Technischer Systemvergleich • Erd- & Wegebau

Effizienzrevolution im Erd- und Wegebau: Warum das stufenlose Traktor-Antriebskonzept herkömmlichen Baumaschinen energetisch überlegen ist

Ein technischer Vergleich zwischen hydrodynamischen Wandlergetrieben bei Motorgradern und leistungsverzweigten Stufenlosantrieben (CVT) in Kombination mit Load-Sensing-Arbeitshydraulik.

In Zeiten steigender Kraftstoffpreise und strenger werdender CO₂-Flottengrenzwerte rückt der Wirkungsgrad von Baumaschinen verstärkt in den Fokus. Während im modernen Straßen- und Erdbau seit Jahrzehnten auf spezialisierte Selbstfahrmaschinen wie Motorgrader und Walzenzüge gesetzt wird, offenbart eine genaue Analyse des Antriebsstrangs erhebliche energetische Defizite im realen Arbeitsalltag. Die Stehr Baumaschinen GmbH hat als Pionier frühzeitig aufgezeigt, dass die Kombination aus modernen Großtraktoren mit stufenlosem, leistungsverzweigtem Getriebe und bedarfsgerechter Load-Sensing-Hydraulik den Kraftstoffverbrauch und die CO₂-Emissionen bei Planier- und Verdichtungsarbeiten um über 50 Prozent senken kann.

-50 bis 65 %

CO₂- & Kraftstoff-Einsparpotenzial

~ 7 l/h

Praxisverbrauch (200-PS-Traktor + SBV Verdichter)

1.000–1.200

U/min optimale Motordrehzahl im Teillastbereich

13,3 kW

Max. Spitzenleistung der Stehr-Schildsteuerung (ca. 18 PS)

Konventionelle Technik

1. Das energetische Dilemma klassischer Motorgrader im Arbeitsmodus

Auf dem europäischen Markt kommen bei selbstfahrenden Motorgradern traditionell Lastschaltgetriebe in Kombination mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler zum Einsatz, ergänzt durch einen hydrostatischen Vorderradantrieb für den Kriechgang (Creep-Modus). In der Theorie deckt dieses Konzept alle Geschwindigkeitsbereiche ab – in der Baustellenpraxis zeigt sich jedoch ein gravierendes Effizienzproblem im Hauptarbeitsbereich um 5 km/h.

Das Versagen des Kriechgangs unter Last und an Steigungen

Um im Feinplanum Kraftstoff zu sparen, schalten moderne Allrad-Grader im Kriechgang das Hinterachsgetriebe auf Neutral und ziehen die Maschine ausschließlich über die beiden hydraulischen Radnabenmotoren der Vorderachse.

Physikalische Grenze: Da bei einem Motorgrader konstruktionsbedingt rund 70 bis 75 Prozent des Maschinengewichts auf den Tandem-Hinterachsen lasten, fehlt der Vorderachse die nötige Traktion.
Stillstand bei geringster Steigung: Dieses System funktioniert ausschließlich auf absolut ebenem Untergrund mit nahezu leerer Schar. Bereits bei einer minimalen Steigung von 3 Grad (ca. 5 %) oder höherem Materialwiderstand vor dem Schild erreicht der Hydraulikdruck an der Vorderachse das Druckbegrenzungsventil. Der Grader bleibt stehen.

Der Wandler als „Energievernichter“ im Teillastbereich

Sobald das Gelände leicht ansteigt oder schwereres Material verschoben werden muss, ist der Fahrer gezwungen, den Hauptantrieb der Hinterachsen zuzuschalten:

Hohe Differenzdrehzahl nötig: Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler benötigt bauartbedingt eine Motordrehzahl nahe Volllast (ca. 1.800 bis 2.200 U/min), um genügend Öldruck und Drehmoment für den Kraftschluss aufzubauen.
Energieverlust durch Wärme: Für die reine Planierfahrt bei 5 km/h wird jedoch nur ein Bruchteil der maximalen Motorleistung benötigt. Die überschüssige Energie wird durch den Schlupf im Wandler direkt in Wärme umgewandelt und muss über groß dimensionierte Kühlsysteme abgeführt werden.
Die Bilanz: Fährt die Maschine mit unnötig hoher Nenndrehzahl statt im optimalen Teillastbereich, verdoppelt sich der Kraftstoffverbrauch – und im exakt gleichen Verhältnis (2,65 kg CO₂ pro Liter Diesel) steigen die Schadstoffemissionen.

