Hybride Antriebstechnik 29. Apr 2022 Von Martin Ciupek

Forscher senken Dieselverbrauch von Hydraulikbagger um 10 %

Während immer mehr Autos mit Elektroantrieben fahren, wird die Energie für Hydraulikbagger immer noch weitestgehend von Dieselmotoren erzeugt. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben dafür nun Einsparpotenziale von rund 10 % gefunden.

Wie sich die Energieeffizienz von mobilen Arbeitsmaschinen steigern lässt, haben Wissenschaftler mitSensoren an diesem Hydraulikbagger untersucht,
Foto: Niklas Bargen, KIT

In Innenstädten sorgen bereits immer mehr Elektrofahrzeuge für bessere Luft. Dagegen werden Bagger auf Baustellen immer noch fast ausschließlich mit Dieselmotoren betrieben. Die Aggregate versorgen dabei auch die Hydraulik der Arbeitsmaschinen mit der nötigen Energie. Auch wegen der hohen Dieselpreise lohnt sich daher ein genauer Blick auf die Effizienz der Hydraulikbagger. Welche Potenziale es für einen effizienteren Betrieb gibt, haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am Beispiel eines solchen Baggers mit Hybridantrieb untersucht. Dabei haben sie an mehreren Stellen entsprechende Potenziale identifiziert.

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Hybridantriebe, in denen verschiedene Antriebsprinzipien und Energiespeicher zusammenwirken, sind bei Automobilen längst gebräuchlich, etwa als Verbindung von Benzin- oder Diesel- mit Elektroantrieb. Auch Baumaschinen könnten hybridisiert werden. Sie verfügen ohnehin meist über mehrere Antriebe, wie etwa Fahr-, Schwenk- und Arbeitsantrieb. Allerdings kommt in den meisten Baggern die Energie für sämtliche Antriebe vom Dieselmotor.

Baumaschinen bieten viele Möglichkeiten zur Hybridisierung

Niklas Bargen vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT fasst die Erkenntnisse der Wissenschaftler zusammen: „Wir haben jetzt unterschiedliche Hybridisierungsmaßnahmen auf ihr Potenzial zur Effizienzsteigerung hin untersucht.“ Er kommt zum Ergebnis: „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 11 % und eine Kraftstoffeinsparung von rund 8 %.“ Durch eine zusätzliche Rückgewinnung von Bewegungsenergie beim Absenken des Baggerarms – ähnlich wie bei rekuperierenden Bremssystemen in Elektromobilen – seien sogar Effizienzsteigerungen von insgesamt 12,5 %, was etwa 9 % weniger Kraftstoffverbrauch bedeute. Bargen stellt fest: „Wir gehen davon aus, dass sogar noch weiteres Potenzial vorhanden ist. Zum Beispiel durch eine Software, die bedarfsgerecht und nach Effizienzgesichtspunkten entscheidet, mit welchem Antrieb die unterschiedlichen Funktionen des Baggers gerade am besten betrieben werden sollen.“

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Die Forscher vom Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) haben für ihre Versuche einen Bagger mit zahlreichen Sensoren ausgestattet und die 15 t schwere Maschine hundert Tage lang bei der Arbeit auf unterschiedlichen Baustellen genau überwacht. „Anschließend haben wir verschiedene Varianten der Hybridisierung am Rechner simuliert und ermittelt, welches Potenzial zur Effizienzsteigerung sie im realen Betrieb haben würden“, erläutert Bargen das Vorgehen.

Auch bei Baumaschinen nur Übergangstechnologie

Den Verbrauch eines mittelschweren Baggers über seinen gesamten Lebenszyklus schätzen die Wissenschaftler auf 100 000 l Diesel. Somit stecke in den Hybridantrieben für Baumaschinen ein erhebliches Energiesparpotenzial. „Dennoch sehen wir 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“, verdeutlicht der Wissenschaftler.

Mit Material vom KIT

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