Mobile Maschinen 5/2016

VERBRENNUNGSMOTOREN I SPECIAL
Stickoxide in Echtzeit erfassen
Innovatives Sensorprinzip zur NOx-Messung
Ein neues Firmennetzwerk, ein neues Forschungsinstitut und eine neue
Sensortechnologie wollen die Effizienz moderner Abgasnachbehandlungssysteme
bei schweren Bau- und Agrarfahrzeugen mit Dieselmotoren bis
560 kW erheblich verbessern. Entwickelt wird u. a. ein innovativer,
neuartiger Sensor (NOx) für mobile Arbeitsmaschinen, durch dessen
innovatives Wirkprinzip die Effizienz moderner Abgasnachbehandlungssysteme
erheblich verbessert werden kann.
Die gesetzlichen und politischen Ziele
mit der Erreichung geringerer Schadstoffemissionen
sind mit großen Herausforderungen
verbunden, die nur in interdisziplinärer
Zusammenarbeit, z. B. im
Bereich der Forschung und Entwicklung,
bewältigt werden können. Mobile Arbeitsmaschinen
mit großen Dieselmotoren
müssen seit Einführung der aktuellen
Emissionsstufe 4 deutlich verschärfte Grenzwerte
für Stickoxide (NOx) von 0,4g/kWh
einhalten. Die Werte werden in vorgegebenen
Fahrzyklen am Motorenprüfstand
ermittelt. Im realen Einsatzfall der Maschine
messen NOx-Sensoren den Stickoxidausstoß.
Die etablierte Technik zum Nachweis
gerade auch geringer Schadstoffemis sionen
ist umstritten.
Ammoniak verfälscht Messungen
Ein nicht zu vernachlässigender Punkt ist
dabei die Querempfindlichkeit der Sen soren
gegenüber solchen Abgasbestandteilen wie
Ammoniak. Querempfindlichkeiten können
die Messungen des Stickoxidausstoßes
verfälschen. Ammoniak wird bei modernen
Abgasnachbehandlungssystemen mit SCR-
Technologie (Selective Catalytic Reduction)
zur Reduktion der Stickoxide am Katalysator
benötigt und in Form einer wässrigen Harnstofflösung
(AdBlue) dem Abgas zugefügt.
Um diese Faktoren zu minimieren, hat
ein Team am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik
der TU Dresden in Zusammenarbeit
mit dem in Münster ansässigen
Industriepartner CPK Automotive ein neuartiges
Messprinzip entwickelt. Dessen prototypische
Umsetzung erfordert zunächst
noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten,
die jetzt der Interessenverbund
NOx-Arbeitsmobil übernommen hat.
Hohe Materialanforderungen
Netzwerkmanager Dr. Michael Schmidt,
zugleich Chef des seit Gründung 2012 auf
Antriebstechnik spezialisierten, gemeinnützigen
Forschungsinstituts ILEAG (Institut
für leichte elektrische Antriebe und
Generatoren e. V.), erläutert eine wesentliche
Herausforderung an die Entwickler:
„Um die Stickoxide mit dem innovativen
Sensorprinzip exakt erfassen zu können,
muss das Sensorelement in seinen
sensitiven Temperaturbereich gebracht und
dort gehalten werden.“ Das stelle besonders
hohe Anforderungen an die zur Anwendung
kommenden Materialien, die ihre
chemische Stabilität sowohl bei extrem
niedrigen als auch bei hohen Temperaturen
gewährleisten müssen. Dem könne durch
entsprechend designte Keramiken oder
keramische Hybridwerkstoffe entsprochen
werden, so Schmidt. Das im Netzwerk
mitarbeitende KI Keramik-Institut Meißen
stellt dieses Know-how für die Entwicklung
und Herstellung der benötigten keramischen
Werkstoffe bereit.
Eine weitere Herausforderung für das
NOx-Netzwerk: Für die neue Sensorik
müssen Gehäuse, Datenleitungen und
Steuerungseinheit zur Abgasnachbehandlung,
beispielsweise von Staplern, Baggern,
Radladern, Müllfahrzeugen, Harvestern
und Traktoren, mit höchsten Ansprüchen
an Robustheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer
entwickelt und erprobt werden.
Im überregionalen Netzwerk, das vom
Bundeswirtschaftsministerium gefördert
wird, arbeiten bislang sechs Firmen und
Wissenschaftspartner; für weitere Kooperationspartner
aus den verschiedenen
Be reichen der Antriebswelt steht die Tür
offen.
www.nox-arbeitsmobil.de
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