für eine lange Lebensdauer - Sauer-Danfoss

the
circuit
PORT “A”
erhältlich ist.
1.311 ±0.025 GAGE DIM.
[33.30 ±0.64]
PORT “A”
Auf den ersten Blick waren die Entwicklungsherausforderungen
nicht machbar. Der Plan der Umweltschutzbehörden
zur Reduzierung der Abgasemissionen von
Dieselmotoren mobiler Arbeitsmaschinen war äußerst
PORT “B”
ambitioniert. Aber nach jahrzehntelanger Erfahrung
mit der Entwicklung kraftstoffsparender Komponenten
war Sauer-Danfoss bereits bestens für die Einhaltung
dieser neuen Vorschriften gerüstet. Die Maschinenhersteller
können sich heute auf effiziente und leistungsstarke
hydrostatische Technologie verlassen, die ihnen
bei der Bewältigung dieser Herausfor-derungen hilft.
PORT “B”
Das schwierigste Jahr
Bis zur vollständigen Umsetzung der Abgasvorschriften
gemäß der nordamerikanischen Norm Tier
4 und der europäischen Stufe IV im Jahr 2014 werden
schätzungsweise 10.000 bis 15.000 mobile
Arbeitsmaschinen einer umfassenden Umrüstung
unterzogen worden sein. Doch von den 15 Jahren,
die seit der Einführung der ersten Abgasnormen
verstrichen sind, erweist sich das Jahr 2011 als das
bisher schwierigste. In diesem Jahr müssen die Hersteller
die Anforderungen der Abgasnormen Interim
Tier 4 / Stufe III B erfüllen. Hierbei handelt es
sich um die bisher bedeutsamste Verschärfung im
Rahmen der immer strengeren Kampagne zur Senkung
der Emissionen aus den Dieselmotoren mobiler
Arbeitsmaschinen.
„Die Maschinenhersteller sehen sich mit steigenden
Energiekosten und sprunghaften Preiserhöhungen
für Dieselmotor konfrontiert.
Diese Kosten müssen durch Verbesserungen
der Betriebseffi-zienz und der Produktivität des
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mission: emissionen
Strenge Vorschriften zur Senkung der Abgasemissionen haben
die Maschinenhersteller veranlasst, sich nach leistungsstarken
Hydrauliklösungen umzusehen. Sauer-Danfoss ist Ihnen gerne mit der
modernsten und effizientesten Technologie behilflich, die auf dem Markt
PORT “A”
Fahrzeugsystems ausgeglichen werden“, gibt
der Technische Marketingberater Charles Throckmorton
zu bedenken.
PORT “B”
Bewältigung der Konsequenzen
Mit der Einführung der neuen emissionsarmen Motoren
sind einige Konsequenzen für die Fahrzeugleistung
verbunden: eine Steigerung der Wärmeabgabe um 10
bis 20 %, eine Reduzierung der Nettofahrzeugleistung
um 5 bis 10 %, eine Reduzierung des verfügbaren
Hydraulikflusses um 10 % sowie ein verringertes Platzangebot
für Einbauten im Motorraum.
Das Sauer-Danfoss Global Emissions Team hat ein Konzept
angewendet, um fahrzeugspezifisch Technologien
zu analysieren und bewerten, um daraus die jeweiligen
optimalen Lösungen für die Antriebs- und Arbeitsfunktionen
sowie für die Steuer- und Fahrzeugmanagementfunktionen
zu erzielen. Throckmorton ist zuversichtlich,
dass mit diesem Konzept ein gutes Ergebnis
erreicht wird. „Indem wir die Anforderungen gemäß
Tier 4/Stufe IV genauestens unter die Lupe genommen
haben, ist es uns gelungen, branchenführende Produkte
und Lösungen zu entwickeln, um die signifikanten
Herausforderungen zu bewältigen“, erklärt er.
