Wie sich die Reichweite von Elektro-Baumaschinen verbessern lässt
Baumaschinen mit Akkuantrieb sind auf dem Vormarsch. Gleichwohl haben sie immer noch damit zu kämpfen, ob ausreichend Energie für den Arbeitstag zur Verfügung steht. Der Autor dieses Beitrags lenkt die Aufmerksamkeit auf ein ganz anderes Feld: das Hydrauliköl.
Weniger Energieverluste in Akku-Baumaschinen: Ein niedrig viskoseres Hydrauliköl könnte hier ein Lösungsansatz sein. (Bild: scharfsinn86 - stock.adobe.com)
Der wohl markanteste Nachteil einer batteriebetriebenen Baumaschine ist die limitierte Energiereserve, die sich bei niedrigen Temperaturen sogar noch stärker auswirkt. Außer bei extremen Minusgraden, hat das aber so gut wie gar nichts mit einer nachlassenden Akkuperformance zu tun. Vielmehr verfügen Baumaschinen in der Regel ja über hydraulische Antriebssysteme. Und diese im Grunde genommen unersetzliche Antriebs- bzw. Getriebetechnologie ist ein extremer Energiefresser. Damit ist ausdrücklich eine völlig unnötige Vergeudung von Antriebsenergie gemeint. Die gute Nachricht ist, dass man sehr leicht für eine Verbesserung sorgen könnte. Leider muss dafür aber mit einem Tabu gebrochen werden. Konkret geht es ums Hydrauliköl, genauer gesagt um dessen wichtigste Eigenschaft, die Viskosität.
Zur Erklärung: In der Hydraulik wird durch eine Pumpe hydraulische Leistung bzw. Energie erzeugt (Volumenstrom × Druck) und mittels eines Fluids durch das Leitungssystem zu den Aktuatoren befördert (Zylinder, Hydromotoren), wo es dann in mechanische Leistung umgewandelt wird. Das lässt sich sehr schön vergleichen mit elektrischen (Strom durch Kabel) oder mechanischen Systemen (Antriebsketten oder Kardanwellen). Auch bei diesen treten Transportverluste der Energie auf, als Prozentsatz der Antriebsleistung. Dort wird allerdings sehr sorgsam auf eine gewisse Limitierung der Verluste geachtet. Das geschah früher – in einer nicht so energiesensiblen Zeit – allerdings nicht aus Kostengründen, vielmehr wären die Systeme bei zu viel Spannungsverlust oder Reibungswärme schlicht und einfach kollabiert.
Die Verluste in hydraulischen Systemen wiederum, wo eine relativ hochviskose, also dickflüssige Flüssigkeit die Energie durch ein Leitungssystem von geringem Durchmesser mit zusätzlichen Drosselstellen befördern muss, sind geradezu abenteuerlich. Im Winter kann man bei Verwendung eines ungünstigen Öls nach dem Motorstart gar nicht sofort mit der Maschine arbeiten, weil fast der gesamte Druck in der Leitung verloren geht und in Drosselwärme verwandelt wird. Diese erwärmt das Öl und macht es dadurch dünnflüssiger – und damit verringert sich die Bremswirkung.
Dieser Effekt – und zwei weitere – ist für die Hydraulik gleichermaßen Fluch und Segen. Zunächst einmal muss sie den Eintrag riesiger Mengen Verlustenergie verkraften. Dazu kommt: Das Öl wirkt wie eine Kühlflüssigkeit und verhindert örtliche Überhitzung. Und je wärmer das Öl wird, desto mehr Energie kann an die Umgebung abgegeben werden. Soweit das Gute. Paradox aber ist, dass man es sich leistet, auf eine Verbesserung dieses Zustands zu verzichten. In der Kunststoff-Spritzgussbranche beispielsweise gibt es staatliche Fördergelder, wenn man hydraulische Maschinen abschafft und durch Elektro-Modelle ersetzt.
Zum Kern der Sache: Nach der Druckverlustformel aus der Strömungslehre ist der Druckverlust unter anderem direkt abhängig von der Ölviskosität. Und blickt man in die Datenblätter von Hydraulikpumpen und Ventilen stellt man fest, dass ein wesentlich niedrig viskoseres Öl nicht nur zulässig, sondern für eine längere Lebensdauer der Komponenten ausdrücklich erwünscht ist. Also bräuchte man nur noch über mit den beiden Stellschrauben Viskositätsklasse und Viskositätsindex den korrekten Betriebsstoff auswählen – und die Energieeffizienz könnte sich um 15 bis 30 Prozent verbessern. Beim Motorenöl wird genau das geradezu exzessiv gemacht (Stichwort: Ultra Leichtlauföl), obwohl dort der Einfluss auf die Energieeffizienz um ein bis zwei Zehnerpotenzen geringer ist.
