Aus der Praxis: Neue Antriebskonzepte für mobile Maschinen

Neue Themen wälzen den Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen kräftig um. Digitalisierung ist der große Oberbegriff. Das beinhaltete das Internet der Dinge, Big Data und Connectivity; aber auch Roboter- und Automationstechnik in Bau- und Landmaschinen. Erste Ansätze verfolgen bereits verschiedene Maschinenhersteller. Während einerseits an der Auflösung bestehender Maschinenarchitekturen gearbeitet wird, zum Beispiel das Projekt Mars (Mobile Agricultural Robot Swarms) von Fendt, wird es andererseits auch zu integrierten Lösungen kommen. So stellte Volvo in der Vergangenheit bereits eine Kombination bestehend aus Straßenfertiger und Verdichter vor. Diese Trends werden auch die Antriebstechnik nachhaltig verändern. Forderungen nach geringeren Abgasemissionen und einer höhere Maschineneffizienz führen zu neuen Antriebslösungen. Schon heute haben viele Maschinenhersteller neue Entwicklungen in der Antriebstechnik für mobile Maschinen in ihrem Portfolio.

Hersteller Hamm präsentierte auf der Bauma 2016 die Tandemwalze HD + 90i PH mit einem leistungsstarken Hybridantrieb. Es handelt sich dabei um eine Straßenwalze mit einem hydraulisch unterstützten Antrieb. Diese Walze arbeitet bislang mit einem 85 kW starken Dieselmotor, der die Abgasnormen EU Stufe IIIB respektive EPA Tier 4i erfüllt. Ein Blick auf die tatsächliche Motorauslastung beim Verdichten zeigte den Hamm-Entwicklern, dass die Spitzenlasten nur in wenigen Fällen und dann nur für wenige Sekunden benötigt werden. Das ist etwa der Fall, wenn die Walze anfährt oder die Vibration/Oszillation aktiviert wird. Diese kurzen Lastspitzen werden in der neuen Power-Hybrid-Walze über ein Hydrauliksystem abgefangen, sodass die Walze bei gleichem Leistungsvermögen mit einem kleineren Dieselaggregat ausgestattet werden kann.

Der Dieselmotor wird zusätzlich entlastet, indem die Lüfter der Kühler wirkungsgradoptimiert elektrisch angetrieben werden. Das hydraulische System arbeitet ähnlich wie ein Pumpspeicherwerk: Sobald die abgerufene Leistung unterhalb der Maximallast des Verbrennungsmotors liegt, befüllt eine Pumpe den hydraulischen Speicher. Wenn dann, zum Beispiel beim Anfahren der Vibrationsantriebe, viel Leistung benötigt wird, arbeitet das hydraulische System als Zusatzantrieb und kann kurzzeitig bis zu 20 kW bereitstellen. Im Anschluss beginnt der Kreislauf von Neuem mit dem Auffüllen der Speicher.

Außerdem befasst sich Hamm mit dem Thema autonomes Fahren – in diesem Fall mit der autonomen Walze. In Zusammenarbeit mit Industriedesignern hat das Unternehmen ein entsprechendes Konzept samt Designstudie erarbeitet und gestaltet. Die autonome Walze benötigt deutlich mehr Sensoren, die neben den Verdichtungsparametern auch das Umfeld der Walze überwachen. Mit diesen werden alle relevanten Daten aus dem Umfeld der Walze erfasst. Das sind unter anderem die Position im Raum, die Fahrtrichtung, der Abstand zu anderen Objekten, aktuelle Material-Parameter der zu verdichtenden Fläche, wie Temperatur und Steifigkeit, oder Wetterinformationen, wie Wind oder Abkühlgeschwindigkeit. Da eine autonom fahrende Walze keinen Fahrer benötigt, ergeben sich draus neue konstruktive Möglichkeiten. So könnte eine autonom fahrende Walze mit deutlich größeren Bandagendurchmessern, größerem Wassertank und Platz für Akkus einer elektrisch angetriebenen Walze ausgestattet werden.

Volvo CE stellte im Mai 2017 mit dem Prototypen EX2 einen vollelektrischen Kompaktbagger vor, der in Zusammenarbeit mit Partnerunternehmen entwickelt und auf dem Volvo Group Innovation Summit präsentiert wurde. Beim EX2 wurde der Verbrennungsmotor durch zwei Lithiumbatterien mit insgesamt 38 KWh ersetzt. Die Hydraulikarchitektur wurde durch eine elektrische Architektur mit elektromechanischen Linearantrieben ersetzt, um die Kraftübertragung zu optimieren. Der Wegfall von Hydraulikanlage, Verbrennungsmotor und der notwendigen Kühlung führt zu einer signifikant geringeren Geräuschemission. Derzeit handelt es sich bei dem EX2 um einen Forschungsprototyp, eine Industrialisierung bedarf weiterer Analysen. An diesem Projekt waren auch Partnerunternehmen beteiligt, unter anderem die Firmen Bonfiglioli, Elbi, EFS, SymbioFCell und Prollion.

Volvo CE nennt als Vorteile für den vollelektrischen Kompaktbagger: