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Weltweit leistungsstärkster Rollenprüfstand

Am 17. August 2009 wurde der leistungsstärkste Rollenprüfstand der Welt feierlich eingeweiht. Dieser zweiachsig angetriebene Prüfstand vermag große Busse und schwere Nutzfahrzeuge sowie Allradfahrzeuge mit einer Gesamtleistung bis 600 kW (816 PS) zu testen. Um die Anforderungen der zukünftigen Abgasgrenzwerte inklusive des neuen weltweiten Testzyklus zu erfüllen, hat der Fahrzeugzulieferer Emitec diese hohe Investition trotz weltweiter Krise getätigt. 

In Thüringen, auf dem Kindel bei Eisenach, produziert der Katalysator- und Partikelfilterhersteller Emitec in Lohmar bei Köln seit 2001 in seinem Werk Hörselberg METALIT-Katalysator-Träger für die Großserie. Seit 2002 stehen dort auch Motor- und Rollenprüfstände mit modernster Abgasmesstechnik für die Produktentwicklung zur Verfügung.

Mit der Fertigstellung des weltweit leistungsstärksten Rollenprüfstands können dort auch schwere Nutzfahrzeuge/Busse mit einer Gesamtleistung bis 600 kW (816 PS) sowie pro Achse mit bis zu 450 kW (610 PS) bzw. maximal 20 Tonnen belastet werden. Die maximale Testgeschwindigkeit beträgt 160 km/h, es könnten dort also selbst die Formel-1-ähnlichen Renner aus der Truck-Racing-Serie geprüft werden (Foto oben rechts).

Auf diesem Rollenprüfstand lassen sich Non-Road-Fahrzeuge wie Baumaschinen, Gabelstapler oder Land- und Forstmaschinen wie zum Beispiel Traktoren testen

Ebenso lassen sich leichte bis schwere Busse sowie Nutzfahrzeuge aller Art prüfen

Um die zukünftigen Anforderungen der Abgasgesetzgebung zu erfüllen, hat sich das rheinländische Unternehmen trotz weltweiter Fahrzeugbaukrise dazu entschlossen, über acht Millionen Euro in diesen neuen Rollenprüfstand zu investieren. Mit ein Grund für den Bau des leistungsstärksten Rollenprüfstands ist zudem der neue, weltweit harmonisierte transiente Zyklus für Nutzfahrzeuge (WHTC), der voraussichtlich 2014 kommen wird. 

Kein Flugzeughangar, aber ähnlich groß

Mit einer Grundfläche von 1.600 Quadratmetern sowie einer Höhe von 10 Metern eignet sich die Halle zum Betrieb von Fahrzeugen in geschlossenen Räumen und ist damit ganzjährig nutzbar. Die Prüfzelle selbst hat eine Größe von 360 Quadratmetern, noch mal so viele Quadratmeter dienen zur Fahrzeugvorbereitung. Insgesamt wurden 80 Tonnen Stahl verbaut. Allein die 72 Zoll große Rolle wiegt acht Tonnen.

Zweiachsig angetriebener Prüfstand mit einer Gesamtleistung bis 600 kW (816 PS) 

Allein die 72 Zoll große Rolle wiegt acht Tonnen

Da die Abgasgrenzwerte von Nutzfahrzeugen stetig reduziert werden, gilt es bei der Komponentenentwicklung, den Schadstoffgehalt der schweren Fahrzeuge zu untersuchen. Neben den bekannten Schadstoffen wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxide (NOx) und Rußpartikel müssen auch Messungen des Methangasgehalts (CH4) vorgenommen werden. Methangas soll nicht nur das Klima wesentlich stärker beeinflussen als Kohlendioxid, es wird auch in Gasantrieben immer häufiger eingesetzt. Auf dem neuen Rollenprüfstand wird zusätzlich der Verbrauch gemessen, um Einflüsse durch die Abgasanlage feststellen zu können. Neben der üblichen Partikelmassenmessung können selbst Partikel gezählt werden. Hierbei handelt es sich um ein sehr aufwendiges Messverfahren.

