Wohin geht die Maschinentechnik im Garten- und Landschaftsbau?

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Im GaLaBau-Wettbewerb kommt es heute wesentlich darauf an, die passende Maschine für die geforderte Leistung zu finden und jene in der Folge optimal einzusetzen. Foto: Moritz Lösch, Neue Landschaft

Die Entwicklung kompakter Baumaschinen für den GaLaBau schreitet rasant voran. Hersteller sind stetig damit befasst, ihre Produkte zu verbessern und weiter an die Einsatzzwecke der Nutzer anzupassen. Sie erwarten von den Maschinen immer mehr Effizienz, Zuverlässigkeit, weniger Folgekosten und geringen Wertverlust. Aber auch Politik und Gesellschaft nehmen mit ihrer Forderung nach mehr Nachhaltigkeit Einfluss auf die Innovationskraft der Hersteller.

Der Einsatz von spezialisierten Baumaschinen ist heute im Garten- und Landschaftsbau eine ökonomische Unabdingbarkeit. Im Wettbewerb kommt es wesentlich darauf an, die passende Maschine für die geforderte Leistung zu finden und jene in der Folge optimal einzusetzen. Dabei bleibt selbst für das anspruchsvollste technische Gerät bislang der wesentliche wertschöpfende Faktor das Bedienpersonal, also der Faktor Mensch, der den Einsatz kompetent plant, umsichtig vorbereitet und sicher durchführt.

Wie positiv moderne Maschinentechnik und die grüne Branche sich gegenseitig beeinflussen konnten, zeigt die Entwicklung kompakter Erdbaumaschinen für den Einsatz im Garten- und Landschaftsbau seit dem Ende des 2. Weltkriegs. Innerhalb von rund 60 Jahren hat sich die Maschinentechnik zu jenem hoch spezialisierten Instrumentarium entwickelt, das heute den Anwendern zur Verfügung steht und das sich kontinuierlich im rauen Baustellenalltag bewährt. Gleichzeitig sind die Baumaschinen-Hersteller stetig damit befasst, ihre Produkte zu verbessern und weiter an die Wünsche und Einsatzzwecke der Nutzer anzupassen.

Diese Entwicklung führt zwangsläufig auch zu einer zunehmenden Dynamisierung und Unübersichtlichkeit des Marktes für Baumaschinen und Spezialgeräte. Trotz dieser Dynamik gilt die Baumaschinenbranche als weitgehend konservativ und stark kostendeterminiert. Dies hängt vor allem damit zusammen, dass in Baumaschinen große Kapitalwerte gebunden sind, die sich erst über längere Zeiträume amortisieren können. Daher ist es für den Käufer essenziell eine Maschine zu erwerben, die für den gegebenen Einsatzzweck möglichst zuverlässig und effizient arbeitet, wenige Folgekosten verursacht und einen geringen Wertverlust aufweist.

Aus diesem Grund ist es für Hersteller und Anwender gleichermaßen wichtig zu eruieren, welche Anforderungen in Zukunft an Baumaschinen gestellt werden könnten und dies bei Entwicklungs- und Investitionsentscheidungen entsprechend zu berücksichtigen.

Dabei wird - nicht erst seit der VW-Affäre - klar, welche zunehmend wichtige Rolle politische Vorgaben im Verhältnis zwischen der Industrie und ihren Kunden mittlerweile erlangt haben. Der Abgasskandal hat gezeigt, wie komplex und wie ausgereizt das Geflecht aus staatlichen Reglementierungen, den an stetige Verbesserung und Leistungswachstum gewöhnten Nutzeransprüchen, dem technisch Machbaren und den Wirtschaftsinteressen der Hersteller geworden ist. Die Balance zwischen diesen vier Polen erscheint zunehmend schwieriger. Zumal die politischen Signale für die Zukunft eindeutiger kaum sein könnten:

  • Der mittelfristige Ausstieg aus den fossilen Brennstoffen ist beschlossene Sache,
  • der Ausstoß von CO2 soll bis dahin stufenweise reduziert werden,
  • die Abgasgrenzwerte verschärfen sich turnusmäßig
  • und der Begriff Nachhaltigkeit entwickelt sich zum politischen und gesellschaftlichen Megatrend.

