Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei Baumaschinen

Kunststoffe sind, wenn es um Leichtbau geht, hochinteressante Alternative zu Metallen. Sie haben ein geringeres spezifisches Gewicht. Bestimmte Varianten sind hochfest, sie sind korrosionsbeständig und bieten fast schon grenzenlose Gestaltungsfreiheit. Wer nun auf der Bauma 2019 interessante Kunststoffanwendungen im Hydraulikbereich suchte, wurde allerdings enttäuscht. Fast unisono kam die Antwort, dass die hohen Hydraulikdrücke einen Einsatz von Kunststoff ausschließen. Die Skeptiker haben weitgehend Recht, wenn man Metall eins zu eins durch Kunststoff ersetzen möchte.

Das Zauberwort heißt daher kunststoffgerechte Konstruktion. Hier gibt es auch in der Hydraulik Beispiele: Im November 2018 wurde dem, von Herbert Hänchen entwickelten, Carbon-Hydraulikzylinder die Auszeichnung Thinking der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg verliehen. Der H-CFK -Hydraulikzylinder ist rund 70 Prozent leichter als eine vergleichbare Stahlvariante. Und noch einen Vorteil hat die Neuentwicklung: Durch das geringere Gewicht sind deutlich schnellere Beschleunigungen möglich und der Energieverbrauch sinkt im Betrieb um satte 50 Prozent. Hänchen hat also schon bewiesen, dass Kunststoffe durchaus eine hochinteressante Materialalternative für Hydraulikzylinder sind. Ob diese Bauweise auch für Schwerlastzylinder eine Alternative ist, wird die Zukunft zeigen.

„Durch den Einsatz von hochfesten Stählen, von Aluminium und verbesserten Berechnungsmethoden, kann auch bei Schwerlastzylindern noch einiges Gewicht eingespart werden“. Davon ist Jens-Holger Fery, Geschäftsführer bei Hydrosaar überzeugt. „Auch eine hydraulische Hybridbauweise ist ein interessanter Lösungsansatz. Durch den Einsatz von Druckspeichern kann die Energieeffizienz einer Baumaschine merklich gesteigert werden“, erklärt der Ingenieur. „Wir setzen auf eine energieeffiziente Gesamtlösung, aufgebaut auf den Säulen Konstruktion, Werkstoffe und hydraulische Hybrid-Technologie“.

Oft stehen nur die großen Dinge im Fokus. Aber auch bei Kleinteilen ist Potenzial für eine Gewichtsreduktion. Das zeigen auf der Bauma die Rohr-und Schlauchschellen für Hydraulikleitungen, die Walter Stauffenberg ausstellte. Für den Leichtbau spielt auch hier Kunststoff eine große Rolle. Im Vergleich zu einer klassischen Stahl- oder Edelstahlvariante sind nach Aussage des Herstellers Gewichtseinsparungen um etwa 60 Prozent erreichbar.

Auch heute werden viele Investitionsentscheidungen noch klassisch getroffen. Verhandelt wird über den Einkaufspreis und dieser sollte möglichst niedrig sein. Kenngrößen wie die Life Cycle Cost (LCC), oder auch die Total Cost of Ownership (TCO) spielen bei vielen Kaufentscheidungen keine oder nur eine untergeordnete Rolle, das bestätigten wenigstens Baumaschinenhändler auf der Messe. Sowohl aus betriebswirtschaftlicher Sicht, als auch Nachhaltigkeitsgründen ist das ein falscher Einstieg in eine Zukunftsinvestition.

Ein Blick über den Tellerrand, sprich in Richtung Maschinenbau, zeigt wie wichtig Energieeffizienz schon aus betriebswirtschaftlicher Sicht ist. Verschiedene Untersuchungen zeigen, dass bei Werkzeugmaschinen manchmal die Investitionskosten nur 20 Prozent der Maschinengesamtkosten betragen. Die restlichen 80 Prozent verursachen Aufwendungen für Energie, Instandhaltung oder KSS-Schmierstoffe, um die wichtigsten Kostenverursacher bezüglich der Betriebskosten anzusprechen. Eine Lebenszykluskostenrechnung als K.-o.-Kriterium für zukünftige Investitionen mit vorzugeben, wäre also ein starkes Mittel, bezüglich der Wettbewerbsverbesserung eines Baumaschinenbetreibers.

