Die Zeit dürfte reif sein, Bagger mit Klarwasserhydraulik statt mit Ölhydraulik zu betreiben.

Wenn bei Forstmaschinen im Wald Öl austritt, dann ist der Betreiber verpflichtet das der Forstbehörde zu melden und für die Enfernung des kontaminierten Erdreiches zu sorgen. Das gilt auch für Bioöle. Das ist uns bekannt weil dieses Problem unsere Wettbewerber für Holzspalter haben aber nicht wir. Im Tiefbau dürften ähnliche Vorschriftgen gelten, ob man sich daran hält dürfte weniger der Fall sein, man hat ja einen Bagger womit man alles unterbaggern kann.

Gebaggert wird auch in Wasserschutzgebieten und dort sind die Regeln strenger. Auch wenn Bioöl verwendet wird, wird der Aktionsradius immer enger, neuerdings Richtung Null.

Textkopie aus: https://www.autoservicepraxis.de/nachrichten/kfz-werkstatt/alles-bio-oder-was-2535385

"Das Bundeskabinett hat am 26. Februar der neuen Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV) zugestimmt. Stimmt der Bundesrat zu, wird die AwSV noch dieses Jahr auf Bundesebene in Kraft treten. Alle Betriebe, die bisher die Anforderungen ihrer Bundesländer erfüllen mussten, fallen unter die neue Regelung."

Damit durch eine Havarie nicht Diesel ausläuft, betreibt man Bagger neuerdings mit Strom. Trotzdem, Ölhydraulik bleibt das Sorgenkind. Was nicht bekannt ist oder nicht bekannt sein darf: Die Ölhydraulik der Baggern durch Klarwasserhydraulik zu ersetzen würde einige Vorteile bringen, nicht nur umweltbezogen sondern auch technische. Auf Grund der Dünnflüssigkeit braucht Klarwasserhydraulik weiniger Energie als Ölhydraulik und das bedeutet längere Betriebszeit  pro Ladung bei E-Baggern. 

Der Klarwasserhydraulik wird generell das Gefrieren als Problem angelastet. Aber auch Batterien  sind empfindlich gegen Kälte und müssen, um auf Leistung zu kommen aufgewärmt werden. Bei Wasser ist es einfacher. Hat der Bagger seine Schicht getan, dann kann man das Wasser einfach auslaufen lassen. Wasserpumpen saugen nicht nur Wasser an, sondern auch Luft. So kann man Luft in den Wasserkreislauf pumpen. Zusätzlich können Ventile und Leitungen geöffnet werden. Ist der Bagger in Betrieb, dann gefriert das Wasser nicht. Ölhydraulik hat bei tiefen Temperaturen das Problem der Dickflüssigkeit des Öls und um es in der Maschine kreisen zu lassen bedarf es eines höheren Energieaufwandes. Öle leiden weiterhin bei großen Temperaturunterschieden im Herbst. Im Öltank bildet sich Kondenswasser und so entstehen Säuren die an Metallen knabbern.

Frostschutzmittel auf Glykolbasis,  auch wenn sie als biologisch abbaubar angepriesen werden, sind nur bedingt öko  und der Abbau ist nicht immer gegeben. Die Entsorgung über den Abwasserkanal muss zuvor von den Wasserwerken erlaubt werden und ist nicht immer gegeben. Das wird schon seine Gründe haben. Eine Möglichkeit besteht in der Beimengung von Thermera, es handelt sich um ein Abfallprodukt der Zuckerindustrie.  Im Handel ist es mit einer Beimengung von Korrosionsschutz, was bei der von uns propagierten Klarwasserhydraulik nicht erforderlich ist. Man müsste nach purem Thermera nachfragen.

 

Forschung um die Ölhydraulik durch Klarwasserhydraulik zu ersetzen ist bereits angelaufen.

Ein großer Wettbewerber von Liebherr und  Wacker Neuson ist Caterpillar, in Deutschland vertreten durch den Konzern https://www.zeppelin.com/de-de/cat/

Zeppelin sponsert bereits einen Minibagger mit Klarwasserhydraulik:

https://www.baublatt.de/startseite/bagger-vision-der-zukunft/

https://www.ravensburg.dhbw.de/dhbw-ravensburg/aktuelles/detail/2019/4/hier-wird-wasser-zu-oel

Laut Beschreibung und dem Foto des Baggers ist  unser Eindruck das Leichtbau und Steuerung durch Handbewegung Priorität hatte und Wasserhydraulik eher als Werbeeffekt eingebaut wurde.  Als dieser Bagger geplant wurde waren wir im Internet unter den Suchbegriff Klarwasserhydraulik nicht zu übersehen und hätten so brauchbare und langlebige Klarwasserhydraulik  anbieten können. Schade, wir wurden aber nicht kontaktiert.

