Ein Hybridantrieb kombiniert verschiedene Techniken für den Antrieb einer Maschine. Laut EU-Definition ist ein Hybridfahrzeug eines, in dem mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind. In Baumaschinen bedeutet das meist: ein Verbrennungsmotor (Diesel) und ein Elektromotor oder hydraulischer Speicher als Energiewandler; ein Kraftstofftank und ein Akkumulator oder Druckspeicher als Energiespeicher. Ziel ist es, Bremsenergie zurückzugewinnen (Rekuperation) und so den Kraftstoffverbrauch zu senken.

Wie funktioniert die Energierückgewinnung?

Beim Bremsen oder Abbremsen eines Baggerarms oder einer Walze wird kinetische Energie frei, die im konventionellen Antrieb als Wärme verloren geht. Der Hybridantrieb wandelt diese Bewegungsenergie in elektrische oder hydraulische Energie um und speichert sie. Beim nächsten Beschleunigungsvorgang wird die gespeicherte Energie wieder abgerufen, entlastet den Verbrennungsmotor und spart Kraftstoff.

Baumaschinen mit Hybridantrieb arbeiten nach drei grundlegenden Prinzipien:

  • Serieller Hybrid: Der Verbrennungsmotor ist mit einem Generator gekoppelt, der die Batterie lädt oder den Elektromotor antreibt. Der Verbrennungsmotor wirkt nicht direkt auf den Antriebsstrang.
  • Paralleler Hybrid: Verbrennungsmotor und Elektromotor wirken gleichzeitig auf den Antriebsstrang. Beide Antriebe arbeiten parallel.
  • Leistungsverzweigter Hybrid: Der Verbrennungsmotor wirkt auf den Antriebsstrang und treibt gleichzeitig einen Generator an. Ein Planetengetriebe regelt die Leistungsaufteilung je nach Fahrmodus.

Hydraulischer Hybrid: BOMAG-Walzen mit Druckspeicher

BOMAG setzt bei seinen Walzen auf einen hydraulischen Hybridantrieb. Der Antriebsstrang wird dabei um drei Komponenten erweitert: eine Pumpe, einen Druckspeicher und ein Reservoir. Beim Bremsen wird die Bewegungsenergie hydraulisch gespeichert und später wieder abgegeben. Der hydraulische Hybridantrieb unterstützt den konventionellen Dieselantrieb, die Verdichtungswalze spart dadurch Kraftstoff bei gleichbleibender Leistung.

Elektrischer Hybrid: Akkumulator deckt Lastspitzen ab

In elektrischen Hybridsystemen übernimmt ein Akkumulator die Funktion des Energiespeichers. Der Verbrennungsmotor kann dadurch relativ gleichmäßig im Bereich seines größten Wirkungsgrads betrieben werden. Spitzenleistungen – etwa beim Beschleunigen eines Radladers oder beim Schwenken eines Baggeroberwagens – deckt der Akkumulator ab. Leistungsüberschüsse des Verbrennungsmotors lädt der Generator in den Akkumulator zurück.

Serielle Hybridantriebe wurden bereits um 1900 realisiert, weil es damals noch keine Batterien mit hoher Leistung und Kapazität gab. Eine befriedigende Reichweite ließ sich mit einer Kombination aus kleiner Batterie und verbrennungsmotorisch angetriebenem Generator leichter und billiger erreichen als mit einer großen Batterie. Diese Bauart wird heute als Range Extender (Reichweiten-Verlängerer) bezeichnet.

Effizienzpotenziale und Anwendungsfelder

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat sich mit dem Thema „Spritsparend baggern" befasst. Forscher des KIT untersuchten, wie die Rückgewinnung von Bewegungsenergie des Baggerarms die Effizienz steigern und Kraftstoff sparen kann. Besonders bei zyklischen Arbeitsvorgängen – etwa beim Beladen eines Muldenkippers oder beim Verdichten mit einer Walze – liegt erhebliches Einsparpotenzial.

Auch im Straßenbau zeigt sich der Vorteil: BOMAG-Walzen mit hydraulischem Hybridantrieb bieten laut Hersteller die volle Leistung bei geringerem Kraftstoffverbrauch und weniger CO₂-Ausstoß. Der Druckspeicher nimmt beim Bremsen Energie auf, die sonst verpuffen würde, und gibt sie beim Beschleunigen wieder ab.

Hybridantrieb versus Vollelektrifizierung: Wo liegen die Grenzen?

Hybridantriebe sind ein Zwischenschritt auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung der Baustelle. Sie bieten den Vorteil, dass keine Ladeinfrastruktur erforderlich ist und die Reichweite unbegrenzt bleibt, solange Kraftstoff verfügbar ist. Gleichzeitig ermöglichen sie erste Effizienzgewinne durch Rekuperation.

Die Grenzen zeigen sich bei Maschinen mit hohem Dauerlastbedarf, etwa Großbaggern im Tagebau oder schweren Asphaltfertigern. Hier reicht die Speicherkapazität von Akkumulatoren oder Druckspeichern meist nicht aus, um nennenswerte Anteile der benötigten Energie bereitzustellen. Der Elektrobagger mit Batterie oder Kabelanschluss bleibt dann die effizientere Lösung.

Ausblick: Welche Rolle spielt der Hybridantrieb langfristig?

Hybridantriebe dürften vor allem in Übergangsszenarien eine Rolle spielen: bei Flottenmodernisierungen, bei denen Betreiber schrittweise von Diesel auf emissionsfreie Antriebe umsteigen, oder bei Maschinen, die im Wechsel zwischen Baustelle mit und ohne Ladeinfrastruktur eingesetzt werden. Langfristig konkurrieren sie mit rein elektrischen Antrieben und – im Fernbereich – mit Wasserstoff-Brennstoffzellen.

Für Betreiber bleibt die Amortisationsrechnung entscheidend: Wie viel Kraftstoff spart der Hybridantrieb im konkreten Einsatzprofil? Wie hoch ist der Aufpreis gegenüber einer konventionellen Maschine? Und welche Förderung steht bereit? Antworten auf diese Fragen entscheiden darüber, ob Hybridantriebe in den kommenden Jahren zum Standard werden oder Nischentechnik bleiben.