizing der installierten Motor-Antriebsleistung bezeichnet.
Hybridantriebe in Baumaschinen
Die Baumaschinenbranche arbeitet intensiv an Hybridantrieben, auch wenn der Marktdurchbruch noch aussteht. Prof. Kunze verweist auf die über zehnjährige Entwicklungszeit, die Toyota für die Akzeptanz von Hybridfahrzeugen im Kfz-Bereich benötigte. Bei mobilen Arbeitsmaschinen sei aufgrund ihrer Vielfalt, geringen Stückzahlen und hohen Lebensdauer ein noch verhaltenerer Prozess zu erwarten.
Ein Hybridantrieb zeichnet sich durch mindestens zwei Leistungsquellen aus. Dies können beispielsweise ein Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine in Kombination mit einem elektrischen Speicher sein, oder auch zwei unabhängige Speicher, wie sie in Flurförderzeugen zum Einsatz kommen. Für beide Beispiele existieren bereits ausgeführte und verfügbare Maschinen.
Auch Lösungen, die Energie in mechanischer oder hydraulischer Form rekuperieren und speichern, sind machbar. Die Wahl der geeigneten Hybridlösung hängt vom jeweiligen Anforderungsprofil der Maschine ab. Viele Innovationen im Bereich der Hybridtechnologie werden auf der kommenden bauma erstmals vorgestellt.