Auch in den USA experimentiert man mit Klarwasserhydraulik, auch wenn nicht mit Baggern, aber immerhin.

 

https://www.purdue.edu/uns/html4ever/010919.Krutz.mower.html.

Studie über den Einsatz der Klarwasserhydraulik an willkürlich gewählte Bagger.

Willkürlich wählen wir den 803 dual power von Wacker Neuson. Er gilt als innovativ.  und auch den  italienischen Minibagger Der Minibagger 12 ZT von Eurocomach - bd baumaschinendienst

Was wäre wenn beide mit   Klarwasserhydraulik statt mit Ölhydraulik betrieben würden?

So gehen wir auf den Ersatz der einzelnen Komponenten wie Antrieb, Ventile, Zylinder, Motoren und restliche Komponenten ein.

 

 

 

Wasserhydraulische Pumpe an Stelle der ölhydraulischen Pumpe.

Laut technischen Angaben hat der Motor von  Yanmar  3TNV70 9,6 kW und die Förderleistung der Zahnradpumpe bringt 170 bar und 10,7 l/min Förderleistung. Laut kW müssten der Druck und die Förderleistung höher sein. So dürfte zusätzlich noch etwas anderes angetrieben werden.

Die Auswahl von Hochdruckreinigern mit  ähnlicher Leistung oder auch darüber oder darunter ist sehr groß, da bleibt kein Wunsch offen. Der technische Vorteil  aller Hochdruckreiniger ergibt sich durch den Einsatz von Kolbenpumpen, während ölhydraulische Aggregate Zahnradpumpen verwenden.

 Zahnradpumpen haben teilweise einen schlechteren Wirkungsgrad als Kolbenpumpen denn  die Zahnräder in den Gehäusen der Zahnradpumpen müssen wenn auch nur einen geringen Schlupf haben und etwas Öl rinnt immer zurück.

So kommen wir zum Schluss: Als Antrieb würde ein handelsüblicher Hochdruckreiniger den ölhydraulischen Antrieb ersetzten.

Genau so gut kann ein handelsüblicher und leistungsgleicher Hochdruckreiniger das ölhydraulische Aggregat ersetzten das als technische Neuheit in 12 m Entfernung laufen kann.

Zum Beispiel immer aus dem Hause Comet das Modell K 1251 TS 21/250 mit 8,8 kW Motor, bringt 210 bar und 21 l/min.

 

Das deckt sich mit den technischen Angaben des  803 dual power. Zur Wahl steht ein  E-Motor mit  einer Leistung von 9 kW. Die Pumpe leistet 210 bar und fördert 20 l/ min. 

Welchen Vorteil hätte nun genannter Bagger würde er mit Klarwasserhydraulik betrieben?

Es ergibt sich ein kaufmännischer Vorteil wenn ein Hochdruckreiniger das ölhydraulische Aggregat ersetzt. Hochdruckreiniger werden in großen Mengen produziert und haben so auch einen entsprechend niedrigen Preis.

 

Trotz der dünneren und preiswerteren Druckschläuche der Klarwasserhydraulik könnte der Aktionsradius auch über 30 m statt der angegebenen 12 m betragen.

Weiterhin besteht beim ölhydraulischen Schlauch immer die Gefahr einer Havarie wenn zum Beispiele ein weiterer Bagger versehentlich darüber fährt oder ein großer Stein mit Wucht darauf fällt.

Hochdruckreiniger kann man im Tiefbau zusätzlich  immer gut gebrauchen und es kann sich ergeben das der Kunde bereits einen hat.

Gibt es für größere Bagger auch stärkere Hochdruckreiniger im Handel? Zur Genüge und das bis zu einigen 1000 kW ob mit E-Motor oder mit Dieselmotor, kommen in den USA beim Fracking zum Einsatz und werden sicher in großen Mengen produziert und dürften deshalb günstig sein.

Stufenlose Pumpe ?

Nicht immer ist beim Baggern volle Kraft gefragt. immer aber höchste Arbeitsgeschwindigkeit. Wenn nun zart der Boden abgetragen werden muss, dann wäre eine  stufenlose Pumpe von Vorteil. Sie reduziert den Druck und erhöht die Förderleistung und so die Arbeitsgeschwindigkeit oder hält die gewohnte Arbeitsgeschwindigkeit auch wenn der Motor auf Standgas. Eine Lösung  bietet sich mit zwei  Zahnradpumpen Mini-escavatore 14SR | Eurocomach Machines (sampierana.com) 

Den Prospekt gibt es nur in italienischer Sprache. Zwei Zahnradpumpen  erlauben sei es kraftvolles, sei es schnelles arbeiten. brochure-eurocomach-12-14-ton-it.pdf (sampierana.com)

Während beim Italiener in den technischen Angaben ganz klar geschrieben steht das zwei Zahnradpumpen als Ölpumpe dienen, wird dies vom 803 Modell von Wacker Neuson nicht klar erwähnt. Jedenfalls wird finden nicht die entsprechende Stelle. Wir vermuten das dem So ist, jedenfalls beim Antrieb mit Dieselmotor, weniger beim E-Aggregat.

