Land- und Baumaschinen machen Untersuchungen zum Kraftstoffverbrauch zufolge rund acht bis neun Prozent des CO2-Ausstoßes dieselbetriebener Fahrzeuge innerhalb der EU aus. „Das scheint auf den ersten Blick ein kleiner Bereich zu sein, aber über seine gesamte Lebensdauer gerechnet verbraucht ein Bagger deutlich mehr Sprit als ein PKW. Wenn man da einige Prozente einsparen kann, ist das enorm“, so Niklas Bargen, akademischer Mitarbeiter am Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST), Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen.

Erste Ansätze der Hybridisierung und Elektrifizierung von Baumaschinen gibt es bereits seit einigen Jahren. Um die wachsende Bedeutung solcher Konzepte zu untermauern, haben Forschende des KIT gemeinsam mit dem Industriepartner stoba e-Systems GmbH die Effektivität verschiedener bekannter Hybridisierungsmaßnahmen am Beispiel eines Hydraulikbaggers untersucht. Das vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg geförderte Projekt erstreckte sich über eine Laufzeit von 12 Monaten. Mit dem Ziel, sämtliche Alltagsbewegungen sowie den Leistungsfluss des Baggers aufzuzeichnen, haben die Forschenden einen Versuchsbagger mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. In rund 100 Einsatztagen auf drei unterschiedlichen Baustellen haben sie anschließend automatisiert alle benötigten Messdaten bei typischen Einsätzen gesammelt. Parallel dazu hat das Forschungsteam für Bagger geeignete Hybridisierungsmaßnahmen recherchiert sowie ein computerbasiertes Modell eines konventionellen Baggers aufgebaut. „Die auf den Baustellen gesammelten Daten nutzen wir in unserem Modell, um die Bewegungen und Leistungsflüsse eines realen Baggers möglichst genau abzubilden. Eine vordefinierte Auswahl der Hybridisierungskonzepte können wir dann in das Modell implementieren, die elektrischen Komponenten simulieren und somit das Einsparungspotenzial des jeweiligen Konzeptes bestimmen“, erläutert Bargen die einzelnen Projektschritte. Die Ergebnisse beziehen sich auf das 90-Grad-Ladespiel, das als wichtigste Tätigkeit eines Baggers gilt, und sind vielversprechend: „Eines der Konzepte zeigt eine Effizienzsteigerung um 12,5 Prozent sowie eine Kraftstoffeinsparung von 9,3 Prozent. Rechnerisch haben wir sogar ein Potenzial zur Effizienzsteigerung von rund 20 Prozent ermittelt“, berichtet Bargen.

Mit zunehmend kritischem Blick auf den weltweiten CO2-Ausstoß und den damit verschärften Auflagen dürften die Ergebnisse nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch interessant sein. „Gesetzgebungen werden Baufirmen zum Zweck der Verringerung ihres C02-Ausstoßes voraussichtlich mehr oder minder zur Elektrifizierung ihrer Fahrzeugflotten drängen. Unsere Ergebnisse stärken die Bedeutung der Hybridisierung als Brückentechnologie auf dem Weg zur Vollelektrifizierung von Baumaschinen. Sie können zudem eine wichtige Grundlage für Baufirmen sein, zukünftig die richtige Kaufentscheidung für neue Baumaschinen zu treffen“, erläutert Bargen mit Blick auf die Baustellen von morgen.

Bilder: Amadeus Bramsiepe / KIT