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Mobile Maschinen 4/2017

Mobile Maschinen 4/2017

Future drive

Future drive technologies for mobile working machines 2020/2025 Studie über die Trends und Entwicklungen zukünftiger Antriebskonzepte Das Thema Antriebstechnik für mobile Arbeitsmaschinen stellt sich immer wieder neu. Als wichtige Systeme und Komponenten haben sich in der Vergangenheit Dieselmotoren und hydrostatische Antriebe herauskristallisiert. Dennoch haben sich in der Vergangenheit immer wieder neue Lösungsansätze bewährt, wie die folgende Studie aufzeigt. Die Vögele AG stellte Mitte der 90iger Jahre den Straßenfertiger Super 1 800 DE - „Der Umweltfreundliche” – mit dieselelektrischem Antrieb vor. Als Vorteile wurden genannt: sowohl 50 % weniger Kraftstoff als auch Abgase sowie bis zu 30 dB(A) leiser. Jahre später erlebten mobile Arbeitsmaschinen mit Hybridantrieb einen ersten Höhepunkt. Maschinenhersteller arbeiteten Autor: Joachim Stieler, Stieler Technologie- & Marketing-Beratung GmbH & Co. KG an der Entwicklung von Radladern, Hydraulikbaggern oder auch an Straßenbaumaschinen mit Hybridantrieb. Allerdings verhinderte der Mangel an geeigneter Batterietechnik damals noch eine Serienproduktion. Dieselmotoren wurden mit aufwendigen Abgasreinigungssystemen ausgerüstet, um der aktuellen Emissionsgesetzgebung zu entsprechen, hydrostatische Antriebe wurden energetisch optimiert. Neue Rahmenbedingungen Im Automobilsektor verlieren Dieselmotoren mittlerweile an Marktanteilen, Fahrzeughersteller setzen künftig auf elektrische Antriebe. Dies kann nach Aussagen eines Maschinenherstellers dazu führen, dass die Dieselmotorentechnik auch für mobile Arbeitsmaschinen nicht mehr in dem erforderlichen Umfang weitergeführt wird. Dafür wird die Batterietechnik derzeit massiv ausgebaut. Bei der Vergabe von öffentlichen Bauprojekten wird künftig auch mitentscheidend sein, über welchen „sauberen“ Maschinenpark Bauunternehmen verfügen. Maschinen mit umweltfreundlichen Antrieben erhalten Sonderrechte auf öffentlichen Straßen und können Busspuren nutzen, um so ihre Ladung schneller an ihren Bestimmungsort zu bringen. Baukasten der Zukunft Zu den etablierten Anbietern von Antriebstechnik werden sich weitere Unternehmen mit neuen Konzepten gesellen. Entwickler und Konstrukteure haben damit künftig einen größeren Baukasten zur Verfügung, der sie in die Lage versetzen wird, neue Maschinenkonzepte (z. B. Hybridantriebe, elektrohydraulische Lösungen) realisieren zu können. Bonfiglioli bietet mit dem elektrischen Radantrieb 610X mit 40 000 Nm Spitzendrehmoment eine Lösung für Bagger und Baggerlader an. Der E-Antrieb wurde für den schwedischen Hersteller von Baggerladern Huddig entwickelt. Mit der Tigon-Technik bietet Huddig einen dieselelektrischen Hybridantrieb an. Der dieses Jahr vorgestellte Prototyp erreicht dabei gegenüber konventionellen Baggerladern eine Kraftstoffeinsparung von bis zu 25 %. (siehe Mobile Maschinen 03/2017, S. 18) Bosch-Rexroth verfügt mit dem Fahrantrieb HYDROTRAC GFT Baureihe 8000 über ein flexibles Baukastenkonzept. Bestimmte Baureihen lassen sich mit einer dynamischen Lamellenbremse kombinieren. In Verbindung mit dem Rexroth Hochleistungsbremssystem HLB können selbstfahrende Arbeitsmaschinen (z. B. Feldspritzen) die hohen Sicherheitsanforderungen der StVZO in Deutschland erfüllen. Die Lamellen sind in das Getriebe integriert. 36 Mobile Maschinen 4/2017

