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Neuheiten von der Messe "bauma" Baumaschinen der Zukunft: Kein Lärm, keine Emissionen

Elektrisch angetriebene Baumaschinen stoßen weniger Schadstoffe aus als Verbrenner, sind klimafreundlicher und leise. Auf der diesjährigen Messe bauma zeigten viele Hersteller, wie sie sich das emissionsfreie Fahren der Zukunft vorstellen. Noch ist aber vieles im Entwicklungsstatus.

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Der eDumper ist bislang das vielleicht größte Elektrofahrzeug der Welt. Zusammen mit Industriepartnern haben die Berner Fachhochschule BFH, die NTB Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs und Empa den klimafreundlichen Muldenkipper entwickelt. In einem Steinbruch in Péry im Berner Jura in der Schweiz verrichtet das Gefährt seit Mitte 2018 seinen Dienst. Der eDumper transportiert dort Gesteine aus einem höher gelegenen Abbaugebiet in eine tiefer gelegene Verarbeitungsanlage. Die Maximalbeladung liegt bei 60 Tonnen, womit das Gefährt dann insgesamt 111 Tonnen wiegt. Dazu braucht es jede Menge Kraft. Der Batteriespezialist Lithium Storage hat dafür einen 700 kWh starken Akku entwickelt, mit dem der Dumper sogar Steigungen von bis zu 13 Prozent bewältigen kann.

Das Schweizer Projekt macht sich zudem das Gelände, in dem der Dumper zum Einsatz kommt, zu Nutze. Bei der voll beladenen Talfahrt werden die Batterien durch Rekuperation der Bremsenergie wieder aufgeladen. Der so erzeugte Strom reicht für die unbeladene Rückfahrt bergauf ins Abbaugebiet weitgehend aus. Ob der Laster tatsächlich als Null-Energie-Fahrzeug deklariert werden kann, werden die Untersuchungen im Alltagsbetrieb der nächsten Monate zeigen.

Im Hochleistungsbereich ist dieses Projekt bislang eine Ausnahme, es zeigt Chancen und Herausforderungen gleichermaßen auf. Positiv ist die Klimabilanz: Der E-Dumper soll in den kommenden zehn Jahren nach vorläufigen Berechnungen bis zu 1.300 Tonnen CO2 und 500.000 Liter Diesel einsparen.

Baumaschinenbranche unter Druck

Ein Elektroauto produziert über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg deutlich weniger Treibhausgase und Luftschadstoffe als sein Benzin- oder Dieseläquivalent. Je mehr Strom aus Erneuerbaren beim Betrieb, vor allem aber für die Produktion eingesetzt wird, desto positiver wird diese Bilanz. Auch für die lokale Luftqualität bieten Elektrofahrzeuge klare Vorteile, etwa durch den geringeren Lärm, vor allen aber durch die Null-Emissionen auf Straßenniveau. Gleiches gilt natürlich für auch Maschinen, die beispielsweise auf innerstädtischen Baustellen zum Einsatz kommen. Denn auch die Baumaschinenbranche steht zunehmend unter Druck, sowohl CO2-Emissionen als auch Lärm zu vermeiden.

Viele Hersteller nutzten deswegen die diesjährige Bergbau- und Baumaschinenmesse bauma , um zu erklären, wie sie sich die Niedrig-Emissionsfahrzeuge und -geräte der Zukunft vorstellen. Über 60 Exponate in allen Größenklassen aus den Bereichen Erd-, Tief- und Straßenbau, Galabau, Abbruch und Recycling sowie in der Gewinnung von Rohstoffen wurden dem Publikum präsentiert.

Der weltgrößte Hersteller von Baumaschinen, Caterpillar, zeigte in diesem Jahr erstmals eine vollelektrisch betriebene Variante seines kompakten Radladers Cat 906. Er wird von einer Lithium-Ionen-Batterie mit elektrischem Antriebsstrang angetrieben. Außerdem präsentierte das amerikanische Unternehmen Neuentwicklungen bei den dieselelektrischen Antrieben in Form der Cat Raupe D6 XW XE, der nach Herstellerangaben bis zu 35 Prozent kraftstoffeffizienter als sein Vorgänger sein soll. Das Konzept hat Caterpillar inzwischen auch auf große Radlader wie den Cat 988K XE übertragen.

Von Zeppelin gab es in diesem Jahr den für Materialumschlag entwickelten elektrisch betriebenen Umschlagbagger MH22 zu sehen. Ausgerichtet wurde er auf eine hohe Leistung im Halleneinsatz, wo er abgasfrei mit geringer Geräuschentwicklung seine Vorteile ausspielen kann.

