Hoflader -Was bedeutet Abgasstufe V für Motoren und Fahrzeuge?

Am 1. Januar 2019 ist europaweit die neue Abgasstufe 5 in Kraft getreten. Sie legt für alle motorisierten Fahrzeuge, Maschinen und Geräte, die nicht als Straßenfahrzeuge gelten, strengere Grenzwerte für den Ausstoß von Luftschadstoffen fest. Das gilt auch für motorisierte Fahrzeuge zwischen 19 bis 37 kW (26 bis 50 PS). Hierzu zählen u.a. die klassischen Hoflader mit einem Betriebsgewicht von knapp 2 bis über 3 t. Wir stellen am Beispiel von Hofladern vor, wie sich Motorenhersteller und Fahrzeuganbieter auf die neue Abgasnorm eingestellt haben.

Der Motorenhersteller Hatz liefert seit Februar 2019 EU Stage V-zertifizierte luft- und flüssigkeitsgekühlte Motoren zur Einhaltung der Richtlinie, die jetzt neu gilt. Die Zertifizierung gilt für luftgekühlte Motoren der B­, D­, G­, L­ und M-Serien mit einer Leistung unter 19 Kilowatt. Sie erfüllten bereits die Tier 4-final-Emissionsstufe und wurden jetzt ohne technische Änderungen oder eine zusätzliche Abgasnachbehandlung vom Kraftfahrt Bundesamt (KBA) für die Stufe V zertifiziert.

Außerdem wurden auch für die neuen flüssigkeitsgekühlten Motoren der Hatz H-Serie, die mit innovativer Technologie speziell für EU Stage V entwickelt wurden, die Typzulassungen vom KBA erteilt. Es handelt sich um die Drei­- und Vierzylindermotoren 3H50TICD und 4H50TICD in den Leistungsklassen von 19 bis 55 Kilowatt.

Die Hatz H-Serie-Motoren sind eine Neuentwicklung, bei denen Komponenten wie Turbolader oder dem Common-Rail-System von Bosch (Off-Highway-Ausführung) verbaut wurden. Um die Vorgaben der Stufe V zu erfüllen, wurden die Drei- und Vierzylindermotoren zusätzlich mit einer teilbaren und damit laut Hatz wartungsfreundlichen Kombination aus Dieseloxidationskatalysator und Dieselpartikelfilter (DOC/DPF) ausgerüstet. Mit Optiheat (optimised Hatz Exhaust Aftertreatment Technology) wollen die Ingenieure von Hatz die Größe des DPF möglichst gering halten und optimal an die möglichen Lastprofile im Einsatz anpassen. Erstmals bei Industriedieselmotoren hat Hatz eine automatische Zylinderabschaltung während der Stillstandsregeneration integriert. Zudem soll mit IHACS (intelligent Hatz Advanced Combustion Strategy) der Rußeintrag aus der Verbrennung vermindert, der Ölverbrauch reduziert sowie der Ascheeintrag in den Filter deutlich abgesenkt werden. Das Resultat seien lange Filterstandzeiten bei vergleichsweise kleiner Baugröße.

Kubota stellt für alle Anwendungen Motoren, die mit den Emissionsvorschriften konform sind, zur Verfügung, erklärt der Hersteller auf eilboten-Anfrage. Dies beinhaltet auch die EU-Stufe V.

Mit Blick auf die Anforderungen der Stufe V sowie der weltweiten Emissionsvorschriften hat Kubota speziell die neue Serie 09 als globale Motorenplattform entwickelt. Dazu gehören vierzylindrige 4- und 5-Liter-Motoren, darunter der Motor V5009. Die Motoren der Serie 09 werden im Laufe des Jahres in Produktion gehen. Als alternative Lösung für die Stufe V stellt Kubota darüber hinaus eine umfangreiche Palette an Motoren bereit, die mit Benzin, Flüssiggas, Erdgas oder als Dual-Fuel-Anwendung betrieben werden können.