Abgase und CO2 im Visier der Politik

Um diese epochalen Ziele umzusetzen, greift der Staat gleich auf mehreren Ebenen steuernd ein: zum einen durch schrittweise strenger werdende Abgas- und Umweltauflagen für die Hersteller; zum anderen durch Steuerbegünstigungen für die Anwender, wie etwa im Pkw- und Nutzfahrzeug-Bereich; drittens und für den GaLaBau von besonderem Interesse, zunehmend auch auf der Nachfrageseite durch Vergaberichtlinien, die den Einsatz umweltfreundlicher Erdbaumaschinen zur Voraussetzung für die Erteilung öffentlicher Aufträge machen. Berlin und Bremen haben entsprechende Rechtsverordnungen bereits im Vorjahr verabschiedet, Baden-Württemberg wird folgen.

Dabei geht es nicht nur um globale, sondern auch um sehr lokale Ziele. Es geht um die Gesundheitsvorsorge einer Gesellschaft, die zunehmend in urbanen Ballungsräumen lebt und wirtschaftet. Luftreinhaltepläne für solche Ballungsräume existieren bereits seit den 60er- und 70er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts. Im Rahmen der verkehrsbedingten Emissionen gerieten vor allem die Partikel aus Dieselabgasen zunehmend ins Visier der Mediziner. Die Weltgesundheitsorganisation stuft den Ruß aus Dieselmotoren als ebenso stark krebserregend ein wie den Baustoff Asbest. Da im Bereich des Straßenverkehrs durch Umweltzonen und Abgasrichtlinien die Emissionen erheblich zurück gegangen sind, geraten inzwischen auch Baumaschinen, die in Ballungsräumen eingesetzt werden, zunehmend in den Fokus der Umweltverwaltungen, da diesen 50 Prozent der Partikelemissionen in urbanen Zentren zugeschrieben werden können (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Berlin 2015). Das Besondere an den geänderten Vergaberichtlinien ist, dass nicht nur neue Maschinen betroffen sind, Berlin und Bremen fordern - und das ist epochal neu - auch die Nachrüstung von Altgeräten mit Abgasreinigungssystemen. Auch die dauerhafte Funktionsfähigkeit dieser Systeme ist vom Auftragnehmer nachzuweisen, wenn er Aufträge des Landes erhalten will.

Aus der Sicht privater Auftraggeber und des Arbeitsschutzes wird die Gefährlichkeit der Dieselabgase bislang noch nicht in vergleichbarem Ausmaß gewürdigt. Aber auch hier ist eine weitere Verschärfung der rechtlichen Situation vorstellbar.

Zudem ist es wahrscheinlich, dass die politischen und gesellschaftlichen Bemühungen zur Technologiewende in den Bereichen Energie und Elektromobilität bei den Verbrauchern auch eine zunehmende Sensibilität und somit auch eine entsprechende Nachfrage für nachhaltige und umweltfreundliche Baumaschinen entstehen lassen. Im Pkw-Bereich sind die Hersteller verpflichtet, den Flottenausstoß von CO2 bis 2020 auf 95 g/km zu senken. Alle Massenhersteller arbeiten deshalb mit Hochdruck an der Erweiterung ihrer Modellpalette um Elektro- und Hybridmodelle.

Historische Maschinenausstattung. Foto: May Landschaftsbau GmbH und Co. KG

Im Hybrid-Radlader-Konzept "Gryphin" von Volvo entfallen sämtliche Elemente der Kraftübertragung des Antriebsstrangs. Foto: Volvo

Entwicklungstendenzen und Entwicklungsziele

Die treibenden Kräfte für die Entwicklung neuer Baumaschinen sind einerseits Kundenwunsch und Kundennutzen, andererseits die für die Inverkehrbringung von Maschinen notwendige Einhaltung aktueller gesetzlicher Vorgaben. Ausgangspunkt der Entwicklung sind häufig technische Fortschritte, ohne die die Erreichung der höher gesteckten Ziele nicht denkbar wäre. Die genannten Zielsysteme sind teilweise synergistisch, aber auch konkurrierend und dies sowohl innerhalb der einzelnen Zielsysteme wie auch im Verhältnis der Zielsysteme zueinander. Was im Folgenden näher erläutert werden soll.

