Mobile Arbeitsmaschinen wie Bagger, Radlader, Muldenkipper oder Brecher sind nach wie vor – energetisch betrachtet – wenig effizient. Ihr Gesamtwirkungsgrad ist eher bescheiden. Zu viel Energie verpufft bei allen Komponenten nutzlos. Aus diesem Grund setzt sich die Hybridtechnik immer mehr durch, Kraftstoffeinsparungen bis 40 Prozent lassen aufhorchen.

  • Drei Antriebs- und Speichervarianten haben sich durchgesetzt
  • Volle Leistung bei drastisch weniger Kraftstoffverbrauch
  • Weitere Vorteile im Paket inbegriffen

Hybridantriebe bestehen in der Regel aus einem Verbrennungsmotor, einem Energiespeichersystem sowie einem weiteren Antrieb, der die rekuperierte, also die gespeicherte Energie wieder in Form einer mechanischen Dreh- oder Hub-/ Linearbewegung umsetzt. Als Antrieb mobiler Baumaschinen dient meist ein Dieselmotor, der bei Hybridfahrzeugen mit einer weiteren Antriebseinheit kombiniert wird. Durchgesetzt haben sich bisher drei geeignete Antriebs- und damit auch Speicherarten: Erstens die rein elektrische Variante mit Akkumulatoren oder Doppelschicht-Speicherkondensatoren, auch Super-Caps, Power-Caps oder Ultrakondensatoren genannt. Zweitens der Fluidantrieb mit einem Hydraulik- oder Pneumatik-/Gasspeicher sowie drittens die rein mechanische Lösung mit einem Schwungrad als Speichermedium, das meist in einem Hochvakuum läuft. Für all diese Speicherarten gibt es Hybridmaschinen, die bereits in der Praxis eingesetzt werden.

2016 konnten die Projektverantwortlichen des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) der RWTH Aachen nachweisen, dass mit der Steigerung der Energieeffizienz in der Arbeitshydraulik mobiler Maschinen (Abkürzung: Steam) eine Verbrauchsreduktion von immerhin 40 Prozent möglich ist. Als Basisfahrzeug wählten die Ingenieure in Zusammenarbeit mit Volvo CE den Mobilbagger EW 180C. Anstatt ein herkömmliches Hybridsystem einzubauen, optimierte die Uni-Mannschaft das angeschlossene Hydrauliksystem, um die Verlustmechanismen zu reduzieren. Darüber hinaus wurde eine spezielle Hydraulik-Speicherlösung eingebaut.

Steam-Hybridbagger
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Im Gegensatz zu marktüblichen Lösungen wird beim Steam-Bagger weder der Dieselmotor noch die Hydraulikpumpe zur direkten Versorgung der hydraulischen Verbraucher genutzt. Beide werden lediglich zur Aufrechterhaltung des Drucks in jeweils einem von zwei Druckspeichern verwendet. Durch diese sogenannte Speicherladeschaltung lassen sich sowohl der Dieselverbrennungsmotor als auch die hydraulischen Verbraucher unabhängig voneinander steuern; und beide können zur selben Zeit im optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden, da die Konstantdruckleitungen die Energiequelle von den Einflüssen der Lasten trennen. Die beiden installierten Druckspeicher erlauben zudem eine Drehzahlabsenkung sowie eine gleichmäßig hohe Drehmomentbelastung des Dieselmotors, die zu einer deutlichen Verbesserung im Wirkungsgrad führen. Gleichzeitig wird die Rückgewinnung der potenziellen und kinetischen Energie aller Verbraucher ermöglicht. Damit kann die Maschine als ein rein hydraulischer Hybrid bezeichnet werden.

Gegenüber vielen anderen Hybridsystemen, die derzeit entwickelt und verkauft werden, verwendet Steam keine elektrischen Speicher oder Antriebe. Die in der Maschine bereits vorhandene Hydraulik wird lediglich erweitert. So werden viele unnötige Energiewandlungen und Kosten vermieden, wie die Uniforscher extra betonen. Die hydraulische Hybridtechnik erhöht daher die Wirtschaftlichkeit des Baggerbetriebs, dank der drastischen Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um besagte 40 Prozent. Zudem erhalten Betreiber eine höhere Maschinenleistung sowie eine Maschine mit geringerem Geräuschpegel. Die Absenkung der Dieselmotor-Drehzahl von den bisher üblichen 1.800 U/min auf 1.200 U/min führt nämlich zu einer geringeren Geräuschemission und damit zu einer ruhigeren Arbeitsumgebung, die vor allem der Baggerfahrer erfreut feststellen wird.