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Motoren in mobilen Maschinen – Antrieb der Wirtschaft

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Sie halten eine ausreichende Ernährung für notwendig? Sie möchten auf asphaltieren Straßen zur Arbeit zu gelangen? Sie wollen nicht in einem Zelt leben? Dann sind auch Sie auf mobile Maschinen angewiesen. Denn es gibt kaum einen Bereich unseres Lebens, der ohne mobile Maschinen funktionieren würde: Landmaschinen sichern unsere Ernährung, Baumaschinen errichten unsere Wohnhäuser und Straßen. Ohne Forstmaschinen wäre Papier ein seltener Luxus und unsere Möbel vermutlich kaum erschwinglich. Aber auch unsere elektrischen Geräte und unsere Energieversorgung benötigen Rohstoffe und um diese wäre es ohne den Einsatz riesiger Bagger und Muldenkipper in Kupfer- und Kohleminen schlecht bestellt.

Herzstück all dieser Maschinen sind leistungsfähige, sparsame und umweltfreundliche Motoren. Zuverlässig sorgen sie dafür, dass mobile Maschinen Tag für Tag und auch unter extremen Bedingungen problemlos ihren Dienst versehen. Die Antriebe werden dabei immer emissionsärmer und ressourcenschonender.

Grundverschiedene mobile Maschinen erfordern unterschiedliche Antriebskonzepte. Je nach Einsatzfall und Einsatzort erweisen sich dabei unterschiedliche technologische Ansätze als besonders vorteilhaft – und weitere Konzepte werden in Zukunft noch hinzukommen. Bei allen Systemen gilt es, einen perfekten Ausgleich zwischen den individuellen Eigenschaften der Maschine, dem Kundenbedürfnis nach einer hohen Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit sowie den zunehmenden Anforderungen an den Umweltschutz zu finden. Das dabei der Verbrennungsmotor stets die Basis des Antriebs bildet, ist kein Zufall: Denn diese Motoren sind robust, langlebig und dabei noch hocheffizient. Sie haben sich seit über hundert Jahren bewährt, sind heute millionenfach im Einsatz und werden durch ihre ausgereifte Technologie weiterhin die bestimmenden Antriebsmaschinen bleiben. Mit Diesel, Gas, Biokraftstoffen oder synthetischen Kraftstoffen angetrieben, liefern sie zuverlässig die erforderliche Leistung zur Erfüllung der unterschiedlichen Aufgaben. Zur Übertragung der vom Verbrennungsmotor gelieferten Energie gibt es dabei verschiedene Antriebformen:

Der mechanische Antrieb überträgt die Leistung des Motors auf mechanischem Weg über Kupplung, Getriebe, Wellen und Achsen beispielsweise an die Räder beziehungsweise mit Riemen oder Zapfwellen auf angebaute Aggregate wie Mähwerke. Beim dieselelektrischen Antrieb wird mit der Energie des Dieselmotors ein Generator angetrieben, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und damit Elektromotoren versorgt. Dieselhydraulische Antriebskonzepte nutzen Flüssigkeiten zur Übertragung der Energie. Der Verbrennungsmotor wird dazu eingesetzt, um über eine Pumpe Druck in einem Leitungssystem aufzubauen. Dieser Druck wird dann über Hydraulikmotoren oder Kolben wieder in Bewegung umgesetzt.

Hybrid-Konzepte
Zur Verbrauchsreduzierung kommen in jüngster Zeit auch Antriebskonzepte zur Anwendung, bei denen ein Elektromotor den Verbrennungsmotor ergänzt. Hierbei bildet der Verbrennungsmotor weiterhin die Basis des Antriebsstranges. Er wird mit einem zusätzlichen Elektromotor, einer Batterie und einer Steuerung vernetzt. Bei großem Leistungsbedarf unterstützt der Elektromotor dann den Verbrennungsmotor. Die Voraussetzungen für einen Hybrid-Antrieb sind bei bestimmten mobilen Maschinen, wie Bagger oder Stapler günstig. Denn die hohe Leistung zum anfänglichen Beschleunigen oder zum Heben der Last ist nur kurzzeitig nötig. Hier kann der Elektromotor als „Booster“ den Verbrennungsmotor sinnvoll ergänzen. Die häufigen Bremsvorgänge wiederum sind günstig für sogenannte Rekuperation. Dabei wird Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt, in der Batterie gespeichert und dann wieder zur Versorgung des Elektromotors bei Leistungsspitzen zur Verfügung gestellt. Der Vorteil dieses Hybrid-Systems: Die Verbrennungskraftmaschine kann durch die unterstützende Funktion des Elektromotors kleiner und damit ressourcenschonender ausgelegt werden.

 
Enorme Anstrengungen für weniger Emissionen.
Während sich die bisherigen Abgasstufen mit innermotorischen Maßnahmen erreichen ließen, können die ab dem Jahr 2014 geltenden Emissionsgrenzwerte Stufe IV der EU und Tier 4 in den USA nicht ohne eine zusätzliche Behandlung der Abgase erreicht werden. Die Entwicklung von effektiven, wartungsarmen sowie dauerhaft leistungsfähigen Abgasnachbehandlungssystemen ist dabei eine besondere Herausforderung.

Der Dieselpartikelfilter filtert die Rußpartikel aus den Abgasen. Bei der sogenannten geschlossenen Version besteht der Filter aus einem porösen Material, das vom Abgas komplett durchströmt wird. Bei Nebenstromfiltern wird das Abgas durch das metallische Filtermaterial geleitet, wobei ein Teil im sogenannten Nebenstrom läuft und dann in der nächsten Stufe erfasst wird.

Die SCR-Technik (selektive katalytische Reduktion) ist eine Technologie zur deutlichen Reduzierung der Stickoxidemissionen. Dabei wird vor einem speziellen Katalysator eine Harnstofflösung in den Abgasstrom eingesprüht. Diese sorgt dann dafür, dass das schädliche NOx im Katalysator in ungefährlichen Stickstoff und Wasser umgewandelt wird. So lassen sich damit im dynamischen Betrieb bis zu 80 % der Stickoxide aus den Abgasen entfernen. Mit diesen Maßnahmen werden die Partikel- und Stickoxidemissionen mobiler Maschinen auf ein Niveau von rund vier Prozent der ersten Abgasstufen aus den späten neunziger Jahren sinken.

Bildquelle : CLAAS KGaA mbH

jens.slama@vdma.org, jens.slama@vdma.org
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