Antriebsenergie- und Prozesseffizienz von Baumaschinen

Großes Potential bei der CO₂-Einsparung im Bausektor liegt beim Einsatz von Baumaschinen. Hierbei spielt nicht nur die gewählte Energiequelle eine Rolle, durch Prozessoptimierung kann der Kraftstoffverbrauch um bis zu 40% reduziert werden.

Hierzu sind Prüfverfahren notwendig, die nicht ausschließlich den Kraftstoffverbrauch messen, sondern auch die Effizienzsteigerung durch Prozessoptimierung darstellen können.

Seitens der EU existieren noch keine gesetzlich bindenden Prüfverfahren zur Bewertung von Arbeitsmaschinen. Um den Energieverbrauch von Baumaschinen abzubilden, haben sich von Maschinenherstellern und unabhängigen Instituten Prüfverfahren etabliert, die sich überwiegend auf die Messung des Kraftstoffverbrauches beschränken. Die etablierten Testverfahren wie z. B. der ISO 8178-Test für Abgasmessungen bei Verbrennungsmotoren oder der VDI 2198-Test für Flurförderzeuge können nur bedingt prozessbedingte Faktoren wie den Betrieb durch den Menschen oder Standzeiten erfassen und abbilden. Auch besteht bei diesen Prüfverfahren die Gefahr, dass bereits die Entwicklung von Baumaschinen auf eine Optimierung der Performance im Prüfzyklus anstatt auf die Effizienz im Baubetrieb ausgerichtet wird.

Die Energie- und Prozesseffizienz von Baumaschinen kann ausschließlich durch vergleichbare Daten bewertet werden. Dabei können unterschiedliche Analyseansätze herangezogen werden, wobei diese bei der Bewertung sinnvoll miteinander verknüpft werden müssen.

Mit Abweichungen von ca. 10,5% eignet sich der Rollenprüfstand nicht zur Antriebs- und Prozessbewertung einer Baumaschine.

Durch Simulation und Feldversuche unter konstanten Versuchsbedingungen gemessene Daten können mittels einer Datenbank, die bereits die Klassifizierung verschiedener Baumaschinen berücksichtigt, auch Einflussfaktoren auf Energieverbrauch und Prozessqualität ermittelt werden.

Eine solche Vergleichsdatenbank ermöglicht bereits im Entwicklungsstadium einer Baumaschine die Optimierung der Antriebs- und Prozesseffizienz, sowie eine vergleichbare Einordung nach Prüfung.

Die Wissenschaft kommt momentan zu der Erkenntnis, dass die Vorteile der jeweiligen Energiequelle (Elektro, Verbrenner) von der Betrachtungsweise der Kalkulation, dem Strommix und den gesetzten Systemgrenzen abhängen. So konnte Zimantovski (Geimer, 2015, S.65-83) in der Untersuchung des Energieverbrauches eines Elektro-Radladers eine 41% Einsparung der CO₂-Emmissionen feststellen, wogegen Petri, Schönfeld, Dittmann (Geimer, 2015, S.127-140) auf ca. 2% der Verbrauchsreduzierung beim E-Antrieb kommen und somit und auf ein Hybrides Modell mit Punktmotor und E-Antrieb setzen. Die Vorteile des E-Antriebs liegen im Bereich des Start-Stopp-Betriebes und der Rekuperation beim Bremsen.

Einige Fragen bleiben bei den vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen weiterhin offen. So wären z.B. Untersuchungen sinnvoll, wie sich Wartungsintervalle auf Maschinenausfälle auswirken oder wie Energieladezeiten und Energiespeicherung optimiert werden können.

Für weitere, ausführliche Informationen zum Thema sowie bei Interesse an einer Kooperation zwischen Wissenschaft und Ihrem Bauunternehmen, steht Ihnen Herr Dipl.-Ing. Sandro Haseloff (s.haseloff@remove-this.ppe.tum.de) gerne zur Verfügung.

Scherer P.E. (2017). Methodik zur Bewertung der Energieeffizienz von mobilen Arbeitsmaschinen (Dissertation, Maschinenbau). Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe.

Sturm C. (2017). Bewertung der Energieeffizienz von Antriebssystemen mobiler Arbeitsmaschinen am Beispiel Bagger (Dissertation, Maschinenbau). Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe.

Samuelsson T., Filla R., Frank B., Kogh L. (2016). Selecting representative working cycles from large measurement data sets (Conference Paper), Volvo Construction Equipment, Emerging Technologies, Eskilstuna, Sweden.

Fecke, M. (2018). Bewertung der Energieeffizienz von Baumaschinen mithilfe einer praxisnahen Lastzyklusentwicklung für einen In-Situ-Test (Dissertation, Architektur und Bauingenieurwesen), Bergische Universität Wuppertal, Wuppertal.

Deiters H., Steindorff K., Lang T., Harms H-H. (2008). Effizienzbewertung von mobilen Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeugen (Artikel, Landtechnik 2/2008), Braunschweig.

Geimer M., Synek P-M. (2015). Karlsruher Schriftenreihe Fahrzeugsystemtechnik Band 30. Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen. 5. Fachtagung, Karlsruhe.