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RUßPARTIKELFILTER

RUßPARTIKELFILTER
Neben den Luftschadstoffen Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide entstehen bei Dieselmotoren während der Verbrennungsprozesse auch so genannte Partikel. Diese bestehen meist aus kleinen Kohlenstoffkernen, umgeben von angelagerten Kohlenwasserstoffen.

Dieselmotoren emittieren Partikel verschiedenster Größen. Die mittlere Größe dieser Partikel beträgt jedoch nur etwa 100 Nanometer (nm) - ein nm entspricht einem Milliardstel eines Meters. Zum Vergleich: Diesel-Partikel sind damit etwa 100 bis 600 mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die Sichtbarkeitsgrenze für das menschliche Auge liegt bei etwa 400 nm. Die meisten Partikel, die ein Dieselmotor emittiert (mehrere 100 Mrd. Partikel pro gefahrenem Kilometer), können also vom Menschen mit den Augen gar nicht wahrgenommen werden. Der Mensch hat zwar im Laufe der Evolution gelernt, mit Staub jeglicher Art umzugehen, diese so genannten ultrafeinen Partikel kommen in der Natur jedoch nicht vor. Hier versagen deshalb auch die natürlichen Abwehrmechanismen des Menschen (Nasenhärchen, Schleimhäute in der Nase und im oberen Rachenraum usw.). Diese ultrafeinen Partikel können nicht mehr erkannt und zurückgehalten werden und dringen tief bis in die kleinsten Verästelungen der Lunge ein. Dort können sie sich festsetzen, zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen und u. a. durch Mikroverletzungen auch krebserregend wirken.

Nach Angaben der EU-Kommission sterben in Europa jährlich 350.000 Bürger an den Folgen von Feinstaub mit einem Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer (PM 2,5). Statistisch betrachtet endet das Leben jedes Europäers wegen der Feinstaubbelastung neun Monate früher (Quelle: http://www.euractiv.com/de/umwelt/ eu-feinstaubrichtlinie-schwebe/article-159080). Trotz enormer Fortschritte in der Technik ist es jedoch bis heute nicht gelungen, diese ultrafeinen Partikel noch innerhalb des Motors zu beseitigen. Die einzige praktikable Möglichkeit ist deshalb die Anwendung eines Partikelfilters im Abgasstrang. Das eigentliche Herausfiltrieren der Partikel aus dem Abgas ist problemlos möglich. Doch wie bei einem Staubsauger ist der Auffangbehälter irgendwann einmal voll und muss geleert oder ausgetauscht werden. Beim Kraftfahrzeug macht sich ein voller Filter so bemerkbar, dass der so genannte Abgasgegendruck und damit der Kraftstoffverbrauch ansteigen. Am Ende bleibt das Fahrzeug einfach stehen, weil der Motor abstirbt und nicht mehr anspringen will.

Das eigentliche Problem eines Partikelfiltersystems besteht also nicht in der Filtrierung, sondern darin, den angesammelten Ruß in gewissen Zeitabständen zu entsorgen, den Filter zu „regenerieren“. Dies geschieht durch dessen Verbrennung. Ein Katalysator nutzt die Wärme der Abgase aus, um die nötigen chemischen Reaktionen ablaufen zu lassen. Auch Ruß kann oxidieren, d. h. in diesem Fall verbrannt werden. Allerdings erst bei Abgastemperaturen von mindestens 600° C. Diese Temperaturen werden bei Dieselmotoren aber im normalen Betrieb nicht erreicht. Daher mussten Methoden gefunden werden, die entweder die Abgastemperatur erhöhen oder die Zündtemperatur der Partikel senken, wenn die Sensoren der Motorelektronik anzeigen, dass der Filter voll („beladen“) ist.


Partikelfiltersysteme für die Nachrüstung
Alleine in Deutschland waren zum Stichtag 1. Januar 2006 laut Statistiken des Kraftfahrzeugbundesamts ("Publikationen - Statistiken des Kraftfahrzeugbundesamts, ´Jahresband: Bestand an Kraftfahrzeugen und Kraftfahrzeuganhängern am 1. Januar eines Jahres´, Reihe 2", Stand 2006) mehr als 10 Millionen Diesel-Pkw im Bestand. Davon haben schätzungsweise 9 Millionen keinen Partikelfilter ab Werk eingebaut.

