Hybridantriebe in Baumaschinen: Eine detaillierte Analyse
Die steigenden Kosten für Rohstoffe und Energie beeinflussen maßgeblich die Bauwirtschaft. Angesichts dieser Entwicklung und des Klimawandels gewinnt die Treibstoffeffizienz von Baumaschinen zunehmend an Bedeutung. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben das Potenzial von Hybridantrieben in Hydraulikbaggern untersucht und dabei Einsparpotenziale von rund zehn Prozent identifiziert. Eine spezielle Software zur Steuerung der verschiedenen Antriebe könnte die Effizienz zusätzlich erhöhen.
Während Hybridantriebe im Automobilsektor, beispielsweise durch die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotoren, etabliert sind, verfügen Baumaschinen wie Bagger bereits über mehrere Antriebe für Fahr-, Schwenk- und Arbeitsfunktionen. Bislang wird die Energie für diese Antriebe jedoch meist ausschließlich von einem Dieselmotor bereitgestellt. Das KIT untersuchte verschiedene Hybridisierungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer Effizienzsteigerung.
Niklas Bargen vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT erläutert die Ergebnisse:
Der elektrische Betrieb des Schwenkwerks eines Hydraulikbaggers, also des Motors zur seitlichen Drehung, bringt beispielsweise eine Effizienzsteigerung beim Laden von Erdreich oder Schutt auf einen Lastwagen um elf Prozent und eine Kraftstoffeinsparung von rund acht Prozent.Durch die zusätzliche Rückgewinnung von Bewegungsenergie beim Absenken des Baggerarms, ähnlich regenerativen Bremssystemen in Elektrofahrzeugen, könnten Effizienzsteigerungen von insgesamt 12,5 Prozent und eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um neun Prozent erreicht werden. Bargen geht davon aus, dass weiteres Potenzial durch eine Software erschlossen werden kann, die bedarfsgerecht und effizienzorientiert die optimale Antriebsart für die jeweiligen Baggerfunktionen wählt.
Für die Untersuchung statteten die Forscher des Institutsteils Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) einen 15 Tonnen schweren Bagger mit Sensoren aus. Die Maschine wurde über hundert Tage auf verschiedenen Baustellen überwacht. Anschließend wurden unterschiedliche Hybridisierungsvarianten am Rechner simuliert, um deren Effizienzpotenzial im realen Betrieb zu ermitteln.
Angesichts eines geschätzten Dieselverbrauchs von 100.000 Litern über den gesamten Lebenszyklus eines mittelschweren Baggers bieten Hybridantriebe ein erhebliches Energiesparpotenzial. Dennoch wird die Hybridisierung als Brückentechnologie auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung von Baumaschinen betrachtet. Letztere steht aufgrund des hohen Energiebedarfs der Maschinen und der aktuellen Speichertechnologien noch vor großen Herausforderungen.
Das Forschungsprojekt wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Stoba E-Systems GmbH durchgeführt und vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg mit 300.000 Euro gefördert.