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Elektrohydraulik macht Nutzfahrzeuge umweltfreundlicher

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Die Umweltauflagen für Strassenfahrzeuge werden immer strenger. Eine Möglichkeit, die CO2-Emissionen zu reduzieren, könnte darin bestehen, mechanische Keilriemen oder Nebenabtriebe bei zukünftigen Nutzfahrzeugen zu eliminieren. Energieeffiziente elektrohydraulische Systeme, wie die neuesten Smart PowerPacks von Bucher Hydraulics, bieten eine Alternative.

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Letztes Jahr verabschiedete die EU ein europäisches Klimagesetz mit dem Ziel, die Treibhausgasemissionen (THG) in der EU bis 2050 auf Null zu reduzieren. Das Gesetz sieht als Zwischenziel vor, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55 % gegenüber dem Stand von 1990 zu senken. Dies steht im Einklang mit den Maßnahmen, die das EU-Parlament 2019 ergriffen hat, um die CO2-Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen um 30 % gegenüber dem Stand von 2005 zu senken und dieses Niveau bis 2030 zu erreichen. Die ersten 15 % müssen bis 2025, also in nur drei Jahren, erreicht werden. Andernfalls werden finanzielle Sanktionen verhängt. Die konkreten Beträge stehen noch nicht fest, aber sie dürften schmerzhaft sein.

Derzeit sind nur Lastkraftwagen auf der Straße betroffen. Fahrzeuge wie Müllabfuhr- und Kommunalfahrzeuge oder Lkw mit Ladekränen sind zunächst von der Verordnung ausgenommen. Doch die EU-Kommission diskutiert derzeit, wie die Regeln in diesem Bereich erweitert werden können. Angesichts der immer dramatischeren Klimaveränderungen dürften die Vorschriften spürbar strenger ausfallen. In einer Studie des Umweltbundesamtes zur Energieeinsparung in der Fluidtechnik wurden Bau- und Landmaschinen untersucht, wobei die Erkenntnisse auch für diese Industriefahrzeuge gelten. Unter den Empfehlungen ist die bedarfsgerechte Steuerung von Hilfsantrieben besonders vielversprechend.

Abschaffung der Nebenabtriebe

Sollten die EU-Vorschriften zum CO2-Ausstoß tatsächlich auf andere Nutzfahrzeuge ausgeweitet werden, wären vor allem die Hersteller von Nebenaggregaten betroffen. Zu diesen Nebenaggregaten gehören Kühlwasserpumpen und Klimakompressoren, aber auch Anbaugeräte für kommunale Arbeitsfunktionen oder Ladekräne. Bei herkömmlichen Nebenabtrieben (PTO) sind die Hydraulikpumpen mechanisch über ein Getriebe, eine Zapfwelle oder einen Keilriemen mit dem Lkw-Motor verbunden und laufen im Dauerbetrieb. In seltenen Fällen können sie über Kupplungen abgekoppelt werden. Da Lkw-Zusatzausrüstungen besonders kostensensibel sind, basieren diese Aggregate in der Regel auf einfachster Technik und weisen Leistungsverluste von 50 bis 75 % auf. Das ist übrigens auch der Grund, warum Lkw-Ladekrane oft mit großen Ölkühlern ausgestattet sind.

Dieselmotoren für Lkw sind für die Fahrt mit 80 km/h auf der Autobahn optimiert, wo sie bei niedriger Geschwindigkeit und hoher Last effizient arbeiten. Um die im stationären Betrieb - zum Beispiel beim Heben von Lasten - erforderliche hohe Durchflussmenge zu erzeugen, wird die Motordrehzahl erhöht. Dies ist nicht nur laut, sondern auch ineffizient, da der Motor dann in einem ungünstigen Betriebspunkt mit schlechter Verbrennung und hohem spezifischem Kraftstoffverbrauch arbeitet.

Um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu senken, entfernen die Fahrzeughersteller Nebenabtriebe aus ihren Produkten der nächsten Generation. Kompressoren, Gebläse, Lenkung und Hydraulikpumpen werden nach dem "Power-on-demand"-Prinzip elektrisch angetrieben, ohne direkte Verbindung zum Motor.