Die Nachrüstung eines geschlossenen Systems mit einer aktiven Regeneration wie in der Erstausrüstung ab Werk ist teilweise technisch gar nicht möglich, in jedem Fall aber mit einem derartigen Aufwand verbunden, dass das Nachrüstsystem wirtschaftlich nicht darstellbar ist. Für die Nachrüstung mussten deshalb andere Lösungen gefunden werden, die einfach, unkompliziert, preiswert und betriebssicher sind. TWINTEC hat sich deshalb frühzeitig für einen Weg entschieden, den mittlerweile nahezu alle Mitbewerber im Bereich der Pkw-Nachrüstung gehen: ein so genanntes „offenes System mit passiver Regeneration“, das nicht mit der Sensorik des Motormanagementsystems abgestimmt werden muss.


Technische Details
Bei der passiven Regeneration wird der Umstand ausgenutzt, dass ein Teil des im Abgas ohnehin vorhandenen Stickstoffmonoxids (NO) an katalytisch beschichteten Oberflächen, also an einem Katalysator oder einem beschichteten Filterelement zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert. Dieses NO2 reagiert bereits ab Temperaturen von ca. 200° C mit Rußpartikeln. Der Ruß oxidiert und das NO2 wieder zu Stickstoffmonoxid (NO) reduziert. Allerdings reicht das zur Verfügung stehende NO2 bei weitem nicht aus, sämtliche Rußpartikel, die der Motor ausstößt, zu verbrennen. Das Filtersystem würde also nach wenigen hundert Kilometern verstopfen, da mehr Rußpartikel angesammelt werden als über NO2 regeneriert werden können.

Deshalb setzt TWINTEC mit dem TWINTEC-Rußfilterkat ein System ein, welches jeweils nur so viele Partikel im Filtersystem zurückhält, wie auch über NO2 regeneriert werden können. Es basiert auf dem in der Erstausrüstung eingesetzten Metallträger PM-Metalit® von Emitec und wird in vielen von TWINTEC angebotenden Nachrüstlösungen mit einem Oxidationskatalysator mit hauseigener INTERKAT-Beschichtung kombiniert.



Aufbau
Der Emitec-Metallträger ist grundsätzlich ähnlich einem klassischen Metall-Katalysatorträger aufgebaut. Um jedoch den Unterschied zu erklären, muss man ins Detail gehen: Die sonst übliche so genannte Glattlage ist durch ein Sinter-metall-vlies ersetzt. Die gewellte Lage weist schaufelförmige Einschnitte auf, durch die ein Teil des Abgasstroms in Richtung des Vlieses abgelenkt wird. Die im Abgasstrom mitgeführten Partikel werden zum Teil am Sintermetallvlies gefiltert (abgeschieden). Das System arbeitet damit im Gleichgewicht zwischen Partikelfiltration und Regeneration.





Gesetzgebung
Trotz erheblicher Fortschritte in der Verringerung der Emissionen (Schadstoffausstoß) aus Verbrennungsmotoren in den letzten beiden Jahrzehnten infolge verringerter Motorrohemissionen und wirkungsvolleren Abgasnachbehandlungssystemen gelingt es insbesondere den großen Ballungsgebieten der Welt nur ungenügend, geltende Immissionsgrenzwerte (Schadstoffeinwirkung) wie die der EU einzuhalten. Gründe hierfür sind u. a. der beständig ansteigende Motorisierungsgrad und steigende Fahrleistungen. Der Schadstoffausstoß muss in allen Industrienationen weiter erheblich gesenkt werden. Entsprechend wurden in vielen Ballungsräumen der Erde hierfür z. T. sehr unterschiedliche Gesetze verabschiedet. Jedoch gelten die strengen Emissionsgrenzwerte immer nur für den verhältnismäßig geringen Anteil der neu in den Verkehr kommenden Kraftfahrzeuge und Maschinen. Das alleine reicht meistens nicht aus, um die regional vorgegebenen Immissionsgrenzwerte einzuhalten. Den weit größeren Effekt könnte die Auf- oder Nachrüstung der Bestandfahrzeuge und -Maschinen mit modernen Abgasnachbehandlungssystemen auf den höchstmöglichen Standard erzielen. In Deutschland werden beispielsweise Pkw emissionsabhängig besteuert. Je höher der Schadstoffausstoß, desto höher ist die zu entrichtende Kraftfahrzeugsteuer („Kfz-Steuer“). Die Nachrüstung mit emissionsmindernden Systemen wird also mit zum Teil erheblich niedrigeren Steuersätzen belohnt. Wie in anderen Teilen der Erde werden auch in der EU aktuell Partikelemissionen von Dieselmotoren sehr kritisch diskutiert. Zur Einhaltung der so genannten PM10-Grenzwerte der EU-Luftqualitiätsrichtlinie bereiten einige EU-Länder derzeit Programme zur Nachrüstung von Kraftfahrzeugen mit Diesel-Partikelminderungssystemen vor bzw. sind diese bereits in Kraft getreten. Damit verbunden werden finanzielle Anreize und/oder Benutzervorteile (z.B. Ausnahme von Fahrbeschränkungen/-verboten). Nachfolgend werden einige dieser Regelungen beschrieben.

