Forschung am KIT Bild: fluid/do
Besucher der Fachtagung in Karlsruhe erkunden einen Akustik-Allrad-Rollenprüfstand am KIT. Unter anderem kann dort die Geräuschentwicklung gemessen werden. Bild: fluid/do

Die Forscher betrachteten die komplette Kette der Energieumwandlung: Mit einbezogen wurden die Rohstoffförderung, -Aufbereitung und -Weiterverarbeitung, die Stromerzeugung im Kraftwerk beziehungsweise die Dieselgewinnung in der Raffinerie, der Transport des Stroms und Diesels zum Endverbraucher und die mechanischen Arbeit, welche die Geräte leisten. Ziel war eine Kohlendioxid-Bilanz für beide Fahrzeugtypen. Der Untersuchung lag dabei der deutsche Strom-Mix zugrunde, an dem fossile Energieträger einen großen Anteil haben.

Alles in allem verursachte der Diesel-Radlader im Arbeitszyklus 4433 Gramm Kohlendioxid pro Kilowattstunde, der Elektro-Radlader 2596. Der Umstieg auf Elektroantriebe verringert die Emission von Kohlendioxid damit rechnerisch um etwa 41 Prozent. Zu Bedenken ist allerdings, dass für eine belastbare vergleichende Untersuchung bezüglich der Energieeffizienz der gleiche Anteil der Nutzenergie eine wichtige Voraussetzung ist. Da die Bedienung des Elektro-Radladers von der des Diesel-Radladers abweicht, und es dem Fahrer daher an Routine im Umgang mit der Maschine mangelte, wurde dieser Punkt nur ansatzweise erfüllt. Der Referent schlussfolgerte daraus, die Ergebnisse seien zwar richtungsweisend, müssten aber noch durch weitere Untersuchungen konkretisiert werden. Zuvor solle die Bedienung des Elektro-Radladers Richtung Serienfahrzeug angepasst werden.

Leichtbau konkret

Die Kreativität der Branche ist mit Ideen zur Elektrifizierung selbstverständlich nicht erschöpft. Dr. Olaf Stelling von Parker Hannifin Manufacturing Germany berichtete von Leichtbaukonzepten für Hydraulikspeicher. Das Unternehmen erprobte unter anderem Kolbenspeicher mit reinem Composite-Rohr in Fall- und Verschleißtests. Es lasse sich bei hydraulischen Speichern signifikant Gewicht einsparen ohne Einbußen bei der technischen Performance. Prototypen befinden sich aktuell im Feldtest.

Pumpe plus eins

Lennart Roos vom Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge (IMN) an der TU Braunschweig widmete sich in seinem Vortrag der grundsätzlichen Möglichkeit, die Effizienz in der Arbeitshydraulik über ein Zwei-Pumpen-System zu erhöhen. Meist würden dort Verstellpumpen eingesetzt, die wegen wechselnder Einsatzbedingungen und spontaner Überlasten große Leistungsreserven aufweisen müssten, erklärte der Referent.

Daher förderten diese Pumpen oft bei kleinen Schwenkwinkeln, wobei ihre Effizienz konstruktionsbedingt nur gering sei. Dies zeige sich bei sehr niedrigem und sehr hohem Druck besonders deutlich. Um den Betriebspunkt zu verschieben, so die Idee, könnte dieses Ein-Pumpen-System durch eine kleinere Verstellpumpe und eine zusätzliche Konstanteinheit ersetzt werden, die entweder parallel oder in Reihe geschaltet sind. Die Konstantpumpe wird zwecks Drehzahlentkopplung elektrisch angetrieben.

Die Simulationen zeigen: Beim Zwei-Pumpen-System ist das Verlustverhalten stark vom Betriebspunkt abhängig. Bei geringen Volumenströmen ist das Zwei-Pumpen-System besser als die Ein-Pumpen-Variante; bei großer hydraulischer Systemleistung kehrt sich das Verhältnis um. Es besteht eine große Abhängigkeit vom individuellen Verlustverhalten der Komponenten, von den Betriebsparametern sowie der relativen Dimensionierung.

Um das konkrete Potenzial für Einsparungen in Applikationen zu diskutieren, sei es daher noch zu früh, bilanziert der Referent. Allerdings sei festzuhalten, dass von der Verlustcharakteristik des Zwei-Pumpen-Systems Anwendungen profitieren, die wechselnde Betriebspunkte und nennenswerte Arbeitsanteile im Teilleistungsbereich aufweisen. Diese Ergebnisse sollen nun als Grundlage für ein nachfolgendes Forschungsprojekt dienen.

Der Blick auf die Fachtagung lehrt: Die Unternehmen und Universitäten lassen sich von einer möglichen Stufe V der Emissions-Regelung nicht die Stimmung verderben. Sie arbeiten mit Optimismus und Kreativität an der Weiterentwicklung der Technik in mobilen Arbeitsmaschinen.

Dieser Artikel stammt aus der ke-NEXT-Schwesterzeitschrift fluid, Ausgabe 4 2015.