Der Kundenwunsch und der Kundennutzen

Aus Kundensicht sollen Maschinen und Geräte im Allgemeinen

  • leistungsfähiger,
  • kompakter,
  • anwenderfreundlicher,
  • effektiver,
  • sicherer,
  • smarter, intelligenter oder autonomer,
  • und kostengünstiger

werden. Dass sich einige dieser Ziele widersprechen ist evident. Mehr Leistung, weniger Verbrauch und gleichzeitig geringerer Anschaffungspreis können nicht ohne weiteres gleichzeitig realisiert werden. Andererseits macht es der technische Fortschritt möglich, dass Maschinen effektiver (z. B. in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch) und gleichzeitig leistungsfähiger (z. B. in Bezug auf die Motorleistung) werden können. Da dafür allerdings auch anspruchsvollere Technik verbaut werden muss, erhöht sich im Allgemeinen der Kaufpreis, aber häufig auch die Ansprüche an Bedienung und Wartung.

Die gesetzlichen Vorgaben

Wesentliche gesetzliche Vorgaben für Baumaschinen sind:

  • die EU-Maschinenrichtlinie und
  • die EU-Abgasrichtlinien.

Beide Richtlinien definieren Standards und Prüfverfahren, die Hersteller durchlaufen müssen, um Maschinen im EU-Raum auf den Markt bringen zu dürfen. Vor allem die Abgasrichtlinie wurde in der Vergangenheit immer wieder heftig diskutiert und stellt die Hersteller vor ernst zu nehmende Herausforderungen. Die aktuellen Abgasstufen IV beziehungsweise IIIb für kompakte Baumaschinen erfordern seit Oktober 2014 den Einbau von Common-Rail-Dieselmotoren (CRD). Spätestens mit der für 2019/20 angekündigten Abgasstufe V wird, aufgrund der Grenzwerte, die Ausrüstung von neuen Kompaktmaschinen mit umfangreichen Abgasbehandlungssystemen wie Abgasrückführung, Selektive Katalytische Reduktion (AdBlue Betankung) und Dieselpartikelfilter (DPF) erforderlich sein. Bei Großmaschinen, wo diese Techniken bereits heute verbaut werden müssen, nehmen die Abgassysteme inzwischen einen annähernd gleich großen Bauraum ein wie der Antrieb selbst. Die Verwendung von DPFs erfordert zwingend die zyklische Regeneration (Freibrennen) des Partikelfilters. Da bei Baumaschinen aufgrund des spezifischen Einsatzes nur geringe Abgastemperaturen erreicht werden, bedeutet dies, dass die Maschine autonom regenerieren muss. Was mit teilweise erheblichen Nutzungseinschränkungen verbunden sein kann.

Der technische Fortschritt

Die durch die Abgasnormen induzierte Umstellung der Motorisierung von Baumaschinen auf CRD-Technik bedeutet letztlich auch in diesem Bereich den Übergang von analog zu digital. CRD-Motoren arbeiten kultivierter, produzieren weniger Abgase und erbringen hohe Drehmomente bei geringen Drehzahlen und geringem Kraftstoffverbrauch. Zusätzlich bietet die digitale Steuerung des Motors auch Möglichkeiten der elektronischen Fahrerunterstützung, wie das Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) und "Drive by wire" (DBW), welche ihrerseits wiederum die Nutzerfreundlichkeit in puncto Sicherheit und Effizienz verbessern können. Darüber hinaus kann ein solcher Motor über die bauartbedingt notwendige Sensorik und sein elektronisches Steuergerät sehr gut überwacht und ferndiagnostiziert werden, sofern das Gerät über eine Telematiklösung mit dem Internet verbunden ist. Dies verringert Standzeiten, da Reparaturen schneller und effizienter vorbereitet und durchgeführt werden können.

Hersteller wie Atlas Weycor kombinieren die motorische Digitaltechnik mit einem neu entwickelten hydraulischen Startersystemen (Start-Stopp-Automatik), um Abgase und Kraftstoff einzusparen. Somit bietet bereits die - quasi über die Abgasgesetzgebung - erzwungene Umstellung der Baumaschinen auf Digitaltechnik ein erhebliches Innovationspotenzial, das im Hinblick auf die digitale Maschinensteuerung noch längst nicht ausgeschöpft zu sein scheint.

