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Mobile Maschinen 5/2018

Mobile Maschinen 5/2018

01 Morphologischer

01 Morphologischer Kasten für mögliche Methangetriebene Maschinenkonzepte KLEINE BZW. HANDGEFÜHRTE ARBEITS­ MASCHINEN (1B, 2A, 3AE, 4B, 5A ODER 5B) Maschinen mit Motorleistungen von weniger als 19 kW haben geringere Emissionsgrenzwerte zu erfüllen als Maschinen mit größeren Motorleistungen [6, S. 44]. Dies ermöglicht den Einsatz eines Diesel-Gasmotor (Dual-Fuel) Antriebes. Um dem kompakten Aufbau gerecht zu werden, müssen so wenige Komponenten wie möglich hinzugefügt werden. Des Weiteren sollte der Komplexitätsgrad niedrig gehalten werden. Aus diesen Gründen wird der Motor mit einer SPI und einem Tank für eine Arbeitsschicht ausgerüstet. Ist dies nicht möglich, so müsste ein kleinerer Tank gewählt und während der Schicht nachgetankt werden. Auf ein Tankkühlsystem und eine Sicherheitsfackel wird verzichtet. Dieses Konzept benötigt für vibrierende Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise einen Rüttler, weitere Untersuchungen, da Vibrationen zu Verwirbelungen des Methans führen könnten und somit eine Erwärmung des Kraftstoffs im Tank verursachen könnten. [5] ERDBEWEGUNGSMASCHINEN UND STRAßEN­ BAUMASCHINEN (1C, 2C, 3BE, 4AE, 5A ODER 5B) Die größere Motorleistung sowie die langen Betriebsdauern erfordern den bestmöglichen Wirkungsgrad. Demgemäß wird ein Gas-Dieselmotor-(HPDI)-Motorkonzept ausgewählt. Der Tank wird so groß wie möglich dimensioniert um Unterbrechungen im Betrieb zu vermeiden. Besonders bei kontinuierlichen Arbeiten wie beim Straßenfertiger können Unterbrechungen negative Auswirkungen auf die Qualität der Asphaltschichten haben. Bei Raupenbaggern und Spezialtiefbaumaschinen, die im Betrieb nur wenig und langsam fahren und zudem schwere Gegengewichte tragen, scheint eine eventuelle Gewichtssteigerung durch das Flüssigmethan-Tanksystem unkritisch. Bei Radladern, die im Betrieb häufig beschleunigen, würde eine Gewichtssteigerung zu einem erhöhten Energiebedarf führen. Eventuell könnte ein Mehrgewicht bei Radladern durch eine optimierte Lage des Tanksystems und leichtere Gegengewichte kompensiert werden. Werden Baumaschinen nicht immer am selben Ort genutzt (wie z. B. in der Gewinnungsindustrie), sondern bei jedem Einsatz auf eine andere Baustelle verlegt, sind einerseits Stillstandzeiten aufgrund nicht optimaler Auslastung und andererseits längere Transportphasen (Sondertransporte mit besonderen Auflagen) zu erwarten. In beiden Fällen ist ein Kühlsystem notwendig, um den Kraftstoffverlust im Stillstand zu minimieren und Methan-Emissionen zu vermeiden. Für solche Maschinen, insbesondere spezielle Maschinen, werden wochenlange Standzeiten angenommen. Die Maschinen müssen aber anschließend mit ihrem eigenen Antrieb für den Transport verladen werden können. Somit ist das Abstellen der Maschine mit leerem Tank ungeeignet. Ein mit Boil-off-Gas betriebenes Kühlsystem bietet sich insbesondere deshalb an, da bei Sondertransporten (insbesondere bei Wartezeiten) keine externe Energieversorgung zur Verfügung steht. [5] LANDWIRTSCHAFTLICHE GROßMASCHINEN (1C,2C,3BE,4AC, 5B) Für landwirtschaftliche Großmaschinen wie Traktor, Mähdrescher und Feldhäcksler, die einen hohen Energieumsatz und lange Betriebsdauern aufweisen, wird die Gas-Dieselmotor-(HPDI)- Motorvariante vorgeschlagen. Fahrten aus dem Feld heraus um zu tanken, sollen vermieden werden, daher wird die Maschine mit der großmöglichen Tankkapazität ausgestattet. Dabei muss auf das Gesamtgewicht geachtet werden. Zu hohes Gewicht führt zum Einsinken der Maschine im Ackerboden und zu einer kritischen Bodenverdichtung. Für jeden Maschinentyp müssen unterschiedliche Kompromisse zwischen Gewicht und Tankkapazität eingegangen werden [5]. Eine noch zu prüfende Möglichkeit wäre, bei Erntemaschinen ein Kompromiss zu finden zwischen großem Kraftstofftank und der Verkleinerung des Erntegutbunkers auf Kosten von früheren Übernahmefahrten. „Ein eventueller erhöhter Energieverbrauch des Gesamteinsatzes durch zusätzliche Übernahmefahrzeuge wäre ge sondert zu betrachten“ [5]. Längere Stillstände von Landmaschinen sind nicht unüblich. Ein elektrisches Kühlsystem wird empfohlen, da in Scheunen bzw. anderen Hallen eine elektrische Versorgung möglich ist. Für Maschinen, die nur saisonal im Einsatz sind, wird das Leeren des Kraftstofftanks am Ende der Saison empfohlen. Auf eine Sicherheitsfackel wird verzichtet, da in Scheunen meistens leicht entflammbares Material gelagert wird [5]. 38 Mobile Maschinen 2018/05 www.mobile-maschinen.info

