Kontinuierliche Steigerung der Effizienz von Land- und Baumaschinen

Die großen Land- und Baumaschinenausstellungen des letzten halben Jahres, die Agritechnica in Hannover und Bauma in München, haben wieder die vielfältigen Trends und Herausforderungen in den Branchen aufgezeigt. Gut zu erkennen war der zunehmend systemische Blick auf die Anforderungen und die technischen Entwicklungen in der Antriebstechnik. Die VDI-Konferenz „Getriebe in mobilen Arbeitsmaschinen“ im Juni in Friedrichshafen wird die zugehörigen technologischen Hintergründe aber auch Rahmen-bedingungen beleuchten.

Die stetig zunehmende Effizienz der Maschinen in ihren Produktionsketten ist letztendlich die  Maßgabe und das Ziel der Bemühungen. Dabei folgt die Steigerung der Effizienz von Maschinen und Fahrzeugen gleichermaßen den Forderungen nach Produktivitätssteigerung wie auch der Verringerung von Emissionen und Ressourcenverbrauch. Mit den letztgenannten Punkten werden insbesondere auch die legislativen Vorgaben bedient. Denn neben der Abgasgesetzgebung sehen aktuelle Regulierungen bei PKW in Form von CO2-Emissionszielen (EC No 443/2009) indirekt auch die Begrenzung des Kraftstoffverbrauchs vor. Ähnliches gilt für leichte Nutzfahrzeuge (EC No 510/2011) und als eine strategische Option für schwere Nutzfahrzeuge (COM 2014 285). Für alle sogenannten Energy Related Products and Product Groups schafft zudem die Ökodesign-Richtlinie (2009/125/EG) Vorgaben zur Senkung des Energieeinsatzes;  vgl. Elektromotoren (EC No 640/2009). Entsprechende Regulierungen zum CO2-Ausstoß und zu möglichen Vorgaben zum Energieverbrauch von Land- und Baumaschinen werden diskutiert.

Allerdings kann das Vorgehen nicht über alle Produktgruppen identisch sein. Im Unterschied beispielsweise zum PKW kann ein produktzentrierter Ansatz zur Ermittlung der CO2-Emissionen über einen einfachen Testzyklus bei Land- und Baumaschinen nicht zum Erfolg führen. Da bei diesen Maschinen neben dem Fahrvorgang vor allem die Arbeitsprozesse im Vordergrund steht, müssen diese und darüber hinaus die Verfahrens- und Produktionsketten Berücksichtigung finden. Einzelbetrachtungen führen nicht weit, denn die Prozessschritte mehrerer Maschinen beeinflussen sich gegenseitig. Und letztendlich ist für den Einsatz von Land- und Baumaschinen der eigentliche Sinn und Zweck der Arbeiten entscheidend. Das heißt, für die Verbrauchs- und Emissionsbeurteilung ist die Produktionsmenge zu berücksichtigen, z.B. für Landmaschinen mit Hilfe der spezifischen Größe gCO2 je Tonne Getreideeinheit. Diese Produktionsmenge, für Baumaschinen kann das gCO2 je m² fertiggestellter Straße sein, ist jedoch nicht nur vom Maschineneinsatz abhängig, sondern in häufig komplexen Produktionssystemen von vielen weiteren Faktoren. Die einfache Vergabe von CO2-Labeln für einzelne Maschinen erscheint also nicht geeignet.

Vor diesem Hintergrund arbeiten die Hersteller der Land- und Baumaschinen seit einiger Zeit in einer Initiative daran, ein System zur kontinuierlichen Effizienzsteigerung zu entwickeln und sich diesbezüglich ggf. auch in die Pflicht nehmen zu lassen. Das dazu entwickelte Konzept sieht vor, neben den Wirkungen von Einzelmaßnahmen auch deren Wirkungen in den Produktionsketten ermitteln und die erzielbaren Verbrauchs-/CO2-Emissionsreduzierungen glaubwürdig nachzuweisen. Zur objektiven Beurteilung sind umfangreiche Modellrechnungen erforderlich. Für diese werden Eingangsdaten, wie Einsparpotentiale der Maschinen und regional verteilte Modellbetriebe bzw. Modellbaustellen, benötigt. Unterstützend werden Simulationsmodelle aufgebaut, mit denen die zukünftigen Entwicklungen der CO2-Einsparungen abgeschätzt werden. Die Modellierung berücksichtigt neben den betrieblichen Gegebenheiten, die Maschinen in den einzelnen Produktionsschritten und auch die Fortschritte in den organisatorischen Abläufen. Ausgehend von diesen Daten ist vorgesehen, für definierte Zeitabschnitte Berechnungen der Werte in der Vergangenheit und Gegenwart sowie Prognosen der Zukunft durchzuführen und abzugleichen.

Die detaillierte Entwicklung und Ausgestaltung der beschriebenen Vorgehensweise und der effizienzsteigernden Maßnahmen ist das Ziel der laufenden Arbeiten. Die Getriebetagung in Friedrichshafen ist eine gute Gelegenheit, darüber zu sprechen.

Prof. Dr. Ludger Frerichs, Leiter des Instituts für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge der Technischen Universität Braunschweig