Kühlung nach Bedarf

Antriebstechnik

Motorkühlung – Hydrostatische Lüfterantriebe tragen dazu bei, dass mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge die weltweit verschärften Emissionsvorschriften umsetzen können. Obendrein erlauben sie mehr Freiheitsgrade in der Konstruktion.von Michael Mack

27. August 2012

Eine zentrale Forderung bei der Entwicklung von mobilen Arbeitsmaschinen ist die immer weitere Reduzierung der Schadstoffemissionen und des Kraftstoffverbrauchs. So treten bereits in zwei Jahren deutlich strengere Abgasgrenzwerte in Kraft. Für Off-Highway-Fahrzeuge wie mobile Arbeitsmaschinen gilt dann die Vorschrift Tier4 final, die die erlaubten NOx-Emissionen gegenüber Tier3 abermals mehr als halbiert. Ähnlich ist die Lage bei On-Highway-Fahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, wo in Europa ab 1. Januar 2014 die strenge Abgasnorm Euro6 gilt. Die Fahrzeug- und Komponentenhersteller entwickeln deshalb immer neue energieeffiziente Antriebe, realisieren Features wie Start-Stopp-Betrieb oder Rückgewinnung ungenutzter Bremsenergien und gehen einen systemischen Ansatz beim Design und der Optimierung mit Hilfe von Projektierung und Simulation.

Ein Thema bleibt dabei jedoch oft außen vor: Das Erreichen und Halten einer verbrauchsarmen und daher optimalen Betriebs- und Motortemperatur. Dabei verlangen Verbrennungsmotoren, die auf die ab 2014 gültigen Abgasnormen optimiert sind, ein sehr komplexes Kühlmanagement, das die Betriebstemperatur in einem sehr engen Temperaturbereich hält. Neben dem Kühlwasser betrifft das auch weitere Medien wie beispielsweise die Ladeluft. Die engen Emissionsgrenzwerte erfordern neue Antriebstechnologien, die in einem immer schmaleren Temperaturbereich betrieben werden und bereits bei niedrigsten Drehzahlen mit maximalen Drehmomenten arbeiten. Dazu zählen – neben elektrischen und hybriden Antrieben – vor allem emissionsoptimierte Dieselmotoren mit Partikelfiltern und Abgasnachbehandlungssystemen. Ein optimiertes Kühlmanagement eröffnet deshalb einen weiteren Weg zu einer konstruktionsbedingten Sparsamkeit bei Nutzfahrzeugen und mobilen Maschinen.

Platzsparend und flexibel

Das nötige Lüftersystem, das die Kühlleistung für die Antriebe bereitstellt, muss sowohl platzsparend wie auch verbrauchsgünstig sein und zudem die Verlustwärme effizient abführen. Optimal ist zudem, wenn sich der zu erbringende Aufwand genau dosieren lässt. Für den Antriebs- und Steuerungsspezialisten Bosch Rexroth bietet daher ein verstellbarer hydrostatischer Lüfterantrieb die besten Voraussetzungen für ein solches Kühlmanagement. Ein solcher Antrieb entkoppelt die Lüfterdrehzahl von der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Somit ist einerseits die benötigte Kühlleistung bereits bei niedriger Motordrehzahl verfügbar, andererseits wird mit Hilfe von Sensoren und moderner Elektronik exakt nach den gemessenen Temperaturen lediglich die benötigte Kühlleistung erbracht. Das spart Energie und senkt so den Treibstoffverbrauch – laut Auskunft von Bosch Rexroth um bis zu fünf Prozent.

Die Auslegungsmöglichkeiten fasst das Unternehmen in der Kurzformel »Das 2 mal 2 der hydrostatischen Lüfterantriebe von Rexroth« zusammen: So haben Anwender die Wahl zwischen hydraulisch oder elektrisch geregelten Lüfterantrieben, die sich zudem wahlweise über ein Konstant- oder Verstellsystem antreiben lassen. Vor allem bei Anwendungen, in denen lediglich eine, maximal zwei Temperaturen geregelt werden müssen, genügt nach wie vor die kostengünstige hydromechanische Lüfterregelung. Allerdings werden mittlerweile immer mehr Medien und Temperaturen überwacht – notwendig ist das etwa bei der Abgasrückführung oder wenn die Ladeluft bei Dieselmotoren gekühlt werden muss. Die Regelung verschiedener Betriebstemperaturen bedarf deshalb eines elektrohydraulisch geregelten Lüfterantriebs: Hier erfolgt die Signalverarbeitung schneller und effizienter, bei gleichzeitig höherer Regelgüte und völlig unabhängig von der Motorleistung.

Pumpentechnik nach Maß

Die Energieversorgung der Lüfterantriebe geschieht bei Lüfterleistungen bis etwa 15 Kilowatt gewöhnlich über eine Zahnradkonstantpumpe. Für größere Lüfterleistungen, ab circa 10 Kilowatt, empfiehlt Rexroth eine Axialkolbenpumpe, die immer genau die Ölmenge liefert, die für die gewünschte Lüfterdrehzahl erforderlich ist. Durch diese Anpassung der Pumpenleistung an die benötigte Lüfterleistung sinkt der Kraftstoffverbrauch um bis zu fünf Prozent. Zudem benötigt eine Axialkolbenpumpe im Vergleich zu einer Konstantpumpe einen bis zu 70 Prozent kleineren Ölkühler.

Ein wichtiger Aspekt ist die große Flexibilität, die die Hydraulik bietet. So ermöglicht die Verbindung des Lüfterrads mit dem Motor über Schläuche und Rohre anstelle von Riemen die freie Anordnung des Kühlers, unabhängig von der Motorposition. Zudem lässt sich der Kühler mit einem hydrostatischen Lüftersystem in mehrere kleinere Kühler aufteilen, was zusätzliche Freiheitsgrade bei Konstruktion und Einbau bringt. Besonders bei sehr beengten Platzverhältnissen, wie sie etwa in Bussen herrschen, ist das eine große Chance für Konstrukteure. Die Lüfterantriebssysteme von Rexroth sind überwiegend aus bewährten Standardkomponenten zusammengesetzt, ergänzt um lüfterspezifische Sonderlösungen und eine spezielle Steuerungssoftware. Zum Sortiment zählen Axialkolbenpumpen und -motoren, Außenzahnradpumpen und -motoren, Reversier- und Thermodruckventile, Ventilmodule sowie Kunststofftanks. Hinzu kommt die »Bodas« genannte Steuerung, bestehend aus Temperatursensoren, Steuergerät, Anwendungssoftware und PC-Diagnosetools.bt z

Auf einen Blick

-Elektronisch geregelte, hydrostatische Lüfterantriebe von Bosch Rexroth halten Verbrennungsmotoren auch unter den schwierigsten Einsatzbedingungen verlässlich auf optimaler Betriebstemperatur für eine optimale Verbrennung.

-Die Systemlösungen aus Axialkolben-Verstellpumpe, Tank, Zahnradmotor, Ventiltechnik, Sensoren und Mobilelektronik kontrollieren die Temperaturen von Wasser, Öl, Ladeluft und der zurückgeführten Abgase. -Durch die stufenlos regelbare Lüfterdrehzahl, unabhängig von der Verbrennungsmotordrehzahl, wird die benötigte Kühlleistung bereits bei niedriger Verbrennungsmotordrehzahl zur Verfügung gestellt.

Erschienen in Ausgabe: 02/2012