Bei Perkins erfüllen alle Motoren im Leistungsbereich zwischen 8,8 und 470 kW die Abgasstufe V. Je nach Anforderung ergeben sich für die unterschiedlichen Leistungsklassen auch unterschiedliche Systeme zur Abgasnachbehandlung. Die Perkins Motorfamilien sind dabei wie folgt ausgestattet:

■ 402 und 403 J (8,8 bis 18,9 kW): keine Abgasnachbehandlung

■ 403 J und 404 J (36 bis 55 kW): Dieseloxidationskatalysatoren (DOC) und Dieselpartikelfilter (DPF)

■ 2,8 l Perkins Syncro (55kW): DOC + DPF

■ 3,6 l Perkins Syncro (55 bis 100 kW): DOC + DPF + Selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator).

■ 1200 J (82 bis 239 kW): DOC + DPF + SCR

Auch bei den Motoren von 250 bis 470 kW, die nicht im Hofladerbereich eingesetzt werden, arbeitet Perkins mit einer Kombination von DOC, DPF und SCR.

Beim Laderhersteller Kramer erfüllen seit März 2019 die Serie 8 mit Standardmotor (8085 bis 8115 und 8085T bis 8095T) die Abgasstufe V. Ende Mai kommen die ersten Modelle der Serie 5 dazu (5055, 5065 und 5065T). Weitere Modelle der Serie 5 sind für das 4. Quartal 2019 angekündigt. Der Rest in der Leistungsklasse unter 56 kW soll bis spätestens Juli 2020 folgen. Kramer setzt bei Maschinen unter 56 kW auf Abgasnachbehandlungssysteme DOC und DPF, die im Motorraum untergebracht sind.

Bis zu einer Leistung von 55 kW (75 PS) erfüllen alle Motoren des aktuellen Schäffer-Maschinenprogramms die Abgasstufe V. Bei der Umsetzung der Emissionsvorschriften setzt der Laderhersteller auf eine enge Kooperation mit den Motorenlieferanten, um wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln. Bei Motoren bis 19 kW wird dies innermotorisch gelöst, alle Motoren über 19 kW sind elektronisch geregelt und arbeiten mit einer Common Rail-Einspritzung. Die Abgasnachbehandlung erfolgt durch einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF).

Der Hersteller Thaler bietet mit dem neuen Modell 2438 jetzt erstmals einen Lader in der Leistungsklasse um die 2 t an, der die neue Abgasnorm erfüllt. Nach Unternehmensangaben war es der erste Lader auf dem Markt, der diese Grenzwerte unterschreitet. Verbaut ist ein Yanmar Motor mit 38 PS, der über Common Rail-Einspritzung mit Abgasrückführung und einem großen Dieselpartikelfilter besteht. Dieser arbeitet mit einem Diesel-Oxidations-Katalysator und Dieselpartikelfilter.

Alle Motoren in den Leistungsklassen von 8 bis 56 kW der beim Laderhersteller Weidemann eingesetzten Motoren erfüllen seit dem 1. Januar 2019 die Abgasstufe V oder die in der EU-Richtlinie 2016/1628 angegebenen Anforderungen für Übergangsmotoren.

Unterhalb der 19 kW-Grenze sind die jetzt geforderten Grenzwerte ohne zusätzliches außermotorisches Abgasnachbehandlungssystem zu erreichen, teilt Weidemann mit, sodass hier nur ein Endschalldämpfer zum Einsatz kommt. Die Grenzwerte lassen sich oberhalb von 19 KW nur mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) in Kombination mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) einhalten. Oberhalb der 56 KW Grenze kommt ein SCR-System hinzu, um die Grenzwerte bezüglich NOx einzuhalten.

Die aktuell vorgestellten Maschinen verändern sich nicht in den Abmaßen, teilt der Hersteller Kramer auf eilbote-Anfrage mit. Das Gleiche berichtet uns der Motorenhersteller Perkins. Bei den 1204 J-Motoren beispielsweise werden nun alle Versionen mit einem DPF ausgestattet sein, während der Abgasstufe 4 war es überwiegend nur ein DOC/SCR System. Aufgrund von neuen Materialien benötigen die Komponenten allerdings deutlich weniger Platz, so dass der DPF für die Abgasstufe 5 ohne nennenswerte Vergrößerung des Gesamtsystems integriert werden konnte.

Bei den kleineren 400er Motoren von Perkins ist das System auf ein DOC und DPF-System reduziert, welches in vielen Fällen sehr platzsparend über dem Schwungradgehäuse angebracht werden kann. Da darüber hinaus der Abgasschalldämpfer entfallen kann, sieht Perkins nur relativ geringe Effekte der neuen Abgasstufe auf zukünftige Fahrzeuggrößen.

