Ist eine vollelektrische Baufahrzeugindustrie mehr als nur Prototypen und ein Hype?

Wenn alle Erstausrüster im Baugewerbe dieses Ziel erreichen wollen, müssen sie die Prototypen, mit denen viele Hersteller experimentieren, in serienreife Maschinen wie den Bobcat T7X verwandeln. Dies erfordert die Entwicklung von Maschinen und die Umstellung von Fertigungsprozessen und -kapazitäten durch die Umstellung von Dieselmotoren auf Batteriebetrieb oder Brennstoffzellen. Die Umstellung auf vollelektrische, serienreife Maschinen erfordert auch, dass die Hersteller die hydraulische Betätigung auf elektrische Bewegungssteuerung umstellen, die Maschinen umrüsten und ihr Personal schulen.

Mit vollelektrischem Antrieb und elektrischer Leistung können Hersteller von Geländefahrzeugen, Vermieter von Ausrüstungen und Betreiber die gesamten Wartungskosten senken und die Sicherheit und Nachhaltigkeit (durch geringeren Verbrauch von Kraftstoff, Öl und Emissionen) verbessern. Für diesen Artikel bedeutet Nachhaltigkeit, eine Ressource so zu nutzen, dass sie nicht erschöpft oder für immer beschädigt wird.

Was steckt hinter der vollelektrischen Technologie?

Bei einem vollelektrischen Baufahrzeug verfügt der Antriebsstrang über eine Batterie als Stromquelle und eine Reihe von Mechatronikkomponenten (Elektromotor, Batterie, Leistungselektronik und Elektrozylinder) zur Steuerung der Antriebs- und Antriebsanforderungen der Maschine. Vollelektrische Geländefahrzeuge verfügen außerdem über ein eingebautes Elektrofahrzeug-Steuermodul (Electric Vehicle Control Module, EVCM), eine Computerverarbeitungseinheit und Software zur Steuerung der Bewegung sowie zur Erfassung und Überwachung der auszuführenden Aufgaben.

Diese vernetzte Mechatronik hilft der Maschine beim Manövrieren, bei der Bewegungssteuerung und beim Senden von Signalen zum sicheren Heben, Kippen, Rückwärtsfahren und Vorwärtsfahren. Jede Achse der Maschine kann unabhängig und präzise gesteuert werden. Sie sind jedoch durch Software, Sensoren und Telemetrie miteinander verbunden, so dass der Hersteller durch minimalinvasive Softwareänderungen wertvolle Funktionen für seine Kunden entwickeln kann. Dies ist vergleichbar mit der Art und Weise, wie Tesla und Apple neue Funktionen durch Software-Updates einführen, anstatt Hardware ein- und auszutauschen. Das oben beschriebene vollelektrische System ermöglicht diese Fähigkeit in Geländewagen. Ein digitales Software-Framework wie dieses macht ein Baufahrzeug automatisierungsfähig und ermöglicht es OEMs, digitale und softwarekonfigurierbare Maschinen für Nutzer zu bauen.

In der Vergangenheit trugen die Arbeitnehmer eine Reihe von Einzelprodukten und -werkzeugen mit sich herum, um ihre Arbeit zu erledigen. Denken Sie an ein Mobiltelefon, eine Digitalkamera, ein GPS und einen Computer, der Sie mit dem Internet verbindet. Sobald diese Geräte in ein einziges Produkt integriert waren, entstanden neue Funktionen und Werte, und es wurden sogar neue Branchen geschaffen. Ähnlich verhält es sich mit dem Wert der digitalen Verbindung mehrerer Maschinenteilsysteme. Die Konnektivität schafft völlig neue Werte für Baumaschinen und macht das Bauen sicherer, produktiver, autonomer und nachhaltiger.

Die Vorteile einer vollelektrischen Maschine

Die Wartungsvorteile einer vollelektrischen Maschine sind die gleichen wie in der Autoindustrie. Vollelektrische Systeme haben weniger Komponenten, Sensoren, Anschlüsse, Filter und Flüssigkeiten, die gewartet werden müssen. Die geringere Anzahl von Teilen bedeutet weniger Fehlerquellen und eine höhere Nutzungsdauer des Fahrzeugs. Die Umstellung von hydraulischen auf vollelektrische Antriebe bedeutet auch, dass der Maschinenbauer Leckagen vermeidet, die bei Hydraulikflüssigkeit auftreten können. Hydraulikflüssigkeiten verursachen hohe Kosten und belasten die Umwelt. Durch den vollelektrischen Antrieb und die Bewegungssteuerung wird auch die Lärmbelastung eines Geländewagens verringert (und in einigen Fällen sogar beseitigt), was zu einer geringeren Lärmbelästigung und einer besseren Arbeitsumgebung führt. Was die Sicherheit betrifft, so können die Bediener und Arbeiter neben der Maschine durch den Wegfall der großen Hydraulikpumpen problemlos miteinander sprechen und sich gegenseitig hören.