Commonrail- und Hybridantriebe als Übergangstechnologien

Die Programmierbarkeit des CRD-Motors erlaubt es, dass optimales Drehmoment und optimaler Verbrauch in einem bestimmten Betriebspunkt (Drehzahlbereich) zusammenfallen. Der Motor arbeitet in diesem Bestpunkt mit seinem optimalen Wirkungsgrad. Jede Veränderung der Drehzahl bedeutet somit eine Verschlechterung des Wirkungsgrads. Auch die erzeugten Abgase können auf diesen optimalen Betriebspunkt hin minimiert werden. Aus dieser Überlegung heraus macht es Sinn, den Motor einer Baumaschine - quasi stationär - als Antrieb für einen Generator zu verwenden und die erzeugte elektrische Energie unmittelbar, je nach Bedarf zu nutzen beziehungsweise in einem Akku zwischen zu speichern. Die Vorteile liegen in einer besseren Effizienz (Gesamtwirkungsgrad), in besseren Abgaswerten, aber auch in vielfältigen neuen konstruktiven Möglichkeiten, die beispielsweise der Einsatz von elektrischen Radmotoren mit sich bringen würde.

Im Hybrid-Radlader-Konzept "Gryphin" von Volvo entfallen durch dieses neue Konstruktionsprinzip sämtliche Elemente der Kraftübertragung des Antriebsstrangs, wie hydraulischer Fahrantrieb, Lastschaltgetriebe, Verteilergetriebe, Gelenkwellen sowie Achsen und Differentialgetriebe. Als neue konstruktive Möglichkeit ergibt sich der Einsatz von hydraulisch steuerbaren Achsschenkeln, die es ermöglichen würden, die Maschine nach Bedarf anzuheben (hohe Überladehöhe) oder abzusenken (tiefer Schwerpunkt und hohe Standsicherheit). Digital gesteuertes wechselseitiges Anpassen der Achsschenkel würde die Maschine tiltfähig machen und die Fahreigenschaften am Hang eklatant verbessern. Darüber hinaus können die Akkus auch extern geladen und die Maschine somit zumindest temporär ohne Abgas- und Lärmemissionen betrieben werden. Somit ergeben sich auch hier durch neue Technologien erhebliche Spielräume für geradezu revolutionär neue Maschinenkonzepte. Dennoch sind CRD- und Hybridtechnologie nur als Übergänge zu grundsätzlich neuen Antriebskonzepten zu sehen, da Abgaswerte und Wirkungsgrad nach wie vor durch den Dieselmotor determiniert sind.

Luftreinhalteplan 2011-2017, Beratungsleit-faden für die Partikelfilternachrüstung, Umweltstandards für Baumaschinen im Hoch- und Tiefbau im Rahmen öffentlicher Aufträge. Foto: Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Berlin

Der sogenannte High Speed Dozer 764 HSD von John Deere vereint Merkmale von Radlader (Knicklenkung), Grader (Geschwindigkeit, Präzision) und Planierraupe (Schubleistung). Für den deutschen Markt ist er allerdings nicht vorgesehen. Foto: John Deere

Die Hybridmaschine Diverto QS 100 vereint Merkmale von Mobilbaggern, Radladern und Schlepper. Hybrid bedeutet hier, dass die Maschine Arbeitsfunktionen in sich vereint, die sonst jeweils von Spezialgeräten erbracht werden. Foto: Lothar Berns/BGL

Evolution oder Revolution? - Antriebstechnologien der Zukunft

Die für 2019/20 angekündigte Abgasnorm der Stufe V für kompakte Baumaschinen wird im Partikelbereich voraussichtlich nur noch durch den Einsatz weiterer Zusatztechnologien, wie zum Beispiel durchströmte Dieselpartikelfilter (DPF), erreicht werden können. Während diese Technologie nach anfänglichen Schwierigkeiten im Pkw-Bereich gut etabliert ist und im Wesentlichen funktioniert, gehen einzelne Hersteller von Baumaschinen davon aus, dass der DPF in ihren Geräten nicht einsetzbar sein wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Abgase nicht jene hohen Temperaturen erreichen, die zur periodischen Regeneration des Filters notwendig wären. Somit wären Probleme mit verstopften Filtern vorprogrammiert. Die Lösung dieses Problems liegt in programmierten Regenerationszyklen, innerhalb derer die Maschine autonom die Motordrehzahl hochfährt, um die erforderlichen Abgastemperaturen zu erreichen. Inwiefern diese Einschränkungen von den Nutzern akzeptiert werden, bleibt abzuwarten, da die Nutzung der Maschine während der Regeneration nur eingeschränkt möglich ist und die Maschine während des Freibrennens auch nicht abgeschaltet werden darf.

