Die Abgasnormen werden strenger, gleichzeitig steigen die Kraftstoffpreise. Bei den Baumaschinen ist es daher Zeit für eine Diät: weniger Diesel, weniger Ruß, kleinere Motoren.
Energie und Abgas halten die Entwicklungslabore weiter auf Trab: Im Oktober 2014 verschärfen sich mit Stufe IV der EU-Abgasnorm ein weiteres mal die Grenzen für Ruß und schädliche Abgase. Betroffen sind Baumaschinen mit einer Nutzleistung von 56 bis 130 kW, die für die Typengenehmigung schon jetzt die neuen Werte einhalten müssen. Für Stickoxide liegen diese bei 0,4 g/kWh, bei Partikeln sind es 0,025 g/kWh.
Auch in den USA werden die Regeln für den Leistungsbereich bis 130 kW mit Tier IV strenger. Dazu kommen die steigenden Kraftstoffpreise. Kurz gesagt: Die Unternehmen sind gezwungen, in Baumaschinen Energie zu sparen.
Auf der Agritechnika stellte MAN sein modulares System zur Nachbehandlung von Abgasen vor. In Kombination mit dem Motor D2676 LE13x drückt es den Ausstoß von Ruß und Stickoxiden & Co. unter die Grenzen von Tier 4 final und Stufe IV. Es wurde speziell für Landmaschinen und Baumaschinen konzipiert. Bild: MAN
Unternehmen gehen unterschiedliche Wege
Um den Vorgaben zu genügen, verwenden viele Hersteller nun Motoren mit Katalysator, Partikelfilter und SCR-Technik. Sensoren im Antriebsstrang, Einspritztechnik und Abgasnachbehandlung helfen die Gesetze einzuhalten. Andere bauen auf Hybridtechnik, wobei verschiedene Konzepte möglich sind.
Eine häufige Variante ist der hydraulische Hybrid. Anders als beim Pkw wird der Verbrennungsmotor nicht von einem elektrischen sondern einem hydraulischen System ergänzt. Ein typisches Einsatzfeld sind Bagger: „Der drehende Oberwagen wird hydraulisch abgebremst, die Energie in einen Druckspeicher aufgenommen und beim erneuten Drehen gleich wieder genutzt“, erklärt Klaus Finzel, Pressesprecher von Zeppelin, dem Handels- und Servicepartner für Caterpillar in Deutschland.
Eine eigens entwickelte Steuerung sorge dafür, dass der Fahrer die Wirkung der Hybridtechnik nicht spüre, fügt Finzel hinzu. Nach Angaben des Herstellers spart das Hydraulikmodell im Vergleich zu seinem konventionell gestrickten Vorgänger bis zu 33 Prozent Kraftstoff und soll den höheren Preis wett machen.
Sparen oder Klotzen: Hybridvarianten
Hybridsysteme können auf zwei Arten eingesetzt werden: Einerseits kann es Lastspitzen ausgleichen. Dann genügt für die gleiche Leistung ein kleinerer Verbrennungsmotor. Andererseits kann es bei gleichem Motor für eine stärkere Leistung sorgen. Mit Blick auf die Abgas- und Kraftstoff-Problematik entscheiden sich die Hersteller allerdings eher fürs Downsizing.
Beim Raupenbagger R 9XX concept kombinierte Liebherr den Verbrennungsmotor mit einem Hydraulikspeicher und einem elektrischen Speicher. Bild: Liebherr
Welches Hybridkonzept für eine bestimmte Maschine Sinn ergibt und wie sich die Technik gewinnbringend einsetzen lässt, ist auch an den Universitäten ein Thema. Zum Beispiel arbeitet das Karlsruher Institut für Technik an Methoden zur Entwicklung und zum Einsatz von Hybridmodellen.
Hydraulik ist kein Allheilmittel
Die Kreativität der Hersteller beschränkt sich jedoch nicht nur auf das Thema Hybrid. Bei Baggern wird diese Technik zwar inzwischen relativ oft eingesetzt, bei Radladern gehen viele Firmen andere Wege. Das liegt an den unterschiedlichen typischen Einsatzarten: Der Arbeitsalltag sieht für Bagger in der Regel wenig Fahrt vor, dafür aber viel Heben und Drehen. Radlager hingegen fahren oft hin und her, meistens kurze Strecken.Daher konzentrierten sich viele Ingenieuren auf das Getriebe.
Liebherr entwickelte beispielsweise einen Radlader bei dem die Leistung des Dieselmotors auf einen mechanischen und einen hydrostatischen Antriebsstrang aufgeteilt und am Ende wieder zusammengeführt wird. Eine elektronische Getriebesteuerung sorgt für eine hohe Übersetzung und damit eine niedrige Betriebsdrehzahl des Motors. Je nach Arbeitssituation wird überwiegend der eine oder der andere Antriebsstrang genutzt. Die Firma will das Konzept für die komplette Baureihe der großen Radlader anwenden.
