Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden eine Methode und das dafür erforderliche Werkzeug zur Entwicklung und Bewertung von emissions- und energiesparenden Antrieben für Off-Highway Anwendungen erarbeitet und getestet. Die fügbaren Systemlösungen (maschineller Arbeitsprozess, Antriebsquelle, Leistungsanpassung auf Verbraucher) sollen modular aufgebaut und auf energieeffiziente, sowie schadstoffarme Betriebsweisen überprüft werden können. Mit Hilfe eines Simulationsmodells gelingt es, in Abstimmung mit dem späteren Einsatzprofil dieser Maschine eine Systemlösung zu eruieren.

Off-Highway Anwendungen verbrauchen 16% des Kraftstoffaufkommens in Deutschland (Quelle: Umweltbundesamt, Mineralölwirtschaftsverband 2007). Als Antriebsquellen kommen bei Mobilen Arbeitsmaschinen vornehmlich Verbrennungsmotoren zur Anwendung. Sie unterliegen der Ressourcenverknappung beim Kraftstoff und immer schärferen Schadstoffgrenzwerten (Europa: Stage 3a ab 2007; USA: Tier 4 ab 2008). Der spezifische Kraftstoffverbrauch und die damit verbundene Schadstofferzeugung können nicht mehr allein vom Motorhersteller beeinflusst werden. Eine nennenswerte Verbesserung ist nur noch über neue Systemlösungen zu erreichen, die vorrangig durch den Maschinenhersteller beeinflussbar sind.

Die Beziehungen zwischen dem maschinellen Arbeitsprozess, der Antriebsquelle und der Leistungsanpassung von Verbrauchern sind transparent aufzubereiten. Aus technischer Sicht ist darunter die physikalische und zeitabhängige Vernetzung einer maschinellen Prozessmechanik mit der Strukturkinematik, der Energieerzeugung und der Leistungswandlung zu verstehen. Diese dabei wirkenden komplexen Wechselbeziehungen lassen sich ökonomisch nur mit modernen Methoden der Simulation nachbilden und schließlich nach Energie- und Schadstoffkriterien beurteilen. Der Einsatz dafür geeigneter Simulationswerkzeuge ist  somit zwingende Voraussetzung für unternehmerische Entwicklungsentscheidungen nach energieeffizienten Kriterien.

Kurzfristig besteht das Ziel in der Ableitung von Optimierungsmaßnahmen zum energieeffizienten Einsatz der Maschinen unter Berücksichtigung der durchzuführenden Arbeitsprozesse. Dafür müssen wichtige und zusätzlich notwendige Parameter innerhalb des Antriebssystems identifizierbar und bewertbar sein, die das Bedienerverhalten maßgeblich und zielorientiert beeinflussen. Erwartet wird eine drastische Verkürzung von Applikationszeiten durch gezielte Vorauswahl und Einstellung der Parameter.

Als langfristiges Ziel wird mit der geschaffenen Lösung eine selbständige Anpassung der Maschine an die Arbeitsaufgabe integrierbar sein.

Das Sparpotenzial  resultiert aus der Energierückgewinnung alternierender Bewegungen (Anfahren/Bremsen, Heben/Senken) infolge typischer Einsatzprofile von Mobilen Arbeitsmaschinen. Aufgrund der Vielseitigkeit der Maschinen sind deren Antriebssysteme außerordentlich komplex. Akzeptanz finden alternative Konzepte deshalb nur, wenn bei Senkung der Emissionen die Leistungsfähigkeit der Maschine erhalten bleibt – und das Ganze den Kostenrahmen nicht sprengt. Die Entwicklung der neuen Antriebsgeneration mit den im Projekt entwickelten neuen Methoden und Werkzeugen ist eines der wichtigsten mittelfristig erreichbaren Anschlussziele des Forschungsvorhabens.

P

H

Pm

CO2

NOx

PM10

Grenzwert

Antriebskonzept 1

Antriebskonzept 2

Zylinder

Dieselmotor

Pumpe