Die Maschinengesamtkosten werden im wesentlichem von der Maschinenkonstruktion und von dem Wissen und Verhalten der Menschen rund um die Maschine bestimmt. Ein gut gepflegter Bagger und wissende Maschinenbediener sind allemal eine gute Basis für einen kostengünstigen, reibungslosen Betrieb. Aber auch die Technik kann einiges dazu beitragen, um die Betriebskosten abzusenken.

Technologie plus Innovation ist Umweltschutz, so lautete der Slogan des schwedischen Pumpenherstellers Concentric, der gleich mehrere Neuentwicklungen auf der Bauma zeigte. Für elektrisch angetriebene Baumaschinen und Hybridfahrzeuge wurde die EHS (Elektro Hydraulik Steering) entwickelt. Es handelt sich dabei um eine kompakte Einheit mit integrierter Steuerung für die Bedarfsleistungsregelung.

Wenn die Hydraulikpumpe am Dieselmotor angebaut ist, läuft sie immer mit, gleichgültig, ob Arbeitsleistung benötigt wird oder nicht. Durch den Einbau der Concentric Dual Cone Clutch Pump lässt sich, weil Motor und Pumpe nun voneinander getrennt werden können, auch viel Energie einsparen.

Worst Case für jeden Produktionsverantwortlichen ist ein ungeplanter Maschinenstillstand. Das gilt für mobile Baumaschinen genauso wie für stationäre Produktionseinrichtungen. Ein ungeplanter Maschinenstillstand hat in der Regel eine Vorgeschichte, so zum Beispiel unzureichende Wartung oder Wartungsfehler. Betrachtet man den Dichtungsverschleiß bei Hydraulikzylindern, so ist das zulässige Verschleißvolumen erreicht, ja sogar schon überschritten, wenn eine erste Leckage sichtbar wird. Leckagen sind teuer, und die austretenden Medien schädigen die Umwelt, selbst dann, wenn sogenannte Bio-Hydrauliköle eingesetzt werden.

Den Verschleiß in Hydraulikzylindern frühzeitig zu erkennen, diesem Ziel sind die Ingenieure bei Igus nun nähergekommen. Auf der Bauma wurde das Smart-Iglidur-Gleitlager vorgestellt. Es gibt dem Anwender rechtzeitig ein Signal, wenn das Lager von einem Ausfall bedroht ist. So lassen sich Instandhaltungsmaßnahmen frühzeitig planen, die Gefahr eines lagerverursachten, unerwarteten Maschinenausfalles strebt gegen Null.

Der Grundkörper des Gleitlagers besteht aus zwei Komponenten: Dem innenliegenden kundenindividuellen, schmierstofffreien Gleitwerkstoff, sowie einer äußeren harten polymeren Schale, die das Lager schützt. Um den Verschleiß zu messen, wird zwischen den beiden Komponenten ein intelligenter Sensor eingebaut. Die gemessenen Daten des Sensors lassen sich auf unterschiedliche Arten seitens der Maschinen- und Anlagenbetreiber integrieren. So gibt es die Möglichkeit, durch eine Kontrolllampe über den Verschleiß des Gleitlagers zu informieren, auch eine Abschaltautomatik ist ein mögliches Konzept der Integration. Der Anwender kann mit dem Endgerät seiner Wahl die Überwachung übernehmen und so Wartung, Reparatur und Austausch planen.

Eine weitere smarte Dichtung kommt von Freudenberg Sealing Technologies. Für die Sandwichdichtung werden zwei Elastomere mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit verwendet. Werkstoff für Dichtlippe und Dichtungsschulter ist ein isolierendes (klassisches) Elastomer. Für den Innenteil der Dichtung wird ein modifiziertes leitfähiges Elastomer verwendet. Verbindet man nun die Stange und die Gehäusewand mit einer Leitung, kann der Strom zur Messgröße werden. Verschleißt die Dichtlippe, kommt das leitfähige Grundmaterial zum Vorschein, es schließt sich der Stromkreis zwischen Stange und Gehäuse und eine LED zeigt an, dass die zulässige Abnutzungsgrenze erreicht wurde. Mit einer intelligenten Dichtung können der komplette Abnutzungsvorrat einer Dichtung genutzt, die Reparaturzeit vorausschauend bestimmt und Folgekosten durch Leckage vermieden werden. ck