Die Herausforderungen vollelektrischer Offroad-Fahrzeuge

Ein häufig angeführtes Defizit der Elektrik ist, dass der vollelektrische Antrieb nicht so leistungsstark ist wie herkömmliche hydraulische Systeme. Bei kompakten Baumaschinen hat sich das Gegenteil bewahrheitet. Vollelektrische Maschinen erbringen die gleiche oder sogar eine bessere Leistung als solche mit hydraulischen Systemen. Wenn zum Beispiel ein Dieselmotor im Leerlauf läuft, hat er ein geringeres Drehmoment, und der Motor muss hochschalten, um die Last zu bewältigen, die auf die Maschine wirkt. Elektromotoren hingegen bieten dem Bediener ein sofortiges Spitzendrehmoment bei null Drehzahl.

Auch die Verteidigungsindustrie stellt seit Jahren Bodenfahrzeuge mit elektrischen Steuerungen her. In der Raumfahrtindustrie steuert die elektrische Bewegungssteuerung die Energie und die Bewegung von Solaranlagen auf Satelliten und das Schwenken (oder Kardanisieren) des Motors oder der Abgasdüse einer Rakete. Die Entwicklung der Batterietechnologie ist in den letzten Jahren so weit fortgeschritten, dass der Betrieb von Kompaktladern, Baggern und Baggerladern möglich ist. Dennoch müssen weitere Fortschritte in der Batterietechnologie gemacht werden, um größere Fahrzeuge wie Bulldozer und Motorgrader zu elektrifizieren.

Eine weitere Herausforderung für eine vollelektrische Flotte von Baufahrzeugen ist das schnelle Aufladen der Batterie in der gleichen Zeitspanne, die für das Betanken eines Baufahrzeugs benötigt wird. Dies ist ein großes Problem für Autos, die lange Strecken zurücklegen, aber Geländewagen, die zum Graben, Schleppen und Heben eingesetzt werden, legen keine langen Strecken zurück. Mit den heute verfügbaren Schnelllademöglichkeiten könnte ein Baustellenleiter über eine transportable Ladestation verfügen und die Fahrzeuge während des Arbeitstages auf der Baustelle aufladen.

Abschließende Überlegungen

Wenn wir 10 Jahre in die Zukunft blicken, werden wir einen bemerkenswerten Übergang von analogen zu intelligenten digitalen Maschinen feststellen. Dieser Wandel ermöglicht die Robotersteuerung von Geländefahrzeugen und eine Fülle von Daten auf Maschinenebene. Mit den richtigen Designs und Fertigungssystemen können OEMs diese Daten nutzen und wichtige Erkenntnisse gewinnen, die die Produktivität auf der Baustelle erhöhen. Wenn ein OEM seine vernetzten Maschinen mit fortschrittlichen Sensoren und Funktionen kombiniert, gehen diese Erkenntnisse über die Grenzen der herkömmlichen Flottentelematik hinaus. Da Maschinen und Systeme immer intelligenter werden, kann künstliche Intelligenz als Katalysator für noch fortschrittlichere Erkenntnisse dienen, die die Nutzfahrzeugindustrie dazu bewegen werden, intelligente digitale Maschinen auf breiter Basis einzuführen.

Ein möglicher Vorläufer für den Weg der Bauindustrie zur Elektrifizierung ist die Flugsimulation. Jahrzehntelang wurden die zweistöckigen Simulatoren, in die Piloten kletterten, um ihre FAA-Zulassung zu erhalten, hydraulisch betrieben. Nur hydraulische Technologie konnte den Systemanforderungen dieser massiven Simulatoren standhalten, die sich hin und her neigten, um Starts, Landungen und andere Flugmanöver zu simulieren. Als jedoch die Technologie der elektrischen Bewegungssteuerung ausgereift war, um die Anforderungen an das System und den Lebenszyklus zu erfüllen, dominierten vollelektrische Simulatoren, die sauberer, leiser und weniger kostspielig in Wartung, Installation und Betrieb waren, den Simulatormarkt. Heute ist der Markt für Flugsimulatoren vollelektrisch.

-Scott Scheffler ist Marketingleiter bei Moog Construction, einem Unternehmen der Moog Inc.