Temperaturgeregelte Lüfterantriebe, Leerlauf-Stoppautomatik und Abgasnachbehandlung sorgen im Seilbagger für weniger Kraftstoffverbrauch und geringere Emissionen. Bild: Seenebogen
Andere Anbieter scheuen sich nicht vor Hybrid in Radladern. Atlas Weyhausen beispielsweise baut mit Bosch Rexroth als Partner Hybrid-Radlader. Ziel war es ursrpünglich, die Rußmasse zu verringern, welche die Motoren ausstoßen. Dabei geriet der Leerlauf in den Fokus der Entwickler: 30 Prozent der Zeit verbringen Radlader im Stillstand, so das Ergebnis ihrer Analysen.Ein Start-Stopp-System schien die richtige Lösung zu sein. Doch Staub, sehr hohe und tiefe Temperaturen – das vertragen Batterien eher schlecht. Also setzt die Firma das Start-Stopp-System nicht elektrisch, sondern hydraulisch um. Die ohnehin vorhandene Arbeitshydraulikpumpe lädt gleichzeitig auch den Speicher, der beim Start die nötige Impulsenergie in den Motor zurückführt.
Hybridbagger von Caterpiallar: Neben der Energierückgewinnung helfen dem 336E H das Motorleistungsmanagement und das adaptive Steuersystem, weniger Kraftstoff zu verbrauchen. Bild: Caterpillar
Auch bei den Kranen haben Anbieter die Start-Stopp-Automatik für sich entdeckt: Terex ist einer von ihnen, wie eines der jüngsten Modelle aus der 220-Tonnen-Klasse zeigt. Das Triebwerk lieferte Scania. Gegen häufiges Tanken hilft dem All-Terrain-Kran neben der Stopp-Automatik ein flexibles Motormapping, das sich bequem an die jeweilige Nutzung, Kranfunktion oder den Transport anpasst. Auch Sennebogen setzt auf Start-Stopp-Automatik in Kranen, unterstützt von einer geregelten Lüftersteuerung und einer Leerlauf-Automatik. Nachbehandlung von Abgas, zusätzliche Sensoren, Hybridtechnik – all das braucht Platz. Da der Bauraum häufig gleich bleibt, wird es in vielen Maschinen eng. Entsprechend legen die Hersteller mehr Wert auf eine kompakte Bauweise.
Ansprüche an Diesel und Motoröl steigen
Effiziente, moderne Motoren, weniger Kraftstoffverbrauch – so sollte es sein. Für den Handel mit Gebrauchtmaschinen sind die Sparer jedoch oft problematisch. „Durch die komplexe Abgasreinigungstechnik können die aktuellen Stufe-3B- und Stufe-4-Motoren nur mit ultra-schwefelarmem Diesel und mit aschearmem Motoröl betrieben werden“, stellt Finzel fest. Diese Einschränkung kann in einigen Ländern zu Versorgungsengpässen führen, denn nicht überall ist die Spritqualität so hoch wie in Mitteleuropa.
Er rate beim Verkauf von Baumaschinen in Länder ohne Emissionsvorschriften oder mit wenig Regulierung dazu, im Vorfeld zu prüfen, welche Kraftstoffqualität vor Ort verfügbar ist, erklärt Finzel. Andererseits sei die Lage mit hochwertigem Kraftstoff nicht so schlecht wie oft gedacht, gibt er zu bedenken. Außerdem ist in manchen Fällen der Betrieb mit schwefelarmem Diesel möglich.
Ein Motor der Baureihe 1600 von MTU. Die Serie soll ab Mitte 2014 mit Leistungen zwischen 560 und 730 kW erhältlich sein. Die Motoren erfüllen die US-Emissionsstufe EPA Tier 4 final mittels Hochdruck-Common-Rail-Einspritzung, zweistufiger Aufladung und gekühlter Abgasrückführung. Bild: MTU
Verband kritisiert Abgasnorm
Der VDMA ist von den strengeren Normen naturgemäß wenig angetan. Die dadurch nötige Entwicklungsarbeit binde die Innovationskraft in einigen Unternehmen zu 100 Prozent, kritisierte der Verband Anfang 2014 in einer Stellungnahme. Innovation in anderen Bereichen komme zu kurz, außerdem nutzt der enorme Entwicklungsaufwand oft dem Kunden nicht viel.
Tatsächlich liegt in den Angeboten der Hersteller der Fokus auf Kraftstoffverbrauch und Emission. Einige gehen jedoch über diese Punkte hinaus: Neben der Motorenentwicklung haben die Tüftler beispielsweise Fahrkomfort und Sicherheit auf der Agenda. Dazu gehört auch weniger Lärm: An leiseren Maschinen basteln Unternehmen wie Fluidtronics und Sennebogen. Letzeres wirbt damit, dass die jüngsten Modelle um bis zu 4,5 dB leiser seien als ihre Vorgänger. Andere Hersteller wollen die Effizienz von Baumaschinen über Flottenmanagement und Maschinensteuerungssysteme steigern.
Dagmar Oberndorfer
Redaktion, ke NEXT
Schreibt für ke NEXT und fluid über Hydraulik, Software, Schifffahrt, Bergbau und Schienenverkehr. Studierte Fachjournalismus mit Schwerpunkt Technik im schönen Würzburg. Ist meistens auf Achse und gern draußen.