Der technologische Aufwand, die Kosten und nicht zuletzt die Nutzungseinschränkungen, die für CRD, Abgasrückführung (AGR), Selektive Katalytische Reduktion (SCR), DPF, Dieseloxidationskatalysator (DOC) und Co. notwendig werden, lassen manchen Hersteller ins Grübeln kommen, ob bei einer weiteren Verschärfung der Abgasgrenzwerte in der Zukunft nicht ein Punkt gekommen sein könnte, an dem das Antriebskonzept "Dieselmotor" nicht durch einen grundlegenden Schnitt beendet werden sollte. In den Produktentwicklungsabteilungen der großen Hersteller wird daher zunehmend darüber nachgedacht, welche Alternativen zu der immer aufwendigeren Abgasbehandlung beim Dieselantrieb - zumindest im Bereich der Kompaktmaschinen - denkbar wären. Es geht um "Disruption", um die Ablösung einer Technologie durch eine andere. Zur Debatte steht somit die Abschaffung eines annähernd 125 Jahre alten und stetig fortentwickelten Antriebskonzepts im Bereich der Baumaschinen und die Gretchenfrage, welche "neue" Antriebstechnologie den alt-gedienten Diesel beerben könnte.

Die nach wie vor unbestrittenen Vorzüge des Dieselantriebs liegen klar auf der Hand:

  • Hoher Wirkungsgrad (35-50 %),
  • Langlebigkeit,
  • Hohe Leistungsdichte,
  • Zuverlässigkeit.

Andererseits würde der Einsatz alternativer und heute grundsätzlich ebenso geeigneter Alternativantriebe die Abgasproblematik sofort und nachhaltig entschärfen, da bei diesen Antriebskonzepten keine zusätzlichen Abgasbehandlungssysteme notwendig sind. Aus technischer Sicht sind einige Kandidaten besonders aussichtsreich, die im Folgenden näher betrachtet werden sollen. Die eigentliche Frage, die die Produktmanager umtreibt, ist allerdings weniger die technische Seite, als vielmehr die Frage der Nutzerakzeptanz. Das heißt, wie werden solche neuen Antriebe bei den Nutzern ankommen (vgl. Krikler und Palmer 2016)?

Gasantriebe

Propangas wird bei Gabelstaplern, die in abgassensiblen Bereichen (wie Innenräumen) arbeiten, bereits seit langem als Kraftstoff genutzt. Gasförmige Kohlenwasserstoffe haben sich auch im Automobilbereich in verschiedenen Varianten (LPG, CNG, LNG) als Treibstoff etabliert. Grundsätzlich wäre bei Baumaschinen zur Realisierung von Gasantrieben eine Umstellung des Wirkungsprinzips von Diesel- auf Ottomotor notwendig. Gasantriebe zeichnen sich durch deutlich geringere Abgaswerte in den Parametern Stickoxide, Partikel und Kohlendioxid aus. Gerade der CO2-Ausstoß kann ohne weitere Maßnahmen um rund 20 Prozent reduziert werden. Ein offener Punkt dabei ist die Betankung unter Baustellenbedingungen. Einerseits erscheint der Austausch eines Druckgasbehälters auf der Baustelle umständlich, andererseits wäre die Gasvariante in puncto Bodenkontaminierung dem Dieselantrieb sicherlich überlegen.

Wasserstoffantriebe

Im Pkw-Bereich kamen 2015 erstmals zwei Hersteller (Hyundai und Toyota) mit serienreifen Wasserstoffantrieben auf den Markt. Beide Hersteller arbeiten mit Brennstoffzellen, die atomaren Wasserstoff (als Treibstoff) sowie atmosphärischen Sauerstoff zu Wasser oxidieren und dabei Strom erzeugen. Der Wirkungsgrad dieses Prozesses liegt bei 35 bis 60 Prozent und somit in einem annähernd vergleichbaren Bereich wie Verbrennungsmotoren. Aus diesem Grund fällt die CO2-Bilanz der Wasserstofftechnologie eher schlechter aus, als bei einem vergleichbaren effizienten Ottomotor, da für die Wasserstoffsynthese ebenfalls Energie benötigt wird.

Der eigentliche "Wasserstoffantrieb" erfolgt über Elektromotoren. Eine Unterstützung durch Speichermedien (Akkus) ist technisch notwendig. Die Betankung mit Flüssigwasserstoff unter Baustellenbedingungen erscheint jedoch problematisch.

