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Liebherr Partikelfilter für den Schutz von Mensch und Umwelt

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Die robusten und leistungsstarken Liebherr-Dieselmotoren kommen vor allem in Erdbewegungsmaschinen, Mobilkranen und Sondermaschinen des Unternehmens zum Einsatz. Sie zeichnen sich durch hochmoderne Technik und exakte Verarbeitung aus. 

Die in Bulle in der Westschweiz gefertigten 4- und 6-Zylinder Reihen-Motoren und die 6- und 8-Zylinder V-Motoren decken die Leistungsklasse zwischen 200 und 500 kW ab. Ein intelligentes Elektronik-Konzept kombiniert mit neuester Einspritz- und Abgasrückführungstechnologie gewährleistet nicht nur die Einhaltung der in Europa vorgeschriebenen Emissionsstufen, sondern ist auch die Basis für zukünftige weiter verschärfte Anforderungen. 

Mit modernen Common-Rail Diesel-Einspritzsystemen wird eine sehr hohe Kraftstoffeffizienz erreicht. Gleichzeitig führen diese jedoch zu äußerst feinen Verbrennungs- und Rußpartikeln, die nur zum geringen Teil vom Motoröl festgehalten werden. Ruß und Feinstaubpartikel, die mit dem Abgasstrom in die Umwelt gelangen, können gesundheitsschädlich wirken. In umweltsensiblen Einsatzbereichen, z.B. im Tunnelbau oder in geschlossenen Hallen wie bei Recyclingunternehmen, darf daher zum Schutz von Mensch und Umwelt eine dieselmotorisch angetriebene Maschine nur dann betrieben werden, wenn im Abgasstrom ein Rußpartikelfilter eingebaut ist. Liebherr bietet bereits seit etwa drei Jahren die entsprechenden Filter für die Erstausrüstung, aber auch zum nachträglichen Einbau an.
Die Herausforderung bei der Entwicklung dieser Partikelfiltersysteme für Baumaschinen besteht unter anderem darin, dass sie aufgrund anderer Normen und Anforderungen nicht mit den Abgasnachbehandlungssystemen für Diesel-LKW zu vergleichen sind. Bei diesen wird durch eine selektive katalytische Reduktion (englisch selective catalytic reduction, SCR) der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) um etwa 90% (im Stationärbetrieb) reduziert. Dies gelingt u.a. mit dem Einspritzen von AdBlue, einer wasserklaren, synthetisch hergestellten 32,5-prozentigen Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser, in das Abgas.

Diese Harnstofflösung, von der immerhin bis zu 1,5 l/100 km verbraucht werden, befindet sich in einem separaten Tank. Mit einer Dosierpumpe oder einem Injektor wird sie vor dem Katalysator in den Abgasstrom eingespritzt. Mit Hilfe des Harnstoffs werden in einer chemischen Reaktion die Stickoxide (NOx) in Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt. Diese „aktive“ Abgasnachbehandlung zur Reduzierung der Stickoxide ist für Dieselmotoren von Baumaschinen heute noch Zukunftsmusik. Doch spätestens mit Inkrafttreten der Abgasnorm Stufe 4 im Jahr 2014 wird AdBlue auch für mobile Arbeitsmaschinen ein Thema sein.

Die Hauptaufgabe der Partikelfilter für Baumaschinen besteht darin, den Ausstoß von Rußpartikeln zu reduzieren. Die Konstrukteure von Liebherr haben Partikelfiltersysteme entwickelt, die genau auf die Baumaschinen des Unternehmens abgestimmt sind. Sie sind für den harten Baustelleneinsatz ausgelegt und scheiden mindestens 97% der Ruß- und Feinstaubpartikel ab und reduzieren die CO (Kohlenmonoxid)- und HC (Kohlenwasserstoff)-Emission zwischen 75% - 90%. Entsprechend der Motorleistung des Gerätes stehen fünf Filtergrößen zur Verfügung. Auch bei einem nachträglichen Einbau lassen sie sich problemlos in das Gerät einpassen. Der Einbau der Systeme erfolgt anstelle der vorhandenen Schalldämpfer, deren Funktion sie auch übernehmen. Das System wird in den Motorraum integriert. Sichtfeldeinschränkungen, wie sie teilweise beim Nachrüsten außerhalb des Maschinenraumes bei Nachbauten entstehen, sind bei Liebherr ausgeschlossen. Allerdings muss auch der beste Partikelfilter gewartet werden. Die festgehaltenen Rußpartikel werden zwar durch kontinuierliche passive Regeneration selbständig oxidiert, wenn die entsprechend gesteuerte Abgastemperatur mindestens 50% der Arbeitszeit bei über 250 °C liegt. Doch verbrannte oder verdampfte Bestandteile des Motoröls, das metallische Elemente wie Kalzium, Phosphor, Zink, Schwefel und Bor enthält, verbleiben als Ablagerung im Filtermodul. Diese Motorölrückstände müssen bei allen Arten von Dieselpartikelfiltern (DPF) entfernt werden. Bei Verwendung des besonders für den Einsatz in DPF entwickelten aschearmen Liebherr Motoroil 10W-40 „low ash“ verlängert sich das Intervall für diese Reinigung von durchschnittlich 1.000 Betriebsstunden auf 2.000 Betriebsstunden. Nach dieser Zeit wird das Filtermodul ausgebaut und am Servicestützpunkt in einem speziellen Ofen thermisch behandelt und anschließend gereinigt. 

