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Mahle Technologietag 2018

Hybrid- und Brennstoffzellenantriebe für Nutzfahrzeuge

09. August 2018, 12:56 Uhr   |  Gerhard Stelzer


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Energie aus Abwärme nutzen und motorunabhängige Klimatisierung

Das neue »e-Waste Heat Recovery System« für Nutzfahrzeuge von Mahle entnimmt Wärme aus dem Abgasstrom und wandelt sie in elektrische Energie um, die in ein 48-Volt-Bordnetz zur Versorgung elektrifizierter Nebenverbraucher oder per E-Motor direkt in den Antriebsstrang genutzt werden kann. Damit werden rund 5 % Kraftstoffeinsparung erzielt. Weitere Einsparpotenziale können, je nach Strecke, durch Rekuperation über den im Antriebsstrang eingebauten Elektromotor entstehen. Das e-Waste Heat Recovery System ist wartungsfrei und kann, durch seine kompakte Bauweise auch nachträglich in alle gängigen Nfz-Modellen eingebaut werden. Eine Amortisation findet, ausgehend von einem Dieselpreis von 1,30 Euro, im Mittel nach rund zwei Jahren statt.

Motorunabhängige Klimatisierung der Kabine

Die Kabinenklimatisierung mit Adsorptionsklimaanlage ist leise und spart Kraftstoff.
© Mahle

Die Kabinenklimatisierung mit Adsorptionsklimaanlage ist leise und spart Kraftstoff.

Mit dem neuen Klimatisierungskonzept zeigt Mahle, dass eine leistungsstarke, motorunabhängige und damit leise Standklimatisierung möglich ist. Insbesondere angesichts der bestehenden und sich ständig verschärfenden Gesetzgebung wird dies umso wichtiger, da die Innenraumklimatisierung in den Ruhephasen nicht mehr durch den laufenden Verbrennungsmotor des Lastwagens übernommen werden kann.

Überhitzte Fahrerkabinen in heißen Monaten sind nicht nur unkomfortabel für den Fahrer, sondern beeinträchtigen dessen Erholung und damit die Verkehrssicherheit.

Die Innenraum-Klimatisierung benötigt jedoch ausreichend Energie. Deshalb werden oftmals die Dieselmotoren dafür genutzt. Die Folge: Emissionen, Vibrationen, Abgasgerüche und ein hoher Lärmpegel in der Nacht. Zudem wird genau diese Alternative durch eine strenge Gesetzgebung (NIAC, Non-Idling-A/C) in den USA und auch schon bald in Europa gesetzlich reglementiert.

Um die Standklimatisierung ohne den Verbrennungsmotor antreiben zu können, gibt es derzeit zwei technische Alternativen. Zum einen über einen rein elektrisch angetriebenen Kompressor und zum anderen der Antrieb über einen geeigneten Dieselgenerator.

Beide Systeme haben Nachteile: Während ein elektrisches System lokal emissions- und geräuschfrei arbeitet, ist es jedoch limitiert in seiner maximalen Kälteleistung und seiner maximalen Laufzeit, da die vorhandene Batterie in ihrer Kapazität begrenzt ist.

Wird die Standklimatisierung von einem eigens dafür vorgesehenen Dieselgenerator angetrieben, so löst man die Probleme einer knappen Laufzeit und zu geringer Kälteleistung, während jedoch Schadstoff-Emissionen, Kraftstoffverbrauch und Geräuschentwicklung deutlich steigen. Zudem ist der Wartungsaufwand solcher Aggregate erheblich.

Adsorptions-Standklimatisierung als Alternative

Die Stuttgarter setzen mit ihrer Adsorptions-Standklimatisierung auf ein gänzlich neues Funktionsprinzip ohne Notwendigkeit eines mechanischen Kompressorantriebs. Vielmehr kann man von einem thermischen Kompressor sprechen, da der kälteerzeugende Prozess mit Wärme angetrieben wird. Diese kann idealerweise vom ohnehin vorhandenen Kraftstoff-Kabinenheizer bereitgestellt werden.

In einem abgeschlossenen Zylinder verdampft das natürliche Kältemittel Methanol und kühlt dabei ein Kühlmittel auf circa 5 °C ab, das anschließend zur Kabinenklimatisierung genutzt wird. Es adsorbiert dabei in einer Aktivkohleschicht und erwärmt diese auf circa 40 °C (Abwärme). Dieser Nutzprozess läuft bis zur Adsorption des gesamten Methanols von selbst ab, das heißt ohne externen Antrieb. Im anschließenden Regenerationsprozess wird die Aktivkohle auf circa 110 °C (Antriebswärme) erhitzt und das Methanol dadurch ausgetrieben. Es kondensiert bei circa 40 °C. Der Prozess kann damit von vorne beginnen. Während dieser Regeneration übernimmt ein zweiter Zylinder im Wechsel die Klimatisierung.

Das Wechselspiel von Verdampfung und Adsorption sowie Kondensation und Desorption benötigt keinen Kompressor oder andere bewegte Komponenten, ist also äußerst verschleiß- und absolut geräuschfrei. Das eigentliche Adsorptions-System kann in einer Add-on-Box untergebracht werden und benötigt lediglich einen weiteren Wärmeübertrager, beispielsweise an der Kabinen-Außenwand, über den die Prozesswärme auf knapp über Umgebungstemperaturniveau abgeführt wird. Im Vergleich zu einer elektrischen, kompressorbasierten Lösung zeigt die Adsorptions-basierte Standklimatisierung:

  • ·        

    eine deutlich höhere Maximalleistung unter Extrembedingungen (+37 % bei 43 °C und starker Sonneneinstrahlung)
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    eine deutlich längere Laufzeit unter Extrembedingungen (+65 %)
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    eine noch längere Laufzeit im Teillastbetrieb (+180 %, 30 °C, bewölkter Himmel oder Nachts)

Doch auch im Vergleich zu Systemen mit von fossilem Kraftstoff-betriebenen Generator zeigen sich folgende Vorteile:

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    weniger Kraftstoffverbrauch:–50 %
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    deutlich leiser
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    wesentlich komfortabler (keine Vibrationen)
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    höhere Wartungsfreundlichkeit
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1. Hybrid- und Brennstoffzellenantriebe für Nutzfahrzeuge
2. Brennstoffzellenantriebe — attraktiv für die Langstrecke
3. Energie aus Abwärme nutzen und motorunabhängige Klimatisierung

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