Smart PowerPack

Die Elektrifizierung von hydraulischen Nebenantrieben ermöglicht es, die Leistung nur dann zu nutzen, wenn sie benötigt wird. Das hydraulische System muss jedoch effizienter werden, um kostspielige Leistungsverluste zu vermeiden. Mit genau diesem Ziel hat Bucher Hydraulics die neuen Smart PowerPacks für Nutzfahrzeuge entwickelt.

Das Paket wird entsprechend den Druck- und Durchflussanforderungen einer Anwendung konfiguriert. Das modulare System umfasst verschiedene Bucher-Pumpen, die von langlebigen bürstenlosen Elektromotoren und Umrichtern des Geschäftsbereichs Mobile Antriebe angetrieben werden. Ein "intelligenter" Hydraulikblock generiert Informationen über den tatsächlichen Förderstrombedarf und integriert die Druckentlastungsfunktion. Die Umrichter des Systems berechnen den Drehzahlsollwert intern, was die Installationskosten niedrig hält.

Digitale Steuerungen stellen die Systemparameter auf der Grundlage des Feedbacks von Anwendungssensoren ein, und ein integrierter Drucksensor stellt den Pumpenbetrieb auf maximale Effizienz ein (negative Bypass-Steuerung). Ein Temperaturfühler schützt das System vor Überhitzung. So kann das Gerät die Anwendung erkennen, an die es angeschlossen ist, und seine Betriebsparameter und die Benutzeroberfläche entsprechend anpassen. Die Kommunikation erfolgt über Bluetooth, CANbus oder direkt verdrahtete Steuerungsoptionen, und die Informationen werden auf dem Touchscreen des Bedieners angezeigt.

Eine Schlüsselkomponente für höhere Leistung ist die AX-Pumpe. Sie verfügt über 24 Kolben und ist speziell für Anwendungen mit variabler Drehzahl konzipiert. Durch die große Anzahl von Kolben werden Pulsationen minimiert. Ein breiter Drehzahlbereich von 0 bis 3.600 U/min ermöglicht die volle Leistung des elektrischen Antriebs. Die minimale Drehzahlgrenze herkömmlicher Pumpen gilt nicht für die AX-Pumpe, die ab Drehzahl Null ohne Losbrecheffekt arbeiten kann. Mit einem Gesamtwirkungsgrad zwischen 92 und 94% übertrifft sie nach Angaben von Bucher die Werte herkömmlicher Pumpensysteme bei weitem

Das Smart PowerPack ist in verschiedenen Grössen erhältlich. Die "L"-Version zum Beispiel arbeitet mit Hochspannung >400 Vdc und Leistungen von 10 bis 60 kW. Der maximale Betriebsdurchfluss liegt bei 80 bis 140 lpm (21 bis 37 gpm) und der Druck je nach Modell bei 265 bis 330 bar (3.840 bis 4.790 psi). Die Niederspannungsversion "S" ist für <60 Vdc und <6 kW ausgelegt. Der maximale Betriebsdurchfluss beträgt 14,4 lpm (3,8 gpm) und der Druck 230 bar (3.300 psi). Der integrierte Tank fasst 5 l (1,3 gal).

Die Smart PowerPack-Einheit ist für praktisch alle handelsüblichen hydraulischen Steuersysteme geeignet. Die Vorteile sind:

- Geringerer Dieselverbrauch dank entkoppelter Zapfwelle.

- Bessere Ausnutzung der Batteriekapazität bei elektrifizierten Maschinen durch bedarfsgerechte Stromzufuhr.

- Verringerung des Kühlbedarfs.

- Deutlich leiserer Betrieb.

Das Baukastensystem umfasst neben der AX-Pumpe für hohe Leistungen auch Außen- und Innenzahnradpumpen und deckt damit ein breites Anwendungsspektrum ab. Da viele Aufbauhersteller und Nachrüster noch keine Erfahrung mit solchen elektrohydraulischen Antrieben haben, bietet Bucher Hydraulics eine umfangreiche Konstruktionsunterstützung an.

Bucher Hydraulics

www.bucherhydraulics.com

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