Hybride Maschinen im Trend

Viele Hersteller setzen bislang vor allem auf hybride Maschinen: Für leichte Tätigkeiten, wie zum Beispiel das Fahren, wird das Gerät elektrisch betrieben, bei geforderter Höchstleistung schaltet der ebenfalls installierte Verbrennungsmotor mit ein.

Ein Beispiel für diese Strategie ist der Wacker Neuson dual power . Zusätzlich zum integrierten Dieselmotor kann an den Kompaktbagger bei Bedarf ein elektro-hydraulische Aggregat HPU8 angeschlossen werden. Wacker Neuson SE arbeitet bereits seit einigen Jahren daran ein komplettes Elektro-Produktprogramms aufzubauen. Das Portfolio umfasst bereits alle wesentlichen Geräte und -Maschinen für die Abwicklung einer Baustelle: akkubetriebene Vibrations-Stampfer und Vibrationsplatten, Radlader und einen emissionsfreie Raddumper.

Nun hat das Münchner Unternehmen auch einen ersten vollelektronischen Minibagger angekündigt. Der EZ17e wird mit Lithium-Ionen Technologie betrieben. Mit dem eingesetzten Akku bleibe der vollelektrische Bagger einen ganzen Arbeitstag einsatzbereit, so das Unternehmen. Eine normale Haushaltssteckdose reicht, um den Akku über Nacht aufzuladen. Die Schnellladung über Starkstrom in vier Stunden ist ebenso möglich. Für die Wartung sei keine zusätzliche Ausbildung des Servicepersonals notwendig, so das Unternehmen. Leistungsstark, aber mit kompakten Abmessungen und ohne Abgasemission betreibbar, eignet sich die Maschine für den Einsatz im Tunnelbau, bei Abbruch- und Sanierungsarbeiten auf kleinem Raum oder auch für Innenraumrestaurationen.

Auch Volvo Construction Equipment hat angekündigt, seine Kompaktbagger und kompakten Radlader im kommenden Jahr auf Elektroantrieb umstellen. Auf der Messe in München wurden die ersten beiden elektro-hydraulischen Maschinen vorgestellt, denen 2020 die schrittweise Markteinführung und das Hochfahren der Produktion folgen werden.

DEUTZ hat bereits im vergangenen Jahr mit der Elektrifizierung von Baumaschinen angefangen. Das Unternehmen hat zwei Bau-Teleskoplader-Prototypen der Manitou Group mit hybriden und vollelektrischen Antrieben ausgestattet. Für den vollelektrischen Manitou MT 1135 Teleskoplader kommt ein 360-Volt-Bordnetz und eine 60-kW-starke E-Maschine zum Einsatz. Die Batterie mit 30 kWh Kapazität sorgt für die nötige Energie. Der MT 1335 verfügt regulär über einen 75-kW-starken DEUTZ TCD 3.6 Dieselmotor. Dieser wurde für den Hybrid-Prototypen durch einen DEUTZ TCD 2.2 mit 55 kW Leistung plus einer 20-kW-starken E-Maschine ersetzt. Das elektrische System arbeitet dabei mit einer Systemspannung von 48 Volt. „Bei der Integration von elektrischen Antrieben in unsere Teleskoplader sehen wir vielversprechendes Potenzial für die Zukunft“, sagt Michel Denis, CEO der Manitou Group.

Einsatzdauer ist ein wesentliches Kriterium

Rasti Käkela, Gründer und Eigentümer des finnischen Unternehmen Avant Tecno experimentierte schon in den 1990er Jahren mit den ersten Elektromotoren bei Radladern. Doch damals waren die Batterien einfach noch nicht so weit. Heute hat sich das Blatt gewendet, und so hat der Entrepreneur inzwischen zwei elektrische Alternativen im Angebot. Der Multifunktionslader e5 ist ausgestattet mit einer Blei-Säure-Batterie mit 13,6 KW Leistung. Die Maschine wiegt insgesamt 1.640 kg, kann maximal 1.300 kg heben und die maximale Hubhöhe beträgt 2,80 m. Der Lader kann maximal 10 km/h fahren, die Hydraulikleistung beträgt maximal 30L /min. Der e6 ist mit einer Lithium-Ionen-Batterie ausgestattet und hat 13,8 KWh Leistung. Diese Maschine wiegt 1.400 kg. Hubhöhe und Hydraulikleistung entsprechend dem e5. „Für alle Arbeiten in geschlossenen Räumen, Umbauten in bestehenden Industrieanlagen, Arbeiten in Ställen mit Vieh, in Räumen an denen viele Menschen im Einsatz sind, hat der Einsatz eines Lader mit leisem und emissionsfreien Elektromotor große Vorteile,“ sagt Jörg Majoli, Geschäftsführer der deutschen Avant–Tochter mit Sitz in Eppertshausen. Auch benötige der Elektromotor keine Schmierstoffe und damit so gut wie keine Wartung, was sie günstig auf die Lebenshaltungskosten der Maschine auswirke. „Natürlich muss man immer die tägliche Einsatzdauer im Auge behalten“, sagt Majoli. Die maximalen Arbeitszeiten sind derzeit auf 5 bis 7 Stunden begrenzt. Bei hohem Arbeitseinsatz mit viel Hydraulikleistung über entsprechende Anbaugeräte könne die Kapazität auch schon nach einer Stunde schon erschöpft sein. Per Schnellladegerät können die Lader innerhalb einer Stunde geladen werden.