FORSTWIRTSCHAFTLICHE GROßMASCHINEN (1C, 2C, 3BE, 4AE, 5B) Forstwirtschaftliche Großmaschinen wie der Holzvollernter oder der Rückezug weisen ebenfalls hohe Antriebsleistungen und aufgrund ihrer langen zu erwartenden Einsatzdauern auch hohe Energieumsätze auf. Folglich werden solche Maschinen mit einem Gas-Dieselmotor (HPDI) und einen größtmöglichen Tank ausgestattet. Wenige Betankungen im Wald sind gewünscht sowie die Einhaltung des zulässigen Bodendrucks. Demnach muss auch hier ein Kompromiss zwischen benötigter Tankkapazität und zulässigem Bodendruck gefunden werden. Für mögliche Stillstandzeiten im Wald (keine Stromversorgung), muss die Maschine ein Boil-off- Gas betriebenes Kühlsystem besitzen. Eine Fackel scheint im Wald zudem zu riskant [5]. BEWERTUNGEN Die vorgestellten Konzepte werden im Folgenden am Beispiel einer konkreten Maschine bewertet. Dazu wurden eine Grabenwalze, ein Radlader, ein Raupenbagger, ein Traktor und ein Skidder gewählt. Zur Bewertung der Veränderungen von Tankenergieinhalt und Maschinengewicht wurden jeweils konkrete Maschinen gewählt und Vergleichsrechnungen anhand ihrer technischen Daten angestellt. GRABENWALZE Das Konzept für kleine Arbeitsmaschinen wird am Beispiel einer Grabenwalze analysiert. Für die gewählte Maschine wird eine Motorleistung von 15 kW, ein Dieseltankvolumen von 24 l, ein Einsatzgewicht von 1 600 kg und ein mittlerer Kraftstoffverbrauch von 3,1 l/h angenommen. Daraus folgt eine mögliche Einsatzdauer von etwa 7,7 h. Mithilfe des Mehrgewichtsfaktors für ein Diesel-Gasmotor-(Dual-Fuel)-System und L-Gas aus [5] von 1,7 ergibt sich für die gleiche mitgeführte Energiemenge ein Massenzuwachs von 15,5 kg. Relativ betrachtet entspricht dieser Wert einer Steigerung der Gesamtmasse um knapp 1 %. Dies scheint bei einer Walze, deren Aufgabe die Bodenverdichtung ist, vernachlässigbar. Bei einer kompakten Maschine für enge Arbeitsräume könnte eher der erhöhte Bauraumbedarf eines LNG-Tanks problematisch sein. Methan aus möglichem Boil-off oder Abgas könnte in einer Baugrube zwar theoretisch gefährlich sein, Grabenwalzen werden aber ferngesteuert um den Bediener vor Abgasen zu schützen und Methan verflüchtigt sich in der Atmosphäre, sobald es sich auf normale Umgebungstemperaturen erwärmt. Wenn die Frage der Tankerwärmung durch Vibrationen geklärt, ist scheint ein Einsatz von LNG-Systemen in Grabenwalzen aus technischer Sicht also sinnvoll. A CHALLENGE IN THE ELECTRIFICATION OF YOUR HYDRAULIC SYSTEM? LET US SOLVE IT FOR YOU. Sonceboz is a leader in providing mechatronic solutions for positioning and flow control applications in challenging environments. Enable functional safety, predictive maintenance and decentralized intelligence with our solutions: • electromechanical actuators for valves • electric motors for speed controlled pumps • mechatronicdrivesolutionsupto5kW Contact us and we will develop a compact, efficient and reliable solution customized for your challenge. Trust our experience: more than a billion Sonceboz solutions are at work in the world right now. www.sonceboz.com FROM MIND TO MOTION Sonceboz.indd 1 20.08.2018 09:47:20 www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2018/05 39

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