Die Lösung mit zwei Pumpen ist natürlich genau so gut mit Hochdruckreinigerpumpen möglich. 

Der Markt für Ölhydraulik bietet eine Fülle von stufenlos Pumpen. Die Lösung mit zwei Pumpen dürfte ökonomischer Natur sein.

Anders ist es bei der Klarwasserhydraulik. Es gibt keine stufenlose Pumpen im Angebot. Also dort ist die Lösung mit zwei Pumpen notwendig.

Das sagt aber nicht das es technisch nicht machbar wäre, und stufenlose Pumpen wären sich eine elegantere Lösung.

 Vor c.a 10 Jahren haben wir ein diesbezügliches Patent angemeldet aber dann bald fallen gelassen,die Zeit war noch nicht reif dafür:

Dazu das Video zur Funktionsweise: https://www.youtube.com/watch?v=k8azJmw_fII

Erweiterte Pumpe mit Selbstregulierung zwischen Druck und Förderleistung: https://www.youtube.com/watch?v=zCYIsgD2MFU

Auch andere bemühen sich für stufenlose Kolbenpumpen:

https://www.youtube.com/watch?v=SEJRFPXAtLU

So gibt es noch weitere technische Lösungen. Eine sehr einfache und kostengünstige Lösung haben wir im Programm, diesmal erfolgt die Patentanmeldung erst wenn sich ein Markt ergibt und die Klarwasserhydraulik endlich salonfähig wird.

 

 

Ventile.

Also bezüglich Antrieb ist die Klarwasserhydraulik gegenüber  der Ölhydraulik  nicht im Nachteil, wir sagen im Vorteil und das nicht nur aus Umweltgründen sondern auch rein technisch und ökonomisch gesehen.

Nun zu den Ventilen. Dort hat man das Problem das der Markt kaum Brauchbares bietet, dies um nicht zu sagen es gibt nichts Einbaufertiges. Sonderanfertigungen  sprengen den finanziellen Rahmen. Dies einfach weil Unternehmen, die Klarwasserhydraulik anbieten alles aus rostfreiem Edelstahl fertigen. Seit der Jahrtausendwende fertigen wir hingegen die Komponenten der Fluidik unsere Holzspalter und Schmiedepressen aus  Aluminium, etwas  Kunststoff und am Ende auch etwas rostfreier Stahl ist auch dabei. Diese Ventile haben sich immer bestens bewährt und Bewährtes kann man belassen. Zudem sind unsere Ventile geometrisch sehr einfache Teile und so in der Fertigung günstig. So war es für uns ein Leichtes mit den Bauteilen die wir teils lagernd halten en Dreiwegeventil einbaufertig für Bagger als Muster zu fertigen. Ventil im Bild ist ein 3- Wegeventil  in Blockbauweise und so können mehrere Ventile eine einbaufertige Einheit bilden. Allerdings was wir gemacht haben ist nicht mehr zeitgemäß, Heute werden Maschinen mittels Joystick bedient. Entsprechende Entwicklung erfolgt nur wenn sich der Markt für die Klarwasserhydraulik öffnet.

 

 

Weitere Möglichkeit der Steuerung.

Das Innenleben der Pistolen der Sprühlanzen der Hochdruckreiniger sind bereits Zwei-Wegeventile und kosten eine Bagatelle. Und mit mehreren Zwei-Wegeventilen kann man Drei-Wege und so weiter  Ventile machen.

Die Studenten von Ravensburg haben  bereits die Steuerung  per Handbewegung gelöst. Die würden sicher kein Geheimnis daraus machen, im Gegenzug wir mit unserer Klarwasserhydraulik auch nicht.

Weiterhin, Proportionalventile geeignet für Joystick gibt es bereits zu kaufen; Microsoft Word - 223-17.docx (wasser-hydraulik.de)

 

 

Motoren.

Bagger müssen natürlich auch bewegt werden, und dazu braucht es schlichtweg Motoren.  Brauchbare Motoren sind bereits im Handel.280 bar vertragen folgende Motoren und sind stark genug um die Raupen des Baggers anzutreiben.

www.didek.de/datenblaetter/dp01028_sm_motoren.pdf

Das ist der mir bekannte Stand der Technik. Weiterentwicklung dürfen sich ergeben wenn die Klarwasserhydraulik endlich salonfähig wird.. Auch   hier wollen wir patenfähige Lösungen anbieten, ja, wie gesagt, wenn sich dafür der Markt öffnet. Unser Lösung beinhaltet die Möglichkeit des ungefilterten Wassers.

