Forscher haben diesen Bagger mit Sensoren versehen und untersucht, wie die Baumaschine viel effizienter arbeiten könnte (Quelle: Niklas Bargen, KIT)

Rohstoffe und Energie verteuern sich drastisch – und damit auch das Bauen. Neben dem Klimawandel sind die hohen Kosten ein weiterer Grund, Treibstoff bei Baumaschinen einzusparen. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben Möglichkeiten für einen effizienteren Betrieb am Beispiel eines Hydraulikbaggers mit Hybridantrieb untersucht. Dabei haben sie Einsparpotenziale von rund 10 % gefunden. Eine spezielle Software zur Steuerung des Einsatzes unterschiedlicher Antriebe könnte die Effizienz weiter steigern.

Bei Autos sind Hybridantriebe, also die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien und Energiespeicher, längst gebräuchlich, etwa die Verbindung von Benzin- oder Diesel- mit Elektroantrieb. Baumaschinen verfügen ohnehin meist über mehrere Antriebe, wie etwa Fahrantrieb, Schwenkantrieb und Arbeitsantrieb, die jeweils hybridisiert werden könnten. Allerdings kommt in den meisten Baggern die Energie für sämtliche Antriebe vom Dieselmotor. Es wurden unterschiedliche Hybridisierungsmaßnahmen auf ihr Potenzial zur Effizienzsteigerung vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT untersucht. Das Ergebnis: Der elektrische Betrieb des Schwenkwerks eines Hydraulikbaggers, also des Motors zur seitlichen Drehung, bringt bspw. eine Effizienzsteigerung beim Laden von Erdreich oder Schutt auf einen Lastwagen um 11 % und eine Kraftstoffeinsparung von rund 8 %. Mit zusätzlicher Rückgewinnung von Bewegungsenergie beim Absenken des Baggerarms – ähnlich wie bei regenerativen Bremssystemen in E-Autos – sind sogar Effizienzsteigerungen von insgesamt 12,5 % und 9 % weniger Spritverbrauch zu erwarten. Beim KIT geht man davon aus, dass sogar noch weiteres Potenzial vorhanden ist. Z. B. durch eine Software, die bedarfsgerecht und nach Effizienzgesichtspunkten entscheidet, mit welchem Antrieb die unterschiedlichen Funktionen des Baggers gerade am besten betrieben werden sollen.

Für ihre Untersuchungen haben die Forscher vom Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) einen Bagger mit zahlreichen Sensoren ausgestattet und die 15 t schwere Maschine so während 100 Tagen bei der Arbeit auf unterschiedlichen Baustellen genau überwacht. Anschließend wurden verschiedene Varianten der Hybridisierung am Rechner simuliert und ermittelt, welches Potenzial zur Effizienzsteigerung sie im realen Betrieb haben würden.

Hybridisierung als Brückentechnologie
In Anbetracht des geschätzten Verbrauchs eines mittelschweren Baggers von 100.000 Litern Diesel über seinen gesamten Lebenszyklus steckt in den Hybridantrieben für Baumaschinen ein erhebliches Energiesparpotenzial. Dennoch sieht man beim KIT die Hybridisierung mehr als Brückentechnologie auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung von Baumaschinen, die wegen des hohen Energiebedarfs der Maschinen und mangelnder Speichertechnologie noch vor großen Hürden steht.

Weitere Informationen
Karlsruher Institut für Technologie
D-76131 Karlsruhe
www.kit.edu