Auf leisen Sohlen 1

Ins Interesse der Baumaschinenhersteller sind in den vergangenen Jahren Hybrid-Lösungen gerückt. Den Anfang hatte Weyhausen auf der bauma 2007 mit einem Radlader gemacht. In diesem Jahr werden in München weitere Hersteller ihre Premieren dem Publikum präsentieren.

Die vielversprechenden Ergebnisse mit Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch von bis zu 30 Prozent im Personen- und Nutzfahrzeugbereich bei gleichzeitiger Reduzierung des CO2-Ausstoßes führte zu der Überlegung, die Hybrid-Technologie auch bei Baumaschinen anzuwenden. Mit der Vorstellung eines Hybridantriebs für einen Atlas-Radlader AR 65 setzten die Projektpartner Deutz, Linde und Atlas Weyhausen auf der bauma 2007 in München ein deutliches Zeichen bei alternativen Antrieben von Baumaschinen.

Diese Technologie wurde mittlerweile weiterentwickelt und auf das Modell AR 60 portiert. Der AR 60 Hybrid war als weiterführende Studie auf der Intermat 2009 in Paris zu sehen. Dieses zweite Hybridgerät zeigt, dass die Projektpartner sich auf einem guten Weg zum Seriengerät befinden. Das Ziel ist es, zur nächsten Abgasgesetzstufe in 2012 einen Serienradlader mit Hybridantrieb in der Klasse bis 37 kW vorstellen zu können.

Verbesserter Wirkungsgrad
Hybride Antriebssysteme bestehen aus einem Verbrennungsmotor, Antriebselementen wie Getriebe, Achsen und Hydraulik, mindestens einer Motor-Generator-Einheit, einer Leistungselektronik und einer Hochleistungsbatterie. Im Betrieb als Motor entnimmt die E-Maschine Leistung aus der Batterie und führt sie dem Antriebsstrang zu. Im umgekehrten Fall, im Betrieb als Generator, entnimmt die E-Maschine Leistung aus dem Antriebsstrang und lädt die Batterie wieder auf. So können Leistungsspitzen aus der Batterie abgedeckt, der Verbrennungsmotor kleiner ausgeführt und im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.

Das Ergebnis ist ein verbesserter Wirkungsgrad des Antriebssystems. Und der Kreis der Hybridantriebstechniker wird größer: Mitsubishi Heavy Industries hat ein Antriebssystem entwickelt, das aus einer Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie, einem Dieselmotor, zwei Induktions-Motoren und einem Konverter besteht. Auf der bauma 2010 wird das Unternehmen einen Gabelstabler vorstellen, der mit dieser Kombination nach Firmenangabe eine Zunahme in der Kraftstoffleistungsfähigkeit von 39 % im Vergleich zu den traditionell verbrennungsmotorisch angetrieben Gabelstaplern gleicher Tragfähigkeiten erreicht. Ausgehend von diesem Anwendungsbeispiel plant Mitsubishi, das Konzept seinen Kunden jetzt auch maßgeschneidert für Bagger, Radlader, Kräne und weitere Maschinen anzubieten.

Im Grundsatz ähnlich ist die Hybrid-Walze von Bomag. In München wird die BW 174 AP AM, eine Feldtestmaschine mit Hybridantrieb, erstmals öffentlich zu sehen sein. Zusätzlich zu den herkömmlichen Antriebselementen besitzt sie einen Elektromotor-Generator, eine Hochleistungsbatterie und die dazu entsprechende Leistungselektronik. Gespeist wird die Hochleistungsbatterie im Generatorbetrieb der Elektromaschine – zum Beispiel beim Abbremsen oder Abschalten der Vibration;   vor allem aber durch die Differenz der vom Dieselmotor erzeugten Leistung zur abgenommenen Leistung. Die nicht genutzte Leistung wird sozusagen gespeichert.

Leistungsspitzen werden ausgeglichen, indem bei Bedarf der Elektromotor Energie aus der Batterie entnimmt und den Hauptantrieb unterstützt. Mit diesem Konzept konnten die Konstrukteure die Leistungsklasse des Hauptantriebsmotors reduzieren. Insgesamt verringert sich dadurch der Kraftstoffverbrauch wesentlich. Nach Angaben von Bomag zeigten erste Tests eine Dieselersparnis von bis zu 30 %.