Mehr Leistung auf den Boden
Für die Entwicklung des H1-Antriebssystems von
Sauer-Danfoss wurden viele Stunden auf dem Prüfstand
eingesetzt. Das H1-Antriebs-system sorgt für eine maximale
Motoreffizienz, indem es die geringere Eingangsdrehzahl
einer H1-Pumpe mit der höheren Ausgangsdrehzahl
eines H1-Schrägachsenmotors kombiniert. Die
kompakte, zukunftsweisende Konstruktion der H1-Pum-
[101.57 ±0.03]
pen und -Motoren löst gleich mehrere Probleme, indem
sie Kraftstoff spart, die Wärmebelastung verringert und
mehr Leistung auf den Boden bringt. Gleichzeitig wird
Energie für andere Fahrzeugfunktionen freigesetzt und
mehr Platz im Motorraum geschaffen, wo die vorgeschriebenen
sperrigen Bauteile zur Abgasnachbehandlung
untergebracht werden müssen.
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EPA- und EPA EU-Emissionsvorschriften and EU nonroad emissions für Maschinen: regulations: 37 37 - 560 – 560 kW kW [50 - [50 750 – PS] 750 hp]
PM (g/kWh)
.8
.6
.4
.2
.0
0 2 4 6 8 10
NOx (g/kWh)
Tier 1/Stage I
1996 – 1999
Legend:
.8
.6
.4
.2
.0
0 2 4 6 8 10
NOx + HC (g/kWh)
Tier 2/Stage II
2001 – 2004
.8
.6
.4
.2
.0
0 2 4 6 8 10
NOx + HC (g/kWh)
Tier 3/Stage III A
2006 – 2008
.8
.6
.4
.2
.0
0 2 4 6 8 10
NOx (g/kWh)
Interim Tier 4/Stage III B
2008 – 2013
Im Rahmen der Untersuchungen wurden auch die
hydromechanischen Getriebe (Hydro-Mechanical
Power-Split Transmissions = HMTs) betrachtet, die auf
der 45-Grad-Schrägachsentechnologie basieren. HMTs
eignen sich besonders gut für die Einhaltung der Emissionsvorschriften,
weil sie die Integration einer mechanischen
Getriebestufe in ein stufenloses hydrostatisches
Getriebe (Infinitely Variable Hydrostatic
Transmission = IVT) gestatten. Das ermöglicht die Entkopplung
der Motordrehzahl von der Fahrgeschwindigkeit,
wodurch der beste Wirkungsgrad und somit
auch ein optimaler Kraftstoffverbrauch erzielt werden.
Anspruchsvolle Kühlung
Eine gesteigerte Wärmeabgabe ist eine unvermeidbare
Folge des Umstiegs auf emissionsarme
Motoren, wodurch der Bedarf an ausgeklügelten
Kühllösungen entstanden ist, die die herkömmlichen
Kühlsysteme mit Riemenantrieb ablösen.
Die Lüfterantriebe mit Proportionalsteuerung
und variabler Drehzahl von Sauer-Danfoss sind für
diese Aufgabe wie geschaffen. Mithilfe der „Cool-
On-Demand“-Funktion wird die Lüfterdrehzahl
bedarfsgerecht reguliert. Dazu wird nur die Energie
verwendet, die für die Beibehaltung der optimalen
Motortemperatur erforderlich ist.
„Viele mobile Arbeitsmaschinen, die bisher keinen
Lüfter mit Hydraulikantrieb benötigt haben, müssen
künftig mit hydraulisch geregelten Lüftern mit
0 2 4 6 8 10
NOx (g/kWh)
Final Tier 4/Stage IV
2012 – 2015
37 – 55 kW [50 – 74 hp] 56 - 74 kW [75 + 99 hp]
75 - 129 kW [100 - 173 hp]
130 - 560 kW [174 - 750 hp]
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.4
.2
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variabler Drehzahl ausgestattet sein. Auf Grund der
Vorteile, die diese Lüftersysteme zu bieten haben,
erfordern manche Maschinen sogar mehr als einen
Lüfter“, erklärt Dieter Könemann, Manager für effizi-
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ente & produktive Anwendungslösungen.
