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ZE150W – Batterie-elektrischer Mobilbagger 15t Klasse

Résumé

Mobilbagger werden häufig in innerstädtischen Baustellen eingesetzt, weil diese sich mit geeigneter Zulassung auf den öffentlichen Strassen bewegen können. Ein Mobilbagger ist vor allem auch ein universeller Anbaugeräteträger und keine Maschine, die stets die maximale Leistung abruft. Bagger verursachen prinzipiell eine hohe Umweltbelastung, durch Abgase und Lärm, was vor allem in den Städten heute nicht mehr akzeptiert wird. Die Herausforderung, die Maschineneffizienz so hoch wie möglich zu gestalten, um einen ganzen Arbeitstag mit einer Batterieladung zu ermöglichen, gilt es zu meistern. Dies wird untersucht anhand von Optimierungen in der Hydraulik und von rotatorischen Direktantrieben durch separate Elektromotoren. Dieses Konzept ermöglicht sogar über unterschiedliche Antriebe wieder Energie rückzugewinnen. Die Schnellladung stellt ein integraler Bestandteil im Maschinenkonzept dar, um die Batterie so klein wie möglich und so gross wie nötig auszulegen. Eine komplette Aufladung muss innerhalb einer Stunde möglich sein, um ebenbürtige Bereitschaft darzustellen.

Textes supplémentaires

Publikationen / Ergebnisse

Baumaschinen werden zunehmend elektrifiziert. Ein Beispiel sind Mobilbagger für den innerstädtischen Einsatz, die mit Rädern statt Raupen ausgestattet sind. Diverse Hersteller planen zurzeit den Markteintritt mit batterie-elektrischen Modellen. Ein Entwicklerteam hat im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojekts des BFE einen elektrifizierten Mobilbagger so weiterentwickelt, dass er mit 40 % Strom weniger auskommt.

Schlussbericht

Mobilbagger werden häufig auf innerstädtischen Baustellen eingesetzt, da sie sich mit entsprechender Zulassung auf öffentlichen Strassen bewegen können und so als flexibles Bindeglied zwischen mehreren Einsatzorten dienen. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und in Kombination mit diversen Anbaugeräten eignen sich Mobilbagger besonders für die Elektrifizierung. Das elektrische Mobilbagger- Projekt ZE150W setzt mit zwei Prototypen unterschiedliche Elektrifizierungsstufen um. Die erste Maschine verfügt neben einem elektrischen Pumpen-Antriebsstrang auch über einen elektrischen Fahrantrieb. Die Zweite wurde zusätzlich mit einem elektrischen Schwenkantrieb und ein elektrohydraulischen Hubsystem ausgestattet. Die Messergebnisse zeigten deutliches Energieeinsparpotenzial des elektrischen Fahrantriebs, der den Energiebedarf im Vergleich zum hydraulischen Antrieb durchschnittlich um über 70% (~27 kWh/h) senken konnte. Der elektrische Schwenkantrieb zeigte je nach Einsatzszenario Einsparungen von bis zu 80% (3 bis 7 kWh/h), verglichen mit dem Hydraulischen. Der Hubzylinder erzielte Einsparungen von 50 bis 80% (4 bis 10 kWh/h), was noch weiter gesteigert wird, durch massiv reduzierte Drosselverluste. Für einen aus Ladespiel, Aushub und diversen Fahrten zusammengestellten Arbeitstag wird eine Einsparungspotenzial von bis 40% (20 kWh/h) gegenüber dem rein hydraulischen Elektrobagger erwartet. Auch wenn die Ansteuerung und Integration noch weiterentwickelt werden müssen, ist die Grundlage für eine innovative Lösung zu einer signifikanten Reduktion des Energieverbrauchs gelegt. Allgemein bestand eine zentrale Herausforderung darin, die über Jahre hinweg optimierte Hydraulik des Herstellers anzupassen und neue Aktuatoren hinzuzufügen, ohne das von Anwendern erwartete präzise Bediengefühl zu beeinträchtigen. Neben technischen Ergebnissen lieferte das Projekt auch wertvolle Erkenntnisse von Demonstrationen und Pilotbaustellen. Die CO2-Bilanz fällt mit 80% reduzierten CO2eq gegenüber dem konventionellen Bagger hingeben deutlich zugunsten der elektrischen Varianten aus. Der parallele Aufbau zweier unterschiedlicher Prototypen mit variierenden Softwareständen und Komponenten brachte zwar einen erhöhten Entwicklungsaufwand mit sich, führte jedoch zu einer guten Vergleichbarkeit und schärfte das Verständnis für die Systeminteraktion und ermöglicht neue Massstäbe im Thema Energieeffizienz. Gleichzeitig wurden bestehende und neue Partnerschaften wichtigen Zulieferern und dem OEM selbst gestärkt. Insgesamt bestätigt das Projekt, dass eine erweiterte Elektrifizierung des Mobilbaggers technisch machbar ist, auch wenn für die Serienreife weitere Optimierung in der technischen Feinabstimmung und bei den Herstellungskosten notwendig bleiben. Mit den gewonnenen Erkenntnissen, dem grossen Marktinteresse und den geplanten Folgeprojekten ist die Grundlage für eine erfolgreiche Serieneinführung geschaffen. Damit leistet der ZE150W einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung und zur nachhaltigen Transformation von Baustellen.

Détails du projet

Office de recherche
BFE
Statut du projet
Abgeschlossen
Type de projet
Forschungsprojekt
Date de début
2022-06-30
Date de fin
2025-08-30
Coûts totaux approuvés
CHF 509192.00
Section
Mobilität
Domaine politique NABS
Erzeugung, Verteilung und rationelle Nutzung der Energie

Catégories

Off-road transport and transport systems Verkehr

Labels

Mobilität P+D