Zukunft der Baumaschinen: Elektrische Antriebe vs. Hydraulik

Ungewöhnlicher ist außerdem, dass bei dieser Maschine auf hydraulische Antriebe verzichtet und stattdessen elektrische Antriebe eingesetzt werden. Damit entstand laut Bobcat der weltweit erste vollelektrische Kompakt-Raupenlader.

Dies war allerdings nicht Bobcats erster Auftritt im Bereich vollelektrischer Maschinen – der T7X folgte dem S7X, der laut Angaben des Unternehmens der weltweit erste vollelektrische Kompaktlader war.

Und der amerikanische OEM ist nicht das einzige Unternehmen, das das Potenzial elektrischer Antriebe für die Herstellung vollelektrischer Maschinen untersucht.

Im Jahr 2022 veröffentlichte Komatsu ein technisches Dokument über einen vollelektrischen Minibagger mit einem Elektromotor anstelle eines Dieselmotors und einem Elektromotor für alle Antriebe. Im selben Jahr präsentierte das Unternehmen auf der Bauma in Deutschland den Prototyp eines vollelektrischen Kompaktradladers, der gemeinsam mit Moog Inc. entwickelt und gebaut wurde.

Was sind die Vorteile?

Warum sollte man in einer Welt, in der Hydraulikantriebe bei allen Arten von Baumaschinen die Norm sind, auf Elektroantriebe umsteigen? Und werden sie bei Baumaschinen der Zukunft häufiger anzutreffen sein?

Eines der wichtigsten Argumente für diese Maschinen ist vielleicht ihre höhere Effizienz. Hydraulische Antriebe können große Energieverluste verursachen, und die Umstellung auf vollelektrische Antriebe kann die Gesamteffizienz der Maschine verbessern, was bei Elektroantrieben zu einer längeren Batterielebensdauer beiträgt. Komatsus Studie zu vollelektrischen Minibaggern ergab, dass sich die Systemeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen hydraulischen Minibaggern um 30 % bis 57 % verbesserte.

Darüber hinaus gibt es noch weitere Vorteile, wie aus der Studie von Komatsu hervorgeht. So kann beispielsweise auf Hydrauliköl verzichtet werden, was die Maschine umweltfreundlicher und leiser macht.

Das andere Argument für elektrische Antriebe ist, wie Joel Honeyman, Vizepräsident für globale Innovation bei der Bobcat Company, gegenüber Construction Briefing hervorhebt, die Präzision.

„Als die Elektrifizierung der Automobilindustrie begann, gab es viele Fortschritte bei den Komponenten. Wenn wir uns diese Komponenten genauer ansehen, seien es Aktuatoren oder Antriebe, gewinnen wir viel in Bezug auf Rückmeldung und Position, was mit Hydraulik nicht unbedingt möglich ist“, erklärt er.

„Sie erhalten eine Rückmeldung zur aktuellen Belastung, die möglicherweise auf dem Aktuator selbst lastet, aber auch zur Position des Aktuators. Und das ist in der Hydraulik seit vielen Jahren eine gewisse technische Herausforderung – zu jedem Zeitpunkt zu wissen, wo die Position ist“, fügt er hinzu.

Sicht des Betreibers

Aus Sicht des Bedieners sei es unwahrscheinlich, dass dieser im Aussehen oder in der Bedienung einer vollelektrischen Maschine einen großen Unterschied zu einer dieselhydraulischen Maschine feststelle, behauptet Honeyman.

Es verfügt jedoch über das Potenzial, mehr Genauigkeit und Reaktionsfähigkeit zu bieten.

Diese Reaktionsfähigkeit lässt sich auch leichter kontrollieren. „Wir haben verschiedene Einstellungen, die man am Fahrzeug vornehmen kann und die wir sofort ändern können, um es mehr oder weniger

Ein erster Blick auf den ferngesteuerten Elektro-Konzeptbagger von Komatsu

„Die Reaktionsfähigkeit hängt von der Qualifikation des Bedieners ab – das ist mit Hydraulik nicht möglich“, sagt er.