„Lösungen mit verteilten Kühlern und mehreren
Lüftern verbessern nicht nur den Platzbedarf und
das Fahrzeugdesign, sondern können auch den Lei-
PORT “B”
stungsbedarf für die Lüfter im Vergleich zu Lösungen
mit nur einem Lüfter um bis zu 50 % senken.“
PVG 100:
Energie für mehrere Funktionen
Auch wenn das effizienteste Antriebssystem
installiert ist, sorgt der Bedarf schwerer Arbeitsmaschinen
an hydraulischem Ölstrom unter Umständen
dafür, dass das vorhandene Angebot schnell
an seine Grenzen stößt. Bei der gleichzeitigen Nutzung
mehrerer Arbeitsfunktionen erweist sich die
lastunabhänige Durchflussverteilung des nachgesteuerten
PVG 100-Ventils mit Load-Sensing-Funktion
von Sauer-Danfoss als besonders vorteilhaft.
Dank proportionaler Steuerung verteilt das PVG
100 den Ölstrom gemäß den Last- und Mengenanforderungen
auf die einzelnen Funktionen.
Wenn der Bedarf das Angebot übersteigt, wird die
Durchflussmenge der Ventile proportional reduziert.
Diese Funktionalität verhindert das Blockieren
einzelner funktionen bei Unterversorgung.
Könemann verweist auf die Möglichkeiten, die
diese Funktion eröffnet, um die Gesamtkosten
des Systems zu reduzieren. „Die Mengenverteilung
gestattet es den Entwicklern, die Größe der
Pumpe zu reduzieren, ohne dabei an Maschinenleistung
einzubüßen“, meint er.
Das volle Potenzial des PVG 100 lässt sich im
Zusammenspiel mit einem elektrischen Aktuator
vom Typ PVE und einer Axialkolbenpumpe der
Baureihe 45 für offenen Kreislauf ausschöpfen,
die auf dem selben Load-Sensing-Prinzip basiert.
Gemeinsam gewährleisten diese Komponenten
die maximale Effizienz der Arbeitsfunktion sowie
höchste Energieeinsparungen.
Während das Ventil und die Pumpe mit Load-Sensing-Funktionalität
für die optimale Nutzung der
verfügbaren hydraulischen Ölmenge sorgen, gleichen
Sauer-Danfoss Orbitalmotoren das reduzierte
Leistungsniveau emissionskonformer Motoren
aus, indem sie den Druckabfall im Hydrauliksystem
minimieren. Als eine weitere Schlüsselkomponente
für die Arbeitsfunktionen ermöglichen sie ein
hoch effizientes System, indem sie die Wärmebelastung
minimieren und den Kraftstoffverbrauch
und folglich auch die Emissionen reduzieren.
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1.000 25.1 NOM
Intelligente Lösungen
Gary LaFayette, leitender Ingenieur im Team für
Advanced Systems Engineering, meint dazu: „Der
Erfolg hydraulischer Lösungen wird künftig daran
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gemessen werden, inwiefern diese in der Lage
sind, die erforderliche Leistung genau dorthin zu
verteilen, wo sie benötigt wird. Ein effizientes Leistungsmanagement
ist also ganz entscheidend.“
10 11
PORT “B”
Zu diesem Zweck hat Sauer-Danfoss sichergestellt,
dass sämtliche Komponenten, die für emissionsarme
Fahrzeuge vorgesehen sind, mit der eigenen
hoch entwickelten elektronischen PLUS+1-
Steuerungstechnologie kompatibel sind. Die
intelligente Leistungsverteilung wird dadurch erzielt,
dass die hydraulisch gesteuerten Funktionen in einem
einzigen Netzwerk zusammengefasst werden, das
sämtliche Antriebs- und Arbeitsfunktionen verwaltet.