Das Mess-Equipment für den Rollenprüfstand umfasst unter anderem: ein Teilstrom-Verdünnungssystem für die Partikelbestimmung, ein Partikelanzahl-Messgerät für die Bestimmung der Partikelanzahl, ein Infrarot-Spektrometer (FTIR Fourier Transformation Infrarot Spektroskopie) für die Messung aller Stickstoffverbindungen im Bereich der SCR-Technologie, eine Abgasmessanlage für die Messungen der Schadstoffe Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Methan, Stickoxide und Kohlendioxid sowie zwei Micro-Soot-Sensoren für die dynamische Messung der Partikelkonzentration. Die Rolle selbst wurde von der AVL Gruppe geliefert, während die Messtechnik von AVL und Horiba Europa stammt. Grundsätzlich gibt es zwei Prinzipien für die Emissionsmessung:

1.) Entweder werden die gasförmigen Schadstoffe in Echtzeit im Rohabgas gemessen sowie die Partikel mit einem Teilstromverdünnungssystem oder
2.) die gasförmigen Schadstoffe und die Partikel werden mit einem Vollstrom-Verdünnungssystem (CVS-System) gemessen.

Prüfzyklen WHTC und WHSC

Der zukünftige „World-wide Harmonized Transient Cycle” (WHTC)-Prüfzyklus ist eine gemäß realen Fahrbedingungen erhaltene Folge von wechselnden Drehzahl- und Drehmomentwerten im Sekundenabstand. Beim Lauf auf einem Rollenprüfstand sind die angegebenen normierten Werte mithilfe der Motorkennfelder in aktuelle Drehzahl- und Drehmomentwerte für den zu prüfenden Motor umzurechnen. Die gasförmigen Schadstoffe können kontinuierlich erfasst oder in einem Probenahmenbeutel gesammelt werden. Die Partikelprobe ist mit konditionierter Umgebungsluft zu verdünnen und an einem einzigen geeigneten Filter abzuscheiden.

Beim WHTC-Zyklus wird der Motor kalt gestartet. Nach Durchlaufen des Prüfzyklus wird der Motor abgekühlt (natürliche oder Zwangskühlung, wie im Werk Hörselberg möglich) und nach einer Heißabstellphase von 5 Minuten wird ein neuer Prüfzyklus warm gestartet.

Stationärer Prüfzyklus WHSC

Dieser Emissionsprüfzyklus (World Harmonized Stationary Cycle) besteht aus mehreren Drehzahl- und Leistungsphasen, die dem Bereich entsprechen, in dem stationäre Dieselmotoren normalerweise betrieben werden. Während der einzelnen Phasen sind die Konzentrationswerte sämtlicher gasförmiger Schadstoffe, der Abgasdurchsatz und die Leistungsabgabe zu bestimmen sowie die gemessenen Werte zu gewichten. Beim WHSC-Zyklus wird der Motor warm gestartet und nach Durchlaufen des Prüfzyklus auf die Werte der WHSC-Stufe 9 vorkonditioniert. 

Darüber hinaus gibt es noch den Nonroad Transient Cycle (NRTC) für Fahrzeuge, die abseits der Straßen unterwegs sind wie beispielsweise Bau-, Forst- und Landmaschinen mit Verbrennungsmotor. 

Aufgrund des geplanten WHTC-Fahrzyklus für Nutzfahrzeuge sowie des NRTC dürfte der Einsatz eines elektrisch beheizten Katalysators (E-Kat) zwingend notwendig sein. Denn beim neuen WHTC-Testzyklus werden die Abgasemissionen auch während der kälteren Phasen des Motors gemessen. Ein heutiger moderner LKW-Dieselmotor erreicht seine Arbeitstemperatur von ca. 250 °C jedoch erst nach rund 1.200 Sekunden, also nach langen 20 Minuten. Ein vergleichbarer Ottomotor erzielt dagegen schon nach 12 bis 14 Sekunden seine volle Abgasreinigungsleistung. Dazwischen liegen - abgastechnisch gesehen - Welten.