Neben dem richtigen Motoröl, das weniger aschebildende Additive als herkömmliche Motoröle enthält, ist auch die Kraftstoffqualität für die Funktion und Wirksamkeit entscheidend. Es darf nur Diesel verwendet werden, der einen Schwefelgehalt von weniger als 50 ppm (0,005%) hat, bzw. die EN 590 erfüllt. Heizöl, das üblicherweise noch weit über 1.000 ppm Schwefel enthält, würde die Wirksamkeit des DPF aufheben und kann deshalb nicht getankt werden. Als Motoröl muss zwingend ein aschearmer Schmierstoff vom Typ Low SAPS (niedrige Sulfat-Asche, Phosphor und Schwefel) eingesetzt werden. Liebherr Motoroil 10W-40 low ash wurde speziell für hochbelastete Dieselmotoren mit Partikelfiltern und/oder anderen Abgasnachbehandlungssystemen formuliert. Es erfüllt die Spezifikationen ACEA E4, E6 und E7 sowie die amerikanischen API CF-4, CG-4, CH-4 und CI-4. Daneben ist es von führenden Motorenherstellern namentlich freigegeben. 

Allerdings ist zu beachten, dass aschearme Motoröle eine verminderte alkalische Reserve (gemessen als BN, Base Number) haben und somit weniger Säuren, die vermehrt bei Verwendung von schwefelhaltigem Kraftstoff entstehen, neutralisieren können. Der Motor einer Baumaschine fasst je nach Typ zwischen 20 und 50 l Motoröl. Liebherr empfiehlt auf der Basis von Feldtesten für Motoren mit DPF, den Ölwechsel nach starren Intervallen von jeweils 500 Bh vorzunehmen. Werden die Ölstandzeiten ohne weitere Kontrolle der Ölfüllung überschritten, droht ein Motorschaden wegen Viskositätserhöhung und Bildung von schlammartigen Ablagerungen, weil sich Rußpartikel im Motoröl, das wegen der Aschearmut weniger Dispersant-Additive als konventionelle Motoröle besitzt, anreichern. 

Vor dem Einsatz eines zusätzlichen Nebenstromfilters zur unkontrollierten Verlängerung der Öleinsatzintervalle raten die Experten der Liebherr Kundendienst-Abteilung dringend ab. Die von Ölanalysen begleiteten Versuche haben immer wieder bestätigt, dass eine Ölwechselverlängerung in erster Linie nur aufgrund der durch den Nebenstromfilter bewirkten Vergrößerung des Ölvolumens bedingt ist. Für die sichere Funktion des Motors und eine volle Wirksamkeit eines Partikelfilters sind die Kontrolle und Wartung, die schwefelarme Qualität des Dieselkraftstoffs und das aschearme Hochleistungs-Motoröl mitentscheidend. Regelmäßige Ölanalysen zeigen, ob der Rußanteil im Motoröl die kritischen 4% übersteigt oder die schmutztragenden Additive noch in ausreichender Menge im Öl vorhanden sind. Wird zum Beispiel ein Motoröl eingefüllt, das nicht aschearm ist, oder ein Kraftstoff, der zu viel Schwefel enthält, beim aschearmen Motoröl verwendet, kann dies unmittelbare negative Auswirkungen auf den Partikelfilter und den Motor haben. Im Falle eines Falles werden das Frisch- und Gebrauchtöl, aber auch der Kraftstoff dann von OELCHECK im Labor untersucht. Hier wird genau festgestellt, ob etwa ungeeignete Schmier- oder Kraftstoffe verwendet wurden.

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