Elektrischer Bagger – Lösung für die moderne Baustelle

Schon jetzt gibt es Forderungen nach „zero emission construction zones“, beispielsweise in Oslo; das kalifornische Los Angeles fordert emissionsfreie Häfen. Ein elektrischer Bagger von Bosch Research zeigt exemplarisch, wie die Einhaltung dieser Vorgaben bei bestehender Bautätigkeit gelingen kann.

Bereits 2018 startete das Projekt „Electrified Excavator“, in dem Experten aus unterschiedlichen Disziplinen von Bosch Research und Bosch Rexroth, das im Bereich der Antriebs- und Steuerungstechnik tätig ist, zusammenarbeiten.

Ihr erklärtes Ziel ist es, Systemlösungen für Elektro-Baumaschinen zu entwickeln, die zum einen lokal emissionsfrei operieren und zum anderen genau aus diesem Grund besonders sparsam mit Energie umgehen. Dafür gab sich das Team um Projektleiter Philip Nagel folgendes Mission Statement:

Mit Blick auf den Individualverkehr sind in Deutschland aktuell rund 136.600 Elektroautos zugelassen (Kraftfahrt-Bundesamt). Was ist die Schwierigkeit, speziell Baumaschinen elektrisch zu betreiben? „Der Diesel-Verbrennungsmotor hat sich bei Baumaschinen aus einem guten Grund etabliert“, sagt Philip Nagel. „Diesel hat eine hohe Energiedichte und ist einfach speicherbar. Das bedeutet: Eine Baumaschine hat mit dem Diesel ausreichend Energie für einen oder mehrere Tage an Bord.“ Darüber hinaus sei der Kraftstoff relativ billig zu haben und auch die Aufbewahrung der transportierten Energiemenge im Tank habe kaum Einfluss auf den Preis des jeweiligen Fahrzeugs.

Ein Beispiel: Ein 17-Tonnen-Mobilbagger hat rund 250 Liter Diesel an Bord. Dies reicht für mehrere Tage, benötigt er doch während seiner Tätigkeit im Durchschnitt 60–90 Liter an einem acht Stunden Tag.

„Würde man die gesamte Energiemenge, die in einem heutigen Dieseltank steckt, durch eine Batterie ersetzen, so hätte man eine Batterie, die mehrere 100.000 Euro kosten würde“, sagt Philip. „Und sie wäre so groß, dass sie sich nicht in den Bauraum einbauen ließe.“ Für einen Antrieb durch Wasserstoff bzw. eine Brennstoffzelle gelte dies analog.

Die Forscher rund um Projektleiter Philip Nagel haben sich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Elektrifizierungskonzepte für einen E-Bagger auseinandergesetzt und haben Daten bezüglich des Energiebedarfs bei Tätigkeiten wie Fahren oder Graben ausgewertet. „Die Identifikation der optimalen Systemtopologie für einen Bagger mit seinem breiten Spektrum an Arbeitsaufgaben ist Kern des Projekts“, sagt Philip. „Für die optimale Systemtopologie werden die passenden elektrischen und hydraulischen Komponenten identifiziert, um die Effizienzsteigerung – und damit einen kleineren Energiespeicher – erst zu ermöglichen.“

Und er fügt hinzu: „Durch die Elektrifizierung entstehen neue Freiheitsgrade, welche die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit bei entsprechender Berücksichtigung im Gesamtsystem deutlich steigern können. Dies sind zum Beispiel ein drehzahlvariabler Betrieb von Hydraulikpumpen, ein voll-elektrisches Drehwerk, die Energierückgewinnung aus der Hydraulik in das elektrische System, sprich: in die Batterie, oder ein hocheffizientes elektrisches Thermosystem für die elektrischen und hydraulischen Antriebskomponenten, den Energiespeicher sowie die Fahrzeugkabine.“

Genau mit diesen Fragen haben sich Philip und sein Team interdisziplinär auseinandergesetzt – und sind zu einer Lösung gekommen. Diese nutzt viele der modernsten elektrischen und hydraulischen Komponenten und Systeme von Bosch Rexroth. Und genau das ist auch so gewollt: „Wir wollen eine vielseitige und nachhaltige Lösung erschaffen, die auch in anderen Baumaschinen oder in den Bereichen Mining, Port oder Materialumschlag eingesetzt werden kann“, sagt Philip.

Und das funktioniert: Der elektrische Bagger ist als komplexes Projekt mittlerweile zum Prototypus gediehen. Für einen Referenz-Arbeitstag reduziert das ausgewählte Konzept den Energiebedarf und damit die benötigte Kapazität der Batterie um mehr als 30 Prozent gegenüber einer reinen Substitution des Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor.

Dieses tiefe Systemverständnis sowie das passende Portfolio an elektrischen und hydraulischen Komponenten ermöglichen es am Ende, gemeinsam mit den Herstellern von Off-Highway Fahrzeugen die jeweils beste Lösung zur Elektrifizierung zu identifizieren und umzusetzen.