Elektroantriebe

Es ist bereits heute festzustellen, dass rein elektrische Antriebe sich sowohl bei den kleineren Maschinenklassen wie Mini- oder Hoflader (Wacker/Weidemann) etablieren (Energiespeicher durch Blei-Akku), als auch bei Großgeräten wie Gewinnungsbagger in Steinbrüchen (quasi-stationärer Stromanschluss) Anwendung finden. Erwähnenswert sind ebenfalls die Anstrengungen von Wacker Neuson, akkubetriebene Kleingeräte wie Akku-Minidumper und Akku-Vibrationsstampfer zu etablieren.

Die Vorteile eines rein elektrischen Antriebs sind evident:

  • Sehr hoher Wirkungsgrad (> 90%),
  • keine Abgase,
  • günstige CO2-Bilanz bei Verwendung von Ökostrom,
  • äußerst geringe Lärmemission,
  • "Betankung" auch unter Baustellenbedingungen gut vorstellbar,
  • hohe Zukunftsfähigkeit.

In den genannten Bereichen werden von den Herstellern beziehungsweise Anwendern der Maschinen Einsparpotenziale im Hinblick auf die Treibstoffkosten zwischen 20 und 48 Prozent genannt, die natürlich immer in Verbindung mit den jeweiligen Kraftstoffpreisen zu sehen sind. Die Mehrkosten für die Anschaffung liegen im Vergleich zum konventionellen Dieselantrieb für den Elektrohoflader lediglich um 10 bis 15 Prozent höher, da kostengünstige Blei-Akkumulatoren verbaut werden.

Da Kompaktmaschinen - und hier vor allem Lader - im Wesentlichen mobil arbeiten, ist es notwendig, die erforderliche elektrische Antriebsenergie on-board zu speichern. Deshalb hängt die Antwort, ob mobile Arbeitsgeräte im kompakten Bereich ökonomisch und rein elektrisch betrieben werden können, von der weiteren Preis- und Kapazitätsentwicklung der Akkutechnologie, aber auch von der Entwicklung der Rohstoffpreise für Gas- und Erdöl ab. Diese Fragen können aus heutiger Sicht nicht abschließend beantwortet werden. Gerade die Entwicklungen im Pkw-Bereich zeigen, dass mit Hochdruck an effizienteren und gleichzeitig kostengünstigeren Akkutechnologien gearbeitet wird, die über kurz oder lang auch der Baumaschinentechnik zu gute kommen werden.

Die grundsätzliche Frage, welche der genannten Antriebstechnologien in Zukunft die größte Nutzerakzeptanz finden beziehungsweise sich im Baustellenalltag als praktikabel erweisen wird, bleibt bis auf Weiteres noch offen. Vieles spricht dafür, dass sich zunächst Hybridantriebe und auf längere Sicht rein elektrische Antriebe durchsetzen werden (Krikler, Palmer 2016). Dieser Prozess ließe sich erheblich beschleunigen, wenn mehr öffentliche Auftraggeber, wie auch von Müller (Müller 2000) gefordert, bei Ausschreibungen verstärkt umweltschonende Maschinen und Geräte nachfragen würden.

Innovative Maschinenkonzepte

Obgleich die Baumaschinenbranche als tendenziell konservativ und überwiegend kostenorientiert gilt, gibt es immer wieder epochale Neuerungen, die wesentlich auf erweiterten technischen Möglichkeiten beruhen. So hat der neu gegründete niederländische Hersteller Diverto im Jahr 2014 eine Hybridmaschine (Diverto Q 100) mit den Merkmalen von Mobilbagger, Radlader und Schlepper auf den Markt gebracht. Hybrid bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Maschine mehrere grundsätzliche Arbeitsfunktionen in sich vereinigt, die im Normalfall jeweils nur von Spezialgeräten erbracht werden können.

Die Alleinstellungsmerkmale dieses neuen Gerätetyps sind zum einen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, die ihn für den kommunalen Bereich prädestinieren und zum anderen der Umstand, dass diese Maschine vollständig mittels einer RC-Fernsteuerung von außerhalb der Kabine bedient werden kann. Die Vorteile dieser Technologie liegen darin, dass der Bediener optimale Sicht auf das Arbeitsgerät, zum Beispiel den Baggerlöffel, hat, dass er weniger Vibrationen ausgesetzt ist und das Ein- und Aussteigen aus der Kabine entfällt (Zeitersparnis, Unfallgefahr).