Sensor-Technik Wiedemann bietet mit dem Hybridsystem PowerMela alle Technologien und Komponenten an, um einen diesel-elektrischen oder rein elektrischen Antrieb zu realisieren. STW baut das Geschäft um weitere Produktlinien aus, um ein möglichst breites Spektrum an Leistungsklassen von 10 kW bis 200 kW abzudecken. Ein Firmensprecher: „Unsere Kunden werden in die Lage versetzt, alle zum Betrieb eines hybriden Antriebsystems erforderlichen Komponenten aus einer Hand zu beziehen.“ Dazu gehören:

  • Elektromaschinen unterschiedlicher Leistungsklassen
  • Schutzeinrichtungen für den Betrieb eines Hochvoltnetzes
  • Gleichspannungswandler (DC/DC- Konverter)
  • Wechselrichter für Zusatzaggregate (DC/AC-Konverter)
  • Elektrische Energiespeicher (zum Beispiel Li-Ionen-Batterie)
  • Powermanagement für den intelligenten Betrieb

STW legt großen Wert auf den sicheren, zuverlässigen und dauerhaften Betrieb seiner Systeme. Daher weisen alle Komponenten einen mehrfachen Schutz vor hohen Spannungen auf. Alle Leistungskomponenten werden zudem aktiv gekühlt – nur dadurch ist eine kompakte Bauform und ein dauerhafter Betrieb von Batterien und Wechselrichtern möglich. Ein zentrales Powermanagement kommuniziert über einen CAN-Bus mit allen Erzeugern und Verbrauchern im System, bewertet Angebot und Nachfrage nach Antriebsleistung und optimiert permanent den Einsatz der vorhandenen elektrischen Energie. STW betont, dass mit dem Hybridsystem PowerMela ein erhöhtes Einsparpotenzial bei Kraftstoff und Schadstoffausstoß erzielt werden könne.

Die in Schönau ansässige Firma Heinzmann entwickelt mit Herstellern von Verbrennungsmotoren ebenso Hybrid-Antriebskonzepte. Anlässlich der bauma wird in München die neueste Entwicklung präsentiert: die 2. Generation der E-Maschine.  Was ist nun anders?

Die Merkmale der 1. Generation lassen sich so beschreiben: verteilte Wicklung, manueller Wicklungsaufbau der E-Maschine, Gehäuse als kundenspezifische Einzelanfertigung, Länge der E-Maschine 150 mm/15 kW. Die 2. Generation weist nun deutliche technische Fortschritte auf: Einzelzahnwicklung, kostengünstiger und automatisierbarer Aufbau der E-Maschine, seriennahes Gussgehäuse mit integriertem Kühlkanal, Länge der E-Maschine 80 mm/15 kW.

Im Rahmen eines standardisierten Tests wurde eine Baumaschine mit 120-kW-Dieselmotor direkt mit einer baugleichen, hybridisierten Maschine mit einer Hybridleistung von 115 kW (55 kW Diesel und 60 kW Spitzenleistung der E-Maschine) vom Maschinenhersteller verglichen. Die Mess-ergebnisse zeigen, dass im realen Betrieb mit der Hybridmaschine eine Verbrauchseinsparung von rund 20 % bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung von über 40 % erreicht werden konnte. Die Fahrbarkeit der Maschine, besonders das Beschleunigungs- und Bremsverhalten, wurden spürbar verbessert. Der Hybridantrieb erfüllt dabei folgende Funktionen:

  • Start/Stopp: Vermeidung von Leerlaufphasen
  • Powerboost: Abdeckung von Leistungsspitzen durch die E-Maschine
  • Rekuperation: Nutzung der Bremsenergie zum Aufladen der Batterie
  • Batterie laden: bei Leistungsüberschuss des Verbrennungsmotors wird die Batterie geladen
  • Downsizing/Downspeeding: kleinerer Verbrennungsmotor, weniger Aufwand für Abgasnachbehandlung

Fazit: Noch dominiert die Hydraulik bei mobilen Maschinen. Aber auf leisen Sohlen knabbern die Elektriker an dem großen
Kuchenstück.