Aus der Flugtechnik lernen und Umweltbelastung reduzieren

Wo schwere Baumaschinen walten, geschieht dies nie ohne Verluste. Erosionsschäden der Böden, Emissionen sowie der hohe Kraftstoffverbrauch belasten Umwelt und Budget. Nun sollen neue Erkenntnisse aus der Luftfahrt den Umwelteinfluss der Bagger, Radlader oder Planierraupen reduzieren und Kosten für den Bauunternehmer sparen. Um den Treibstoffverbrauch und die Emissionen im Luftverkehr zu senken, müssen Flugzeugentwickler beispielsweise den Multiplikator-Effekt reduzieren. Dieser Effekt ergibt sich aus dem Gewicht des Flugzeugs und dem des Treibstoffs, der nötig ist, um das Flugzeug in der Luft zu halten. Je leichter ein Flugzeug ist, desto weniger Kraftstoff verbraucht es. Das Emissionsvolumen ist folglich geringer. Gefragt sind neue Werkstoffe in der Fliegerproduktion.

Die Luftfahrtindustrie will daher den Anteil an Leichtbaumaterialien kontinuierlich erhöhen. In vielen Bereichen des Flugzeugbaus sind die Konstrukteure bereits von Stahl auf Titan umgestiegen. Titan ist korrosionsbeständiger als Stahl und auch beständiger gegen Alkalien und andere Umweltbedingungen. Es hat eine geringere Dichte als Stahl und ist damit leichter (4,44 g/cm3 im Vergleich zu 7,85 g/cm3). Nachteil: Titan ist noch deutlich teurer als Stahl.

Aus diesem Grund nutzen Hersteller alternativ Verbundwerkstoffe wie Epoxidharze, Glas- und Kohlenstofffasern. Selbst bei Kleinteilen trägt der Summeneffekt zu einem leichteren und treibstoffsparenderen Aufbau bei. In der additiven Fertigungstechnik stellt das 3D-Druckverfahren derzeit die innovativste Produktionstechnologie dar. Es ermöglicht Ingenieuren die Optimierung des Designs für alle Einzelteile eines Luftfahrzeugs. In der Folge sinkt das Gesamtgewicht der Maschine. Eine Fallstudie zeigt das Beispiel von Treibstoffdüsen, die aus 18 miteinander verschweißten Teilen hergestellt wurden. Nachdem sie als einzelnes Teil gedruckt wurden, sank das Gewicht um 25 Prozent.

Auf der Suche nach einer energieeffizienteren Strategie werden herkömmliche Ansätze für das Systemdesign von Flugzeugen in Frage gestellt, beispielsweise die zentralisierten Hydrauliksysteme. Sie stellen die Antriebskraft für die Komponenten bereit: Rohre führen in diesem Fall von der Mitte aus durch das gesamte Flugzeug, um die Druckflüssigkeit in jeden Bereich zu bringen, in dem sie benötigt werden.

In neuen Ansätzen wird nun versucht, das zentralisierte Hydrauliksystem in Flugzeugen, in mehrere kleine und lokalisierte Kreisläufe aufzuteilen, von denen jeder die Energieversorgung für verschiedene Aufgaben im Flugzeug bereitstellt. Hierdurch fallen überflüssige Leitungen weg, was zu einer Gewichtseinsparung führt. In Passagierflugzeugen kommen in der Regel drei primäre Hydrauliksysteme zum Einsatz.

Es ist jedoch ein zunehmender Trend erkennbar, Aufgaben von kleineren elektrisch angetriebenen Hydraulikaggregaten (Powerpacks) übernehmen zu lassen. Hierdurch kann üblicherweise neben dem Gewicht der Versorgungsleitungen auch das Gewicht der benötigten Druckflüssigkeit reduziert werden. Fakt ist aber auch, dass die elektrischen Leitungen zur Energieversorgung der Powerpacks ein bestimmtes Gewicht besitzen.

Die Best Practices aus der Luftfahrt können als Orientierung für Baumaschinenanwendungen dienen: Der Einsatz von Werkstoffen mit geringem Gewicht in bestimmten Teilen und der Umstieg von hydraulischen auf elektrische Systeme sind Optionen, die einen entscheidenden Beitrag dazu leisten können, zukünftige Baumaschinen und -geräte sowohl leichter als auch energieeffizienter zu konstruieren. fl