Gleichermaßen Hybridmaschinen sind die Baggerlader und Skid-Bagger des französischen Herstellers Mecalac, die die Funktionalität von Radlader und Bagger optimaler zusammen führen, als das in die Jahre gekommene Baukonzept des Baggerladers. Der GaLaBau ist gerade dabei, diese innovativen Maschinen für sich zu entdecken. Ihr Mehrnutzen zeichnet sich besonders auf kleineren Baustellen deutlich ab (vgl. Dennstädt 2016).

Ein anderes, grundlegend neues Maschinenkonzept hat der Hersteller John Deere 2006 für den nordamerikanischen Markt entwickelt. Der sogenannte High Speed Dozer 764 HSD vereint Merkmale von Radlader (Knicklenkung), Grader (Geschwindigkeit, Präzision) und Planierraupe (Schubleistung). Hervorstechendes Merkmal sind die vier einzeln aufgehängten, schnelllaufenden Gummikettenlaufwerke, die der Maschine zu hoher Laufruhe bei großer Umschlagleistung verhelfen. Leider vertreibt die Baumaschinensparte von John Deere ihre Produkte nicht in Europa. Allerdings hat ein findiger fränkischer Tiefbauunternehmer inzwischen bereits sechs Maschinen dieses Typs aus den USA importiert und entsprechend den deutschen Bestimmungen umgerüstet.

Die Funktionalität von Radlader und Bagger führen beispielsweise auch die Baggerlader und Skid-Bagger von Mecalac optimaler zusammen, als das in die Jahre gekommene Baukonzept des Baggerladers. Foto: Mecalac

Digitalisierung und Automatisierung von Maschinen

Der High Speed Dozer (HSD) ist ein Maschinenkonzept, das geradezu prädestiniert ist für die Digitale 3D-Maschinensteuerung (DDDM). Hierbei werden Digitale Geländemodelle (DGM) ohne weitere Zwischenschritte direkt mittels Maschine in das Gelände übertragen. Das heißt, es sind keinerlei vermessungstechnische Vorarbeiten mehr notwendig. Sobald das Gerät sich über GPS positioniert hat, kann die Übertragung eines eingespeicherten Höhenplans in das Gelände erfolgen. Der Fahrer muss quasi nur noch dafür sorgen, dass er "Material" vor der Schaufel hat. Die Maschine wird mit diesem System, das beispielsweise von Topcon, Leica oder Trimble angeboten wird, zu einer Art 3D-Drucker für Außenanlagen.

Auch innovative kleinere Hersteller von Zusatzgeräten (MTS) bieten bereits heute nachrüstbare DDDM an, die es ebenfalls ermöglichen, digitale Geländemodelle direkt, dass heißt ohne jede Aussteckung, mit Hilfe von Baggern in die Örtlichkeit umzusetzen. Im Baggerbereich handelt es sich dabei um Nachführsysteme, dass heißt der Fahrer erhält Informationen über einen Bildschirm, die ihm die Lage seines Arbeitsgeräts und den Sollwert in Form eines Bezugshorizonts darstellen. Die Bedienung erfolgt weiterhin manuell. Das bedeutet, der Fahrer steuert den Ausleger und erkennt mit Hilfe des Displays, wo sich die Unterkante seines Löffels in Bezug zur Sollhöhe befindet.

Für Radlader hat Optimas eine 3D-Planiereinrichtung entwickelt, die durch Präzision im Millimeterbereich und sehr hohe Flächenleistungen (3000 bis 4000 m² höhengerechter Einbau pro Tag sind möglich) besticht. Das Besondere an automatisierten Planierbohlen ist, dass sie ein optimales Gerät für typische Baustellenzuschnitte des GaLaBaus darstellen. Für alle genannten innovativen Geräte gilt, dass ihr Einsatz nur mit eigens geschultem und erfahrenem Bedienpersonal effizient sein kann.

Fazit und Ausblick

Im Bereich der landwirtschaftlichen Maschinentechnik ist unter dem Stichwort "Precision Farming" die Digitalisierung der dort eingesetzten Technik weit fortgeschritten. Man versteht darunter die Erfassung raumbezogener und qualitativer Daten mit Hilfe von GPS und Internet. Zu diesen Daten gehören beispielsweise:

  • Erntemengen pro Schlag beziehungsweise pro Bezugseinheit,
  • Maschinenleistung,
  • Kraftstoffverbrauch,
  • Wartungs- und Reparaturdaten.