Es gibt unterschiedliche Systeme, die oftmals auch direkt am Motor angebracht sind, sodass ein Fahrzeughersteller (OEM) außer dem Abgasrohr keine weiteren abgasführenden Bauteile zusätzlich unterbringen muss. Wenn die Platzverhältnisse dies nicht zulassen, sind die Komponenten auch in unterschiedlichen Konstellationen im Motorraum einbaubar. Ein solches System ist allerdings laut Perkins aufwendiger im Vergleich zu einem System, welches am Motor verbaut ist.

Es gibt Vorgaben bezüglich der maximal zulässigen Entfernung der abgasführenden Komponenten zueinander, welche vor allem dadurch begründet sind, dass eine möglichst hohe Eintrittstemperatur in den DPF bzw. den Katalysator erreicht werden soll, um die Effizienz der Regeneration zu unterstützen. 

Die Wartungsintervalle für Systemkomponenten (wie z.B. Flüssigkeitsfilter im SCR-System) sind auf das Motorwartungsintervall abgestimmt, so dass keine zusätzlichen Stillstände erforderlich sind. Die Abgasnachbehandlungssysteme (SCR Kat / DPF) sind auf sehr lange Wartungsintervalle ausgelegt, um Stillstandzeiten zu minimieren.

Motoren im kleineren Hoflader-Leistungsbereich sind ohne SCR System ausgerüstet, so dass für den Betreiber kein zusätzlicher Aufwand zur Motorwartung besteht, erklärt der Hersteller.

Fachleute, z. B. Landmaschinenmechaniker, können und dürfen die Wartung an Perkins Motoren durchführen. Hinweise zu besonderen Arbeiten und Sicherheitsmaßnahmen findet man entsprechend im Betriebs- und Wartungshandbuch, welches in verschiedenen Sprachen auf der Perkins Webseite (www.perkins.com/Parts and service/Operation and maintenance manuals) kostenlos zur Verfügung steht.

Die zusätzlichen Komponenten der Abgasnachbehandlung haben auch nach Aussage des Herstellers Schäffer kaum Auswirkungen auf die Ausmaße der Maschinen. Der Fahrer kann die Abgasreinigung einschließlich der Regeneration der Katalysatoren vom Fahrerstand aus überwachen.

Auch seien die Systeme so ausgelegt, dass sich der DPF automatisch generiert. Hiermit sollen Stillstandzeiten ausgeschlossen werden, wenn die Maschine im optimalen Betriebszustand eingesetzt wird.

Beim Thaler 2438 sorgt der Platzbedarf für die Abgasreinigung dafür, dass der Motorraum im Heckchassis größer geworden ist. Im Vergleich zu seinem Vorgänger ohne Abgasreinigung hat der 2438 mit Abgasreinigung in der Baulänge um 18 cm gewonnen (je nach Schwinge auf 3,27 bis 3,60 m), die Breite mit 1,12 m und die Höhe 2,21 m konnten beibehalten werden. Der Lader hat beim Betriebsgewicht um 180 kg zugelegt, was zusammen mit dem längeren Heckwagen zu höheren Kipplasten führt. Das Heck bildet das Kontergewicht. Die neue GFK-Haube, die den großen Partikelfilter mit abdeckt, lässt sich zur rechten Seite öffnen.

Alle Systeme werden unterhalb der Motorhaube untergebracht, um bestmögliche Sicht und Schutz gegen Witterungseinflüsse zu bieten, teilt Hersteller Weidemann mit. Inwieweit sich die Fahrzeuggröße ändert, sei pauschal nicht zu sagen. Die Größe der Abgasanlage bei der Leistungsklasse von 19 bis 37 kW hat einen im Verhältnis zu der Motor- und Fahrzeuggröße größeren Bauraumbedarf als bei den größeren Leistungsklassen. Hier baut der Hersteller auf die Erfahrung bei der Integration dieser Abgasnachbehandlungssysteme für den nordamerikanischen Markt, wo Abgasnachbehandlungssystem bereits seit 2013 oberhalb von 19 KW gefordert sind. Weidemann wird auch in dieser Leistungsklasse den bisher angebotenen Kompromiss aus erforderlichen Abmessungen und bestmöglicher Kompaktheit bieten.