EU
Seit dem 1. Januar 2005 gilt die so genannte EU-Luftqualitätsrichtlinie 1999/30/EG, die bestimmte Imissionsgrenzwerte, u.a. für Feinstäube festlegt. Der Grenzwert für Feinstaub (PM 10), z. B. in Form von Rußpartikel-Emissionen aus Diesel-Motoren, beträgt 50µg/m3 als Tagesmittelwert und darf ab 2005 an max. 30 Tagen im Jahr überschritten werden. 2006 wurde in Deutschland laut Umweltbundesamt in vielen Kommunen der PM-10-Grenzwert an mehr als 100 Tagen überschritten.


Rangliste Feinstaub

Die Feinstaubimissionen, z. B. durch Rußpartikel aus Diesel-Motoren, sind bezüglich des regionalen Aufkommens stark von den jeweiligen metereologischen Bedingungen abhängig und lassen sich nicht immer mit starken Belastungen nur den regionalen bzw. industriellen Ballungszentren zuordnen. Das hat Folgen für alle betroffenen Regionen: Bei Überschreitung des Grenzwertes an mehr als 30 Tagen sind zwingend Gegenmaßnahmen einzuleiten (Erstellung eines Luftreinhalteplans). Ansonsten drohen Sanktionen - sei es in der Form, dass Einwohner gerichtlich das Ergreifen von Gegenmaßnahmen durch die zuständige Kommune erzwingen können, oder dass Kommunen durch Bußgelder der EU hierzu angehalten werden können.

Bekannteste Gegenmaßnahmen dürften die bereits geplanten Fahrverbote/-beschränkungen sein. Denkbar wären auch City-Maut-Modelle (wie in London geplant) oder allgemeine Geschwindigkeitsbeschränkungen. Oder man fördert die Nachrüstung der Fahrzeuge mit moderner emissionsmindernder Abgastechnik, sei es durch direkte Zuschüsse oder steuerlich.


Deutschland

Verordnung zur Kennzeichnung emissionsarmer Kraftfahrzeuge („Plakettenverordnung“)


Das Bundeskabinett hat am 31. Mai 2006 die „Verordnung zur Kennzeichnung emissionsarmer Kraftfahrzeuge", die so genannte „Plakettenverordnung“ beschlossen. Diese tritt am 1. März 2007 in Kraft. Mit der Verordnung wird die Kennzeichnung von Kraftfahrzeugen nach der Höhe ihrer Partikelemission bundesweit einheitlich geregelt. Außerdem wurde ein Verkehrszeichen eingeführt, das die örtlichen Behörden zur Anordnung von Verkehrsbeschränkungen aufstellen können .

Plakette Rot
Gelb
Grün

Benzin (Fremdzündung) Pkw und Wohnmobile < 2,8 t 14,16,18-70,71 bis 75(1)
alle anderen 30-55, 60,61
Diesel (Selbstzündung) Pkw bzw. Fzg der Klasse M1 zusätzlich mit PMS* nachgerüstet auf Stufe PM 1: 14, 16, 18, 21, 22, 25-29, 34, 35, 40, 41, 71, 77 Stufe PM 1: 49-52
Stufe PM 2: 30, 31, 36, 37, 42, 44-48, 67-70
Stufe PM 3: 32, 33, 38, 39, 43, 53-66 und
Stufe PM 4
Pkw bzw. Fzg der Klasse M1 25-29,35,41,71 30, 31, 36, 37, 42, 44-52, 72 32, 33, 38, 39, 43, 53-70, 73-75
alle anderen 20, 21, 22, 33, 43, 53, 60, 61 34, 44, 54, 70, 71 35, 45, 55, 80, 81, 83, 84, 90, 91