Im Weiteren stimmen sich die technischen Module wie Getriebe, Motor und Anbaugerät elektronisch aufeinander ab. Unterschiedliche Maschinen können sich in Bezug auf Fahrgeschwindigkeit und Spurhaltung gegenseitig beeinflussen. Ziele sind dabei:

  • Minimierung von Dünger- und Pestizideinsatz,
  • Minimierung des Treibstoffverbrauchs,
  • Automatisierung von Arbeitsvorgängen bis hin zur autonomen Bearbeitung.

Dagegen beinhaltet die Digitalisierung der Baumaschinentechnik nach wie vor ein erhebliches Rationalisierungspotenzial, vor allem auf GaLaBau-Baustellen. Gleichzeitig betonen die Hersteller, dass die Systeme inzwischen soweit ausgereift und anwenderfreundlich seien, dass sich ihr Einsatz auch auf mittleren und kleineren Baustellen durchaus lohnen kann.

Die Grundvoraussetzung für diesen Entwicklungsschritt ist die Implementierung digitaler Geländemodelle in den Planungs- und Ausführungsprozess. Die Herstellung von und der Umgang mit digitalen Geländemodellen muss daher auch ein wesentlicher Baustein der zukunftsfähigen Hochschulausbildung im Bereich Landschaftsbau sein.

Laser- und 3D-Steuerung bei Gradern, Schubraupen oder Zusatzgeräten (Planierschilde) erlauben schon heute sehr hohe Flächenleistungen. Diese Funktionen könnten in Zukunft vollständig und digital direkt im Grundgerät integriert sein, so dass Radlader, Bagger und Co. mithilfe des digitalen Geländemodells zu einer Art 3D-Fertiger werden würden. Über Telematiklösungen sind die aktuellen Leistungs- und Lagedaten an einen Bürocomputer übermittelbar beziehungsweise können von dort Planänderungen empfangen werden. Die aufbereiteten Informationen sind in der Folge eine optimale Grundlage für die Kalkulation und Nachkalkulation beziehungsweise zur Dokumentation der korrekten Ausführung. Sie können selbstverständlich auch als Aufmaßgrundlage beziehungsweise zur Leistungsabrechnung genutzt werden. Die meisten dieser Features existieren bereits als Einzellösung beziehungsweise als Applikation. Der nächste folgerichtige Entwicklungsschritt wäre die Integration aller Funktionen direkt in das Gerät mit einer anwenderfreundlichen Benutzeroberfläche. Dies ist im Bereich der großen Walzenzüge teilweise schon heute Realität.

Würde man die existierende Fernsteuerungstechnologie (Diverto) mit der digitalen Maschinensteuerung kombinieren, so könnten Baumaschinen künftig über Bussysteme von jedem beliebigen Ort aus gesteuert werden beziehungsweise in letzter Konsequenz auch irgendwann autonom arbeiten.

Es ist abzusehen, dass die Maschinenhersteller, den wachsenden digitalen Markt nicht allein den Anbietern von Zusatzgeräten überlassen, sondern selbst danach trachten werden, mittels integrierter digitaler Technik möglichst autonom, präzise und sicher arbeitende Maschinen zu entwickeln.

Literatur

Dennstädt, C.: Einsatz und Rentabilität von Hybridmaschinen im Garten- und Landschaftsbau am Beispiel Skid-Bagger, Bachelorarbeit an der Hochschule Weihenstephan Triesdorf 2016.

Hoepke, E.: und S. Breuer (Hrsg.): Nutzfahrzeugtechnik, Wiesbaden 2013.

König, H.: Maschinen im Baubetrieb, Wiesbaden 2008.

Krikler, M.; Palmer, S.: Qualitative Studie zur Akzeptanz alternativer Antriebe bei kompakten Baumaschinen im Garten- und Landschaftsbau, Bachelorarbeit an der Hochschule Weihenstephan Triesdorf 2016.

Müller, F.: Baumaschinen im GaLaBau, Hannover 2000.

Robert Bosch GmbH (Hrsg.): Kraftfahrzeugtechnisches Handbuch, Wiesbaden 2011.

Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Berlin (Herausgeber): Luftreinhalteplan 2011-2017, Beratungsleitfaden für die Partikelfilternachrüstung, Umweltstandards für Baumaschinen im Hoch- und Tiefbau im Rahmen öffentlicher Aufträge, Berlin 2015; abrufbar unter: www.stadtentwicklung.berlin.de/umwelt/luftqualitaet/de/baumaschinen/downloads/leitfaden_partikelfilternachruestung.pdf

Dieser Artikel erschien in der Ausgabe NEUE LANDSCHAFT 04/2016 .

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