Einige Maschinenhersteller bieten vormals stärkere Maschinen jetzt mit Motoren unter 19 kW (25 PS) an, weil sie damit den Einbau von Abgasnachbehandlungssystemen umgehen. Damit reduzieren sie das Leistungsgewicht (PS/Tonne Maschinengewicht).

Auch Schäffer hat bei einigen Modellen mit einer Reduktion der Leistung auf die neue Abgasnorm reagiert. Doch mithilfe des Zusammenspiels technischer Lösungen und einer weiteren Optimierung des Antriebsstrangs sei es gelungen, dass der Kunde die reduzierte Motorleistung nicht bemerken wird. Im Gegenteil: Der höhere Wirkungsgrad und der reduzierte Kraftstoffverbrauch der Maschine würden sich auch hier positiv auf die Betriebskosten sowie auf das Arbeits- und Fahrverhalten auswirken, verspricht der Hersteller.

Ein Downsizing der Motoren, wie es bereits seit der Abgasstufe 3b/4 bei den Traktoren genutzt wird, sei sehr hilfreich, teilt auch Weidemann mit. Der Hersteller hat dies bereits in der Vergangenheit für die Schweiz angeboten und werde es zusätzlich zum Leistungsbereich unterhalb von 19 kW bei allen dafür geeigneten Fahrzeugen mit der Umsetzung der Stufe V anbieten. Insbesondere für Einsätze im mittleren und geringen Performancebereich sieht Weidemann hier einen idealen Kompromiss aus dem Verhältnis von Kosten zu Leistung. Die Betriebsgröße und die Aufgabenstellungen hierzu müssten natürlich passen. Dies werde in Beratung und Verkauf zu den Maschinen sorgfältig ausgelotet.

Die Motoren von Perkins besitzen bis auf wenige Ausnahmen ein passives Regenerationssystem, welches fortlaufend ab ca. 230 bis 250° C Abgastemperatur regeneriert. Erreichen die Temperaturen über einen längeren Zeitraum diese Temperatur nicht (z.B. wegen niedriger Last und Drehzahl), kann die Temperatur über verschiedene Maßnahmen (wie beispielsweise der Erhöhung des Abgasgegendruckes) auf das erforderliche Temperaturniveau gebracht werden. Dies alles geschieht mit Ausnahme von Extrembedingungen gänzlich im Hintergrund, ohne dass der Fahrer aktiv werden muss.

Die Regeneration des Abgasreinigungsanlage läuft bei Weidemann im Normalbetrieb der Maschine unbemerkt für den Anwender der Maschine im Hintergrund ab. In der Regel handelt es sich dabei um eine sogenannte passive Regeneration, bei der die Beladung des DPF durch die Temperatur des Abgases verbrannt wird. Läuft die Maschine eine längere Zeit im Leerlauf oder wird mit einer sehr geringen Last betrieben, erhöht die Motorsteuerung, nach Erkennen einer bestimmten Beladungsgrenze, die Abgastemperatur durch gezielte Eingriffe in den Einspritzprozess und die Luftzuführung des Motors, sodass eine Regeneration der Abgasreinigung erfolgt.

Bei dem oben genannten Einsatzprofil werden keine reinen Stillstandzeiten benötigt, da die laufende Erneuerung im normalen Fahrbetrieb erfolgt und der Anwender dafür in der Regel nichts beachten muss. Die zudem erforderliche Regeneration im Stillstand wird in Verbindung mit den regelmäßigen Inspektionsintervallen durch die Fachwerkstatt durchgeführt.

Dem Anwender wird bei Weidemann über das Anzeigeinstrument immer der aktuelle Status einer Regeneration angezeigt. Ist diese aktiv, sollte der Fahrer solange weiterarbeiten, bis die Regeneration abgeschlossen ist. Man sollte einfach vor dem Abstellen der Maschine kurz auf das Display schauen, ob die Regeneration gerade aktiv ist. Mehr sei nicht zu beachten.

Aber auch ein Abstellen der Maschine während einer Filtererneuerung ist möglich. Die Regeneration wird dann bei dem nächsten Betrieb der Maschine bei Erreichen der Mindesttemperaturen im Kühlwasser und Abgas wieder selbstständig gestartet, erklärt der Hersteller.