Die Partikelemissionen aus Dieselmotoren tragen erheblich zur Feinstaubbelastung bei. Daher können zur Minderung für stark emittierende Fahrzeuge örtliche Fahrbeschränkungen unabweisbar sein. Durch Plaketten gekennzeichnete Kraftfahrzeuge können von solchen Beschränkungen, über die auf kommunaler Ebene entschieden wird, ganz oder teilweise ausgenommen werden. Gekennzeichnet werden Personenkraftwagen, Wohnmobile, Lastkraftwagen und Busse von Euro 2 bis Euro 4 (Pkw) und Euro 2 bis Euro 5 (Lkw, Busse) nach den von den Fahrzeugen eingehaltenen europäischen Grenzwertstufen. Durch die Nachrüstung der Fahrzeuge mit einem Diesel-Partikelminderungssystem können Fahrzeughalter die Eingruppierung in eine bessere Schadstoffgruppe erreichen. Die Plaketten erhalten je nach Schadstoffklasse unterschiedliche Farben (Rot – Gelb – Grün). Die bestmögliche Plakette, die vergeben wird, ist die so genannte Grüne Plakette mit der Schadstoffgruppe 4. Diese Plakette erhalten Fahrzeuge mit der Abgasnorm Euro 4 und beispielsweise die mit einem Diesel-Partikelminderungssystem wie dem TWINTEC-Rußfilterkat nachgerüstete Dieselfahrzeuge der Euro-3-Abgasnorm.

Ausgabestellen für die Plaketten sind neben den Kfz-Zulassungsstellen die Technischen Überwachungsvereine (TÜV) und über 30.000 zur Abgasuntersuchung zugelassene Werkstätten. Über den Erwerb der Plakette kann der Autofahrer selbst entscheiden. Wer allerdings in Zeiten einer Verkehrsbeschränkung in eine Umweltzone einfährt und dort ohne eine Plakette angetroffen wird, der muss mit einem Bußgeld und einem Punkt in Flensburg rechnen - unabhängig davon, ob das Fahrzeug einen Rußfilter hat. Denn der Überwachungsbeamte vor Ort kann und muss auch nicht in jedem Einzelfall den Halter/ Fahrer ermitteln, Einsicht in die Fahrzeugpapiere nehmen und die Schadstoffklasse feststellen. Das gilt im übrigen auch für Fahrzeuge mit Benzinmotoren.



Steuerliche Förderung der Nachrüstung von Pkw bis 3,5 Tonnen mit Diesel-Partikelminderungssystemen
Die (steuerliche) Förderung der Nachrüstung von Diesel-Pkw mit Diesel-Partikelminderungssystemen zur Reduzierung der Feinstaubemissionen war schon seit vielen Jahren Gegenstand der öffentlichen Diskussion in Deutschland. Da die Kraftfahrzeugsteuer jedoch in die Zuständigkeit der Bundesländer fällt, bedurfte es eines umfassenden Abstimmungsprozesses zwischen Bundesregierung und den Regierungen der 16 Bundesländer.

Das Bundeskabinett hat am 29. November 2006 die steuerliche Förderung der Nachrüstung von Diesel-Pkw mit Partikelminderungssystemen durch das „Vierte Gesetz zur Änderung des Kraftfahrzeugsteuergesetzes“ auf den Gesetzgebungsweg gebracht. Am 9. März 2007 hat der Bundesrat die Gesetzgebung für eine steuerliche Förderung mit Partikelminderungssystemen abschließend behandelt und damit tritt das Gesetz nun endgültig zum 1. April 2007 in Kraft . Das heißt im Klartext: Diesel-Pkw, die vor dem 1. Januar 2007 erstmals zugelassen und in der Zeit vom 1. Januar 2006 bis 31. Dezember 2009 mit wirksamer Partikelminderungstechnik nachgerüstet wurden bzw. werden, erhalten eine befristete Steuerbefreiung im Wert von 330 Euro.

Die Steuerbefreiung beginnt jeweils mit dem Tag, an dem die Voraussetzungen nachgewiesen werden. Nicht nachgerüstete Pkw mit Dieselmotor und erstmaliger Zulassung bis zum 31. Dezember 2006 sowie Neufahrzeuge, die den künftigen Euro-5-Norm-Partikelgrenzwert von 5 mg/km nicht einhalten, werden in der Zeit vom 1. April 2007 bis 31. März 2011, also für vier Jahre, mit einem Zuschlag zur Kraftfahrzeugsteuer besteuert. Dieser Malus beträgt 1,20 Euro je 100 Kubikzentimeter Hubraum
Selbstverständlich stehen wir Ihnen bei Fragen zu diesem Thema stehen wir Ihnen selbstverständlich gerne, mit geschulten Fachpersonal, persönlich zu Verfügung!
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