Zylinder:

Sei es bei unseren Holzspaltern sei es bei unseren Pressen haben sich Zylinder aus Baustahl mit eingezogenem Inles aus rostfreiem Edelstahl bestens bewährt. So auch Kolben und Zylinderenden aus Aluminium. Sieht man sich generell die Zylinder bei Baggern an, dann  sind sie keiner Knickbelastung ausgesetzt und und das vereinfacht die Gleitelemente bei Kolben und Kolbenstangenführung und verlangt keine besondere Vorkehrung wenn nun Wasser statt Öl die Zylinder antreibt. Rostfreie Inles in den Zylindern und rostfreie Kolbenstangen eventuell nur mit rostfreier Ummantelung machen die Zylinder teurer gegenüber ölhydraulischen Zylindern. Der Preis hängt natürlich von der Menge ab und welche Fertigungsverfahren zur Anwendung kommen. Wenn am Ende nur der Preisunterschied der eingesetzten Materialen zählt dann dürften die Mehrkosten der klarwasserhydraulischen Zylinder vertretbar sein, zumal die Klarwasserhydraulik bei anderen Komponenten, wie in Folge beschrieben, eine Einsparung bringt.

Weitere vorteilhafte Komponenten der Klarwasserhydraulik.

Der Ölbehälter muss ein dicht geschweißter Stahlbehälter sein, kleiner Behälter gibt es auch aus Aluminium.  Eine Preisfrage. Jedenfalls weit höher als ein Kunststoffbehälter aus dem Baumarkt. Ölhydraulik braucht Filter die regelmäßig ausgetauscht werden müssen.  Klarwasserhydraulik braucht keine Filter, Schmutzteile schwimmen entweder oben auf oder sacken zum Boden ab. Und weil Wasser Energie viel leichter aufnimmt und abgibt braucht es keinen Kühler mit Gebläse, bei Ölhydraulik ein weiterer Energieverlust und Kostenpunkt.

Laut Handbuch müssen die Hydraulikschläuche alle 6 Jahre ab Herstellerdatum auswechseln, auch wenn sie keine erkennbaren Mängel aufweisen. 

Wartung - Wacker Neuson 803 Betriebsanleitung [Seite 137] | ManualsLib

Auf Grund der vielen Schläuche kann dies dem Besitzer des Baggers eine Menge Geld kosten. Muss zudem von  einem Fachbetrieb vorgenommen werden denn kaum wird an den Anschlüssen gedreht kommt Öl entgegen. Kosten ergeben sich auch weil der Bagger eventuell über einen Tag nicht im Einsatz ist. Schläuche für Hochdruckreiniger haben kein Verfallsdatum, brauchen keine weitere Ummantelung und sind dünner, also kostengünstiger.

 

 Weiterhin aus dem Handbuch:

Wir verweisen in diesem Zusammenhang auf die „Sicherheitsregeln für Hydraulikleitungen", herausgegeben von der Zentralstelle für Unfallverhütung und Arbeitsmedizin, sowie auf die DIN 20066, Tl. 5

Hydraulik-Druckleitungen Prüfen - Wacker Neuson 803 Betriebsanleitung [Seite 155] | ManualsLib

Das interessiert die Klarwasserhyddraulik nicht.

Nicht gefunden haben wir im Handbuch ob der Bagger bei Minustemperaturen über 2.000 Meereshöhe eingesetzt werden kann.

Einige Handbücher von unseren Wettbewerbern für Holzspalter und Schmiedepressen lassen einen Betreib der Maschinen nur bis zu 1.000 m Meereshöhe und nicht bei Kälte unter 4 Grad Plus. Sie haben richtig gelesen, also plus.

Dies lässt sich erklären denn bei tiefen Temperaturen ist das Hydrauliköl dickflüssig und über 1.000 m fehlt Luftdruck damit die Zahnradpumpe das Öl ansaugen kann.

Hydraulikhammer.

Es ist von uns Spekulation: Es könnte sein das ein Hydraulikhammer mit Wasser besser funktioniert. Dies auf Grund weil Wasser wesentlich starrer als Öl ist, also nicht federt, schneller fließ und Ventile schnell reagieren können. Rückschlagventile bei Hochdruckreinigern funktionieren einwandfrei auch bei 3.600 U/min des Benzinmotors und saugen sogar das Wasser als über einem m Tiefe.

Erklärung zusätzlich zur Dünnflüssigkeit des Wassers: Bei gleicher Durchflussmenge können klarwasserhydraulische Ventile wesentlich kleiner ausfallen und so muss weniger Masse bewegt werden.