Das Stehr-Prinzip

2. Die Alternative: Leistungsverzweigter Stufenlosantrieb (CVT) und Load Sensing

Als erstes Unternehmen der Branche hat Stehr das Potenzial des stufenlosen, mechanisch-hydrostatisch leistungsverzweigten Traktorgetriebes (bekannt durch das Fendt-Vario-Prinzip) für schwere Bauanwendungen erkannt und konsequent auf Anbaugrader sowie Anbau-Plattenverdichter übertragen.

Maximale Zugkraft bei halber Motordrehzahl

Im Gegensatz zum Wandlergetriebe arbeitet ein leistungsverzweigtes Stufenlosgetriebe ohne verschleiß- und verlustbehafteten Drehmomentwandler. Die Kraft wird über ein Planetengetriebe in einen mechanischen und einen hydrostatischen Zweig aufgeteilt.

Souverän an jeder Steigung: Bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 5 km/h – auch an Steigungen über 3 Grad und mit voll gefüllter Schar – wählt das Getriebe stufenlos eine extrem kurze Übersetzung.
Optimaler Teillastbereich: Der Dieselmotor des Traktors kann dabei im Bereich des niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei 1.000 bis 1.200 U/min (nahezu halbe Nenndrehzahl) betrieben werden.
Formschlüssige Traktion: Durch die gleichmäßige Gewichtsverteilung und die großen Raddurchmesser eines Allrad-Schleppers wird die Kraft über alle vier Räder formschlüssig auf den Boden übertragen, ohne dass ein Wandler „im Öl rührt“.

Energetische Entkopplung der Schildsteuerung (40 l/min bei 200 bar)

Ein weiterer Effizienzvorteil des Stehr-Konzepts liegt in der strikten Trennung von Fahrantrieb und Arbeitshydraulik beim Grader-Einsatz. Während bei konventionellen Gradern große Hydraulikpumpen permanent mit hoher Motordrehzahl mitgeschleppt werden, benötigt die präzise Schildsteuerung eines Stehr-Anbaugraders lediglich einen Volumenstrom von 40 l/min bei 200 bar.

Rechnerische hydraulische Spitzenleistung

P = Q · p 600 = 40 l/min · 200 bar 600 ≈ 13,3 kW (ca. 18 PS)

Impulsweiser Abruf ab Standgas: Diese geringe Leistung fällt zudem nur impulsweise bei aktiven Korrekturbewegungen der Zylinder (z. B. über 3D-Laser- oder GPS-Steuerung) an und wird vom Load-Sensing-System des Traktors bereits knapp über Standgas mühelos bereitgestellt.

Messwerte unter Realbedingungen

3. Praxisbeweis Plattenverdichter: 7 Liter Diesel pro Stunde mit 200 PS

Noch deutlicher zeigt sich die Überlegenheit der Kombination aus stufenlosem Fahrantrieb und Load-Sensing-Hydraulik beim Einsatz der Stehr-Plattenverdichter (SBV). Auf Initiative von Stehr wurde bei Traktoren im Baueinsatz erstmals eine direkte Kraftstoffverbrauchsanzeige (Liter pro Stunde) im Cockpit-Terminal etabliert, um die tatsächlichen Effizienzvorteile unter Realbedingungen transparent zu machen.

Kein starrer Zapfwellenzwang

Der Antrieb der Unwuchterreger am Stehr-Plattenverdichter erfolgt nicht mechanisch über eine Zapfwelle (die den Motor an eine feste Mindestdrehzahl binden würde), sondern rein hydraulisch über das Load-Sensing-System des Traktors.

Bedarfsgerechte Förderung

Die Verstellpumpe des Schleppers regelt Fördermenge und Druck exakt auf den Bedarf des Hydromotors am Verdichter ein. Es entstehen keinerlei Drosselverluste durch abblasende Überdruckventile.

Nur ca. 7 Liter pro Stunde

Ein 200-PS-Schlepper fährt im Kriechgang stufenlos im verbrauchsgünstigen Teillastbereich, während Load Sensing den Verdichter konstant antreibt. Das Ergebnis: ca. 7 l/h Diesel – für konventionelle Walzenzüge (oft 15 bis 22 l/h) technisch unerreichbar.

Direkter Systemvergleich

4. Systemvergleich auf einen Blick

Technisches Merkmal

Klassischer Motorgrader / Walzenzug (Wandler / Standard-Hydrostat)

Traktor mit Stehr-Anbaugrader / Plattenverdichter (CVT + Load Sensing)

Fahrantrieb bei 5 km/h (Steigung)