STUDIE I ANTRIEBE UND ANTRIEBSELEMENTE Neue Antriebskonzepte haben Veränderungen für andere Technologien zur Folge. Für Zulieferer aus angrenzenden Bereichen (z. B. Abgastechnik, Controls und Sensorik), gilt es sich darauf einzustellen. Neue Maschinenkonzepte 01 Innovationen in Bezug auf Maschinentechnologien und Elektronik nach Anzahl der Nennungen Innovationen in Bezug auf Maschinentechnologien & Elektronik nach Anzahl der Nennungen Product groups Electronic controls and devices Electric drives Sensor technology Connectivity Hydraulics Engine technology HMI Hybrid + generator technology Software Transmission Camera systems Steering technology Connectors Engineering Cabs 02 Roadmap für verschiedene Antriebstechnologien für mobile Arbeitsmaschinen Roadmap für verschiedene Antriebstechnologien für mobile Arbeitsmaschinen 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 Lieferanten • Hydraulische Antriebstechnik • Elektrische Antriebstechnik • Hybridtechnik inklusive Energiespeicherung • Verbrennungsmotoren (Diesel, Gas) und Brennstoffzellen • Batterietechnologien Maschinenhersteller • Baumaschinen Fahrfunktionen Hybridantriebe • Landmaschinen Arbeitsfunktionen Hydraulik • Fördertechnik Elektrotechnik Neue Motoren Rahmenbedingungen • Emissionsvorschriften • Energieverbrauch • Ressourcen • Wirtschaft Mobile Arbeitsmaschinen werden sich in den nächsten Jahren grundlegend verändern. Neben geringeren Abgasemissionen und einer höheren Maschineneffizienz werden Themen wie IoT und Big Data verstärkt Einzug halten, das Thema Connectivity hat sich bei den großen Maschinenherstellern bereits etabliert. Ebenso werden Roboter- und Automationstechnik in Bau- und Landmaschinen zunehmen. Während einerseits an der Auflösung bestehender Maschinenarchitekturen gearbeitet wird, z. B. das Projekt MARS (Mobile Agricultural Robot Swarms) von Fendt, wird es andererseits auch zu integrierten Lösungen kommen. (siehe Mobile Maschinen 04/2016, S. 40) Nachfolgende Beispiele stehen stellvertretend für weitere Entwicklungen im Bereich mobiler Maschinen: n Komatsu führte bereits 2008 den ersten Hybridbagger PC200-8, eine 21-t-Maschine, ein. Auf der Bauma 2016 wurde der Hybridbagger HB365LC-3 vorgestellt. Bei dieser Maschine wird der gleiche Dieselmotor wie bei der konventionellen Maschine eingesetzt. Als Hybridmaschine ist dieser Bagger damit leistungsfähiger. n Die Hamm AG zeigte auf der BAUMA 2016 die Tandemwalze HD + 90i PH mit leistungsstarken Hybridantrieb. Diese gilt als erste Straßenwalze mit einem hydraulisch unterstützten Hybridantrieb. Die maximale Last wird bei dieser Maschine nur für kurze Perioden abgerufen. In allen anderen Arbeitssituationen gibt es eine ausreichende Gangreserve, um den Hydraulikspeicher für den nächsten Bedarf neu zu laden. n Volvo CE stellte im Mai mit dem Prototypen EX2 einen vollelektrischen Kompaktbagger vor, der in Zusammenarbeit mit sechs Partnerunternehmen entwickelt wurde. n John Deere Landmaschinen stellte auf der SIMA Ende Februar in Paris seinen SESAM-Traktor (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery) vor. Dieser verfügt über zwei Elektromotoren für Fahr antrieb, Zapfwelle und das Hydrauliksystem. Als Energiequelle wurden Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die sich anstelle von Dieselmotor, Kraftstofftank und Abgasnachbehandlungssystem befinden. Auch sprechen neue Perspektiven im Bereich Präzisionsanbau für die Elektrifizierung. So kommt bei der John Deere Einzelkornsämaschine 1725NT ExactEmerge ein schnell ansprechender elektrischer Antrieb mittels Zapfwellengenerator zum Einsatz. Künftig werden Saateinheiten einzeln und unabhängig voneinander durch Servomotoren gesteuert. Hinzu kommt die Kompatibilität mit für die Präzisionslandwirtschaft entwickelten FarmSight-Lösungen wie automatische Lenk- und Dokumentationssysteme bis hin zum internetbasierten Datentransfer. Treiber neuer Antriebskonzepte System innovations Energieverbrauch und Emissionsreduzierung sind nicht allein die Treiber neuer Antriebskonzepte. Vielmehr geht es um die Automatisierung von Maschinenfunktionen, dynamischere und präzise Arbeitsabläufe und somit um eine höhere Maschineneffizienz sowie um Maschinen mit intelligenter Sensorik und Datenübertragung. 0 50 100 150 200 250 Zulieferer ermöglichen mit Innovationen und neuen Technologien zukunftsgerichtete Maschinen Zukünftige Rahmenbedingungen nehmen großen Einfluss auf die Entwicklung neuer Maschinen Schlussendlich auch um eine einfachere Wartung. Serviceunternehmen rechnen bei elektrischen Radantrieben in Landmaschinen mit einer einfacheren Fehlersuche gegenüber heutigen hydraulischen Antrieben. Hinweis des Autors: Der Beitrag beruht auf einer laufenden Studie zum Thema. In ihrem Rahmen werden verschiedene Schlüsselfragen behandelt. Auf Basis der Studienergebnisse wird eine Roadmap für die verschiedenen Antriebstechnologien für mobile Arbeitsmaschinen entwickelt. Bilder: Aufmacher fotolia, 01 – 02 STM www.stm-stieler.de Technologies & Electronics Cameras Controls Electric Energy Storage Electrical Drive Systems Electromechanical Actuator Electronics Engine GNSS Devices + Services HMI Hybrid Drives Hydraulics Sensors Software Steering Traction & Suspension Transmission Mobile Maschinen 4/2017 37