Weniger Wartungs- und Betriebskosten

Der Batteriespezialist Voltabox arbeitet intensiv daran, Baumaschinen und Ladfahrzeuge zu elektrifizieren. Beispielsweise in Kooperation mit der Schäffer Maschinenfabrik : Der gemeinschaftlich entwickelte Lader 24e gehört zu 0,5 cbm-Klasse und besitzt zwei Elektromotoren, die für die Arbeitshydraulik und den Fahrantrieb verantwortlich sind. Der Kunde hat die Wahl zwischen je zwei Ladesystemen und Batteriepaketen. Schäffer sieht einen besonderen Vorteil der Maschine für die Arbeit in emissionssensiblen Bereichen wie Wohngebiete, Garten- und Parkanlagen, Zoos, Innenstädten aber auch Friedhöfe. Das Gewicht des Elektroladers liegt bei 2.300 kg, er erreicht eine Geschwindigkeit von 20 km/h.

Besonders schnell geht das Aufladen mit einem externen Ladegerät mit 400 V-Eingangsspannung. Hierbei wird das große Power-Batteriesystem in nur 30 Minuten auf 80 Prozent geladen. Somit hat der Fahrer mit einer Schnellladung, etwa in der Mittagspause, ausreichend Energie für den gesamten Arbeitstag. „Der Wartungsaufwand des 24e ist erheblich geringer im Vergleich zum Dieselmodell. Durch den viel höheren Wirkungsgrad der Maschine und die geringeren Energiekosten pro Betriebsstunde ergeben sich zusätzliche Sparpotenziale“, sagt Friedhelm Brede, Entwicklungsleiter bei Schäffer. Im Vergleich zum Dieselmodell und anderen Batteriekonzepten schneide die Lithium-Ionen-Technologie bei Wartungs- und Betriebskosten deutlich besser ab.

Energieversorgung bleibt eine Herausforderung

Eine Herausforderung beim Elektroantrieb bleibt die Energieversorgung. So wiegt die Batterie des Muldenkippers eDumper 4,5 Tonnen und ist damit etwa dreimal so schwer wie ein durchschnittlicher SUV. E-Antriebe gelten als Zukunft der Mobilität, gleichzeitig ist die Herstellung der dafür notwendigen Batterien sehr energie- und ressourcenintensiv: Es bedarf Kupfer für die Elektronik, Lithium und Kobalt für den Akku. Die Gewinnung und Verarbeitung dieser Rohstoffe ist nicht nur ökologisch betrachtet oft problematisch. Um die 60 Prozent des weltweiten Kobalts stammen aus dem Kongo. Der Abbau geht dort vielfach mit Menschenrechtsverletzungen und schweren Umweltschäden einher, so der Bericht „Green Conflict Minerals“ des International Institute for Sustainable Development. In Guatemala hat der Abbau von Nickel den Berichten zufolge zu Mord, sexueller Gewalt und Vertreibungen geführt. Um die Ressourcen-Bilanz zu verbessern, ist es daher angeraten, Elektromobilität von Beginn an unter den Prämissen der Kreislaufwirtschaft zu planen. „Zweitnutzung und Recycling müssen von Anfang an Teil des Fahrzeugdesigns sein“, schreiben die Autoren der Studie „Electric Vehicles from life cycle and circular economy perspectives“ der Europäischen Umweltagentur (EEA). Etwa durch eine Standardisierung der Akkus. Das könnte die Wiederverwertung der Batterien deutlich vereinfachen.

Baumaschinen der Zukunft

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