Schon vor über zehn Jahren hatten die Ingenieure aus Lohmar den E-Kat bis zur Serienreife entwickelt und in zwei erfolgreichen Serienanwendungen (12-Zylinder-Motoren der 7er-Baureihe von BMW) zum Einsatz gebracht. Mit dem E-Kat lässt sich das Kaltstartverhalten wesentlich verkürzen und die Schadstoffe der Abgase dadurch sehr viel früher eliminieren. Beheizte Metall-Katalysatoren werden mit elektrischen Leistungen von 1 bis 3 kW versorgt. Damit erhöhen sie die Katalysator-Arbeitstemperatur bei Nutzfahrzeugen um entscheidende 20 bis 30 °C (bei PKW um bis zu 100 °C). Außerdem erzielt man bei einem SCR-System durch die Einspritzung der AdBlue-Harnstofflösung auf den heißen E-Kat eine nochmals verbesserte Zerstäubung/Verdampfung.  

Der E-Kat bietet zudem die Möglichkeit, die während der Schubphasen CO2 neutral zur Verfügung stehende Energie der Lichtmaschine in nutzbare Wärme umzuwandeln. Besonders vorteilhaft ist die Kombination des beheizbaren Katalysators mit einer Start-Stop-Strategie, da hierdurch das Abkühlen des Katalysators und daher das Heizen in den Leerlaufphasen vermieden werden kann. Bei einer elektrischen Energiegewinnung durch Bremsrekuperation wäre ein E-Kat sogar verbrauchsneutral und die Kosten eines solchen "aktiven" Katalysator-Systems würden sich somit in Grenzen halten.

Der leistungsstärkste Rollenprüfstand der Welt hat seinen vollen Betrieb seit 2010 aufgenommen. Der Rollenprüfstand kann im 1-Schichtbetrieb laufen oder, wenn mehr Kundenanfragen vorliegen, lässt sich jederzeit ein 2-Schichtbetrieb einführen. Verschiedene Technische Überwachungsvereine haben schon starkes Interesse gezeigt, um diesen Rollenprüfstand zwecks Messungen sowie Zertifizierungen nutzen zu können. Ein Messdurchlauf nach dem aktuell in Europa üblichen Testzyklus dauert einschließlich Fahrzeugaufbau rund drei Stunden. Selbstverständlich gilt es, dabei mehrere Messungen pro Fahrzeug durchzuführen. In der Regel ist ein Arbeitstag pro Fahrzeug nötig. Ein solcher Abgastest kostet etwa 2.500 Euro, darin sind allerdings die Kosten zur Umrüstung der Abgasanlage noch nicht enthalten. Bitte holen Sie sich bei Interesse ein aktuelles, auf Ihre Bedarfe zugeschnittenes Angebot ein.

Die installierte Technik ist so ausgelegt, dass alle Richtlinien für große Busse, schwere Nutzfahrzeuge sowie Allradfahrzeuge mit einer Gesamtleistung bis 600 kW (816 PS) erfüllt werden. Neben den Startbedingungen „Warm-” oder „Kaltstart” exakt einzuhalten gilt es, Raumtemperatur, Motortemperatur und Abweichungen der Raumtemperatur während der Fahrzyklen permanent zu überwachen und zu korrigieren. Nach jedem Fahrzyklus werden Motor und Kühlsystem zur Vorbereitung auf den nächsten Start heruntergekühlt, um identische Bedingungen zu schaffen. Diesbezüglich ist ein erheblicher Aufwand notwendig, um reproduzierbare Aussagen zu erhalten.   

 

 

Kontakt

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