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Bessere Aerodynamik für Lkw

(c) Clemens Fabry
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Fahrzeugtechnik. Neue EU-Gesetze machen CO2- und Kraftstoffeinsparung auf Europas Straßen erforderlich. Grazer Forscher haben eine variable Lkw-Aufbaugeometrie entwickelt. Das senkt den Luftwiderstand und damit auch die Kosten.

Auf Lkw-Hersteller und Spediteure rollen schwere Zeiten heran: Ab 2017 werden CO2-Einsparungsmaßnahmen von Nutzfahrzeugen massiv verschärft. Wie sich Co2 und Treibstoff sparen lassen, hat sich bisher in einem engen Rahmen aus gesetzlichen Designvorgaben von Sattelschleppern und der Vorgabe nach maximaler Transportkapazität bewegt.

„So ergab sich im Lauf der Zeit eine ziegelförmige Nutzfahrzeugform, um das maximale Ladevolumen zu erreichen“, sagt Mario Hirz vom Institut für Fahrzeugtechnik an der TU Graz. Diese starre Form ist aber mit erheblichen Nachteilen verbunden: Der Luftwiderstand ist eine enorme Größe im Bereich des Kraftstoffverbrauchs, der bei Speditionen bis zu 40 Prozent der Transportkosten ausmacht.

Denn: Je geschmeidiger und windschnittiger ein Fahrzeug durch den Fahrtwind gleitet, desto weniger Kraft muss es aufwenden. „Nach dem Rollwiderstand mit dem Faktor 45 Prozent ist der Luftwiderstand jene Größe, bei der sich Einsparungen vornehmen lassen“, so Hirz.

 

Am Heck bilden sich Wirbel

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Aerodynamik eines Nutzfahrzeugs zu verbessern. Neben der Zugmaschinenfront, die von Herstellern bereits so optimal wie möglich gestaltet wurde, spielen die Durchströmung der Motorluft durch die Fahrzeugfront sowie der Luftwiderstand entlang des Fahrzeugbodens, der Seiten oder des Anhängerdaches eine Rolle. „Was bisher oft vergessen wurde, ist das Heck des Lastenanhängers. Hier kommt es zu Wirbelbildungen. Diese Turbulenzen verursachen einen Unterdruck, der das Fahrzeug quasi nach hinten zieht.“

Der Lösung, das Heck zu verlängern, steht die europaweit zulässige Gesamtlänge eines 40-Tonnen-Sattelzuges von 16,5 Metern entgegen. Solche Gigaliner, wie sie auf den Straßen Amerikas fahren, sind mit der Ausnahme von Finnland und Schweden in Europa aufgrund ihres Wendekreises, der dafür nicht ausgelegten Straßeninfrastruktur und daher nachteiligen Verkehrssicherheit nicht zulässig.

Da die EWG-Gesetzgebung sich gegenüber neuen Lkw-Designs aufgeschlossener zeigte, kamen die Forscher auf die Idee, die Hälfte des Hecks eines Aufliegers abzusenken – und damit auch den Widerstand. Hirz berichtet, dass die Aufbaugeometrie TruckAero im Jahr 2011 bereits erfolgreich zum Patent angemeldet werden konnte.

 

Fünf Prozent weniger Sprit

Mit der Absenkung kommt es jedoch zu einem kleineren Transportvolumen der Trailer. „Im Vorfeld haben wir unter anderem eine Studie des Bundesverbandes Güterkraftverkehr Logistik und Entsorgung aus Deutschland zurate gezogen, um herauszufinden, wie viel Prozent der Fahrten das tatsächliche Gesamtvolumen benötigen“, so Hirz. Mit dem Ergebnis, dass bei 70 Prozent der Fahrten auf einen großen Teil des Ladevolumens verzichten werden kann. Falls das gesamte Volumen benötigt wird, ist der Aufbau variabel konstruiert.

Die Forscher haben dazu eine Absenkmechanik geschaffen: Jeder Auflieger hat vier sogenannte Seitenrungen, also Steher, an denen ein Metallgerüst angebracht ist, mit dem das Dach und die Lkw-Plane verbunden sind. Die hinteren zwei Steher sind mit einer Absenkhydraulik ausgestattet, die mit dem Luftdrucksystem des Lkw verbunden ist. Die hintere Hälfte des Hecks lässt sich um 75 Zentimeter senken. Die gesamte Ladefläche sowie der Zugang zur Laderampe bleiben erhalten.

„Die Einbußen des Volumens betragen lediglich drei bis fünf Prozent“, so Hirz. Mittels 3-D-Strömungssimulation konnten die Forscher ein Einsparungspotenzial hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs von fünf Prozent ermitteln.

Rechnet man diese Zahl auf den Praxiseinsatz eines Sattelzugs im Straßenverkehr um, bedeutet das eine Verbrauchsreduktion von zwei Litern pro hundert Kilometern.

Der besondere Charme des Projektes liegt laut Hirz darin, dass jeder bestehende Anhänger ohne aufwendige und teure Änderungen mit dem System adaptiert werden kann. „Wir haben vor Kurzem sogar eine sicherheitsrelevante XL-Typisierung erhalten.“

Laut Forschern lasse sich die Aufbaugeometrie auch für andere Fahrzeugtypen anwenden. „Gerade im Frächterverkehr ist das System besonders sinnvoll, da Lkw im Ferngüterverkehr über sehr große Distanzen mit einer Geschwindigkeit von im Schnitt 80 bis 88 Kilometern pro Stunde bewegt werden“, so Hirz. Im Rahmen des vom Technologieministerium geförderten Projekts wurde ein Prototyp gebaut, mit dem die Forscher eine genaue Aussage bezüglich der Kraftstoffersparnis durch Messfahrten auf der Straße „erfahren“.

Als nächster Schritt soll das Aufliegersystem kommerzialisiert werden. „Wir haben bereits eine Wirtschaftlichkeitsrechnung durchgeführt“, so Hirz. Danach soll sich die Technologie bereits nach der Hälfte der Lebenszeit eines Aufliegers rentieren, also nach rund einer Million Kilometern.

 

Weltweit Kosten sparen

Das Anhängersystem könne zur CO2- und Kraftstoffressourceneinsparung und einer damit verbundenen Senkung der Betriebskosten von großen Flottenbetreibern auf der ganzen Welt beitragen, so der Forscher. Bislang fokussiert die Technologie hauptsächlich auf Sattelanhänger. Nach jüngsten Zahlen könnten in Österreich über 20.000 Sattelanhänger, in Deutschland um die 53.000, mit dem System ausgestattet werden. In anderen EU-Ländern kommen Anhängertypen wie Hängerzüge oder Lkw-Aufbauten hinzu.

Wann das System zur Marktreife gelangt, können die Forscher noch nicht beantworten. Hirz: „Wir möchten mit dem Projekt einerseits zur nachhaltigeren Gütermobilität beitragen und andererseits neue Angebotsschwerpunkte für Frachtunternehmen definieren.“ Welche neuen Dienstleistungsfelder – Stichwort Schwerlastverkehr – sich dadurch eröffnen, wird sich noch zeigen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 26.09.2015)