Baumaschinen mit Hybridantrieb
Rückgewinnung von Bewegungsenergie
Karlsruhe (ABZ). – 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 laut eigenen Angaben 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 oftmals ohnehin 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.
"Wir haben jetzt unterschiedliche Hybridisierungsmaßnahmen auf ihr Potenzial zur Effizienzsteigerung hin untersucht", erläutert Niklas Bargen vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT. Das 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 Prozent und eine Kraftstoffeinsparung von rund 8 Prozent." Mit zusätzlicher Rückgewinnung von Bewegungsenergie beim Absenken des Baggerarms – ähnlich wie bei regenerativen Bremssystemen in E-Autos – seien sogar Effizienzsteigerungen von insgesamt 12,5 % und 9 % weniger Spritverbrauch zu erwarten, meint Bargen. "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."
Für ihre Untersuchungen haben die Forschenden vom Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) einen Bagger mit Sensoren ausgestattet und die 15 t schwere Maschine während 100 Tagen bei der Arbeit auf unterschiedlichen Baustellen 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. In Anbetracht des geschätzten Verbrauchs eines mittelschweren Baggers von 100.000 l Diesel über seinen gesamten Lebenszyklus, steckt 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." Am Forschungsprojekt war die Firma Stoba E-Systems GmbH beteiligt. Es wurde vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg mit 300.000 Euro gefördert.
Als "Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft" schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel sei es, zu globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9800 Mitarbeitende auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen.
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