Und elektrische Antriebe ermöglichen die Einführung neuer Funktionen, die mit hydraulischen Antrieben nicht unbedingt möglich sind.

„Wir haben eine Funktion in die Maschinen eingebaut, die auf Knopfdruck die Schaufel automatisch und kräftig ausschüttelt. Der Kippantrieb bewegt sich dazu sehr schnell, und das ist mit Hydraulik nicht möglich“, sagt Honeyman.

Eine weitere neue Funktion, die elektrische Antriebe ermöglichen, ist die automatische Nivellierung der Schaufel. „Wir kennen die Position des Zylinders jederzeit und können die Schaufel deshalb ohne zusätzliche Hardware automatisch nivellieren“, sagt er.

Das umfassendere Feedback, das elektrische Aktuatoren liefern, ermöglicht Bobcat auch die Einführung von Sicherheitsfunktionen. „Sobald die Schaufel eines Laders ganz ausgerollt ist, kann sie sich in einer Position befinden, in der sie beschädigt werden kann. Sobald sie sich in dieser Position befindet, begrenzen wir den Strom zu den Antriebsmotoren, um Schäden an der Maschine zu verhindern“, sagt Honeyman.

Was sind die Einschränkungen?

Allerdings sind den derzeitigen Leistungsmerkmalen elektrischer Antriebe Grenzen gesetzt, insbesondere hinsichtlich der Kraft, die Linearantriebe aufbringen können.

Das heißt, es könnte einige Zeit dauern, bis bei größeren Geräten mit Linearantrieben, wie etwa Baggern, die Hydraulikzylinder durch elektrische Antriebe ersetzt werden.

Elektrische Antriebe benötigen zudem tendenziell mehr Platz, was ihre Montage in Maschinen schwieriger machen kann.

„Heutzutage sind Hydraulikzylinder sehr kompakt. Bei elektrischer Betätigung muss man etwas bewegen, um sie bewegen zu können. Bei unserem Lader handelt es sich um einen Kugelumlaufspindelantrieb mit separatem Motor, sodass das Gehäuse größer ist“, sagt Honeyman. „Das ist eine der heutigen Herausforderungen, aber die Hydraulik hat das schon vor vielen Jahren gelöst – sie gibt es schon lange und sie wurde optimiert. Aber im Laufe der Zeit wird die Automobilindustrie immer mehr Technologie in diesen Bereich einbringen, und ich denke, wir werden noch mehr Lösungen sehen.“

Zudem ist die Technologie derzeit teurer als bewährte und weit verbreitete hydraulische Lösungen.

„Nur an der Oberfläche kratzen“

Der vollelektrische Kompaktlader S7X von Bobcat (Bild mit freundlicher Genehmigung von Bobcat)

Dennoch sieht Honeyman für elektrische Antriebe eine rosige Zukunft. „Ich glaube, wir kratzen gerade erst an der Oberfläche“, sagt er.

„Viele unserer traditionellen Hydrauliklieferanten beginnen jetzt, an Komponentenlösungen mit elektrischer Betätigung zu arbeiten. Die Hydrauliklieferanten sind sich darüber im Klaren, dass dies die Zukunft sein könnte, und selbst bei einer Dieselmaschine gibt es viele Vorteile. Das heißt, die Komponentenverfügbarkeit wird besser.“

„Ich möchte die Leute auch daran erinnern, dass es kein vollelektrisches Fahrzeug sein muss, um einige der Technologien zu nutzen, die in Bezug auf elektrische Betätigung und elektrische Antriebe verfügbar sein werden. Wir sehen allmählich alle möglichen Überschneidungen und Parallelen [mit Dieselmaschinen], nicht nur im Bauwesen, sondern auch in der Landwirtschaft.“

Während vollelektrische Maschinen im Allgemeinen noch nicht im Handel erhältlich sind, läuft der T7X von Bobcat bereits vom Band. Sunbelt Rentals ist der erste Kunde, der die neuen Maschinen gekauft hat. Dies könnte ein Zeichen dafür sein, dass in Zukunft noch mehr Maschinen mit dieser Technologie auf den Markt kommen.