Bezahlbare Lösungen
Natürlich ist jede Konstruktion mit Kosten verbunden.
Dieses war auch eine Befürchtung des
Sauer-Danfoss Global Emissions Teams als es darum
ging, die optimalen Lösungen für die Maschinenhersteller
zur Umsetzung von Tier 4 /Stufe IV zu identifizieren
- die Zielsetzung war es, die Lebensdauerkosten
der neuen, emissionsarmen, Systeme zu
reduzieren. Um für Kostentransparenz während des
Entwicklungsprozesses zu sorgen, hat Sauer-Danfoss
ein Programm zur Kostenanalyse hydraulischer Kreisläufe
entwickelt. Dieses Programm zeigt deutlich die
Kostenvorteile auf, die der Umstieg auf emissionsarme
Maschinen tatsächlich mit sich bringt.
Dieter Könemann erklärt dazu: „Das Programm
wird aufzeigen, dass die Anschaffungskosten für
Hydrauliksysteme, die die neuen Abgasrichtlinien
unterstützen, zwar in der Regel höher ausfallen,
was aber durch die Reduzierung des jährlichen
Kraftstoffverbrauchs und das verbesserte Leistungsvermögen
mehr als ausgeglichen wird.
Allem Anschein nach können die ambitionierten
Ziele zur Senkung der Abgasemissionen letztendlich
doch erreicht werden. Die für diese Aufgabe
nötige Hydrauliktechnologie ist verfügbar und die
Maschinenhersteller können auf die kompetente
Unterstützung von Sauer-Danfoss zurückgreifen,
um die richtige emissionsarme Lösung für die
jeweilige Maschine zu finden. Der Betrieb mobiler
Arbeitsmaschinen wird sauberer und preiswerter.
Wer kann dazu schon nein sagen?
Weitere Informationen über die Lösungen von
Sauer-Danfoss zur Senkung von Emissionen finden
Sie auf www.sauer-danfoss.com.
Artikel 9. Weitere Informationen finden Sie unter:
TheCircuit@Sauer-Danfoss.com
Total Efficiency
0.90
S51 45°
0.85
H1B 32°
0.80
0.75
[101.57 ±0.03]
Effizienztests
Comparison Motoring Mode, ∆p = 240 bar, 50% of max speed, 11 cSt (80°C)
0.95
S51 32°
25°
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0.70
25°, 7 pistons
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20 30 40 50 60 70 80 90 100
Displacement ratio [%]
Schrägachsenmotoren im Vergleich: Messung am
selben Prüfstand mit den selben Messinstrumenten.
Der Graph veranschaulicht den gemessenen
Gesamteffizienzvorteil der Schrägachsenmotoren
(S51 32°/45° sowie des H1B-Motors 32°) von
Sauer-Danfoss im Vergleich mit ähnlichen auf dem
Markt erhältlichen Produkten mit einem geringeren
Winkel (25°). Beachten Sie bitte, dass nicht nur
der geringere Winkel, sondern auch die geringere
Kolbenzahl (7 statt 9) den Wirkungsgrad des
Motors beeinträchtigt.
Total Efficiency
0.86
0.84
0.82
0.80
0.78
0.76
0.74
0.72
0.70
Comparison Pumping Mode, 60%, 2000 rpm, 11 cSt (80°C)
H1P 18°
S90 17°
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
∆p [bar]
Schrägscheibenpumpen im Vergleich: Messung
am selben Prüfstand mit den selben Messinstrumenten.
Der Graph veranschaulicht den gemessenen
Gesamteffizienzvorteil der Schrägscheibenpumpen
S90 und H1P von Sauer-Danfoss im
Vergleich mit ähnlichen auf dem Markt erhältlichen
neuen Produkten mit einteiligem Standardleichtmetallkolben
(20°).
20°