Alternative Antriebskonzepte: Potentiale durch Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen

Transkript

1 Landsberger Praxistag Sensor-Technik Wiedemann GmbH Dietmar Schrägle Alternative Antriebskonzepte: Potentiale durch Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen

2 Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW) Inhaber: Hr. und Fr. Wiedemann Gründung: Beschäftigte 55 Mio Umsatz 15% 30% Entwicklung Administration 55% Produktion The next generation: Sonja Wiedemann Dr. Michael Schmitt STW Netzwerk mit Tochterunternehmen in den USA und UK und weltweiten Systemintegratoren

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4 Kundenübersicht

5 Was erwartet uns in Zukunft?

6 Was erwartet uns in Zukunft? Zunahme der Bevölkerung Reduzierung der Agrarflächen Mehr gesetzliche Vorgaben Mehr landwirtschaftliche Dienstleistungen Mehr Ertrag durch weniger Einsatz Kostendruck Dokumentation Herstellungsprozess Umweltschonende Energien source: Wikipedia source: Stiftung Weltbevölkerung vom

7 Aktueller Stand sind hydraulische Antriebe

8 Steigerung der Produktivität Quelle:

9 Was erwartet uns in Zukunft? Kostenaufwand der konventionellen Antriebstechnik steigt bis 2020 überproportional Evolution Kostenberg Revolution Konventionelle Antriebstechnik Steigende Systemkomplexität Steigende Systemkosten ohne Mehrwert für den Kunden Wartungsintensives Gesamtkonzept Elektroantrieb Robuste, wartungsarme Konzepte Neue Fahrfunktionen Elektrifizierung der Nebenverbraucher Autonome, vernetzte Arbeitsmaschinen Ist die Zeit reif für einen Systemwandel?

10 Elektrische Antriebe für Mobile Maschinen Vorteile: Hohe Rekuperationsenergie Downsizing/Rightsizing des Verbrennungsmotors Leistungsspitzen werden durch die Batterie versorgt Flexible Anordnung der Aggregate Baukastensystem des Komponenten (GEN-SETs + Antriebspaket) Einfache Struktur des Gesamtkonzeptes

11 Alternative Konzepte

12 Alternative Konzepte Die Idee: Effiziente Arbeitsmaschine Precision Farming (autom. Spurführung) GPS Tracking variable Spurverstellung: 3.25 m im Feld und 2.25 m auf der Strasse Landwirt und Arbeit zuerst Elektrischer Antrieb

13 Alternative Konzepte Aber warum elektrisch? einstellbare Breite mit 4 angetriebene und gelenkte Räder -> hydraulic or electric Entscheidung: Machen wirs elektrisch Dies führt zu neuen Funktionen: Tanken mit Sonne, Biogas, Wasser- und Windturbinen Elektrisch Fahren in geschlossenen Gebäuden oder Gewächshäusern Bessere Traktion. Allradantrieb mit optimierter Schlupfregelung Höherer Wirkungsgrad Elektrische Zapfwelle Mit 55 kw (E- Motor) battery pack 30 kw/h diesel generator pack 140kW 4 Radmotoren kw Drehmomentsteigerung bis zu 5350 Nm am Rad

14 Alternative Konzepte Technische Daten Elektroantrieb mit 4 22 kw Nennleistung und 4 44 kw Maximalleistung Batterie/Akku: 30 kwh 6-Zylinder-Dieselmotor mit Range Extender Generator Elektronische Lenkung mit GPS-RTK, vorbereitet für autonomes Fahren Drei Geräteanbauräume Stufenlos verschiebbare Kabine Spurverstellung 2,25 bis 3,25 m Radstand 5 m Nutzlast kg

15 Elektrische Antriebe für Mobile Maschinen 1. Schritt 2. Schritt 3. Schritt 4. Schritt Analyse Systemauslegung Pilot aufbauen Serienentwicklung Analyse der Anwendung in einem Workshop. Begreifen des zu elektrifizierenden Systems in seiner natürlichen Umgebung. Wo liegt der Nutzen in einer Elektrifizierung. Welche Mehrwerte gibt es und was bedeutet dies für den Kunden. Ergebnis: Ergebnisbericht, Nutzenanalyse Sammeln aller notwendigen Daten. Dokumentenreview bzgl. der gesetzlichen Anforderungen. Mit STW Equipment Last- und Einsatzprofile aufzeichnen, Simulationen erstellen und auswerten Ergebnis: Techn. Konzept zur Systemauslegung & Angebot für den Pilot. Unterstützung beim Aufbau eines Demonstrators inkl. Nachweis für eine erfolgreiche Elektrifizierung. Gemeinsame Projektarbeit mit dem Kunden Serienstart mit speziell für die Serie entwickelten Komponenten. STW und Partner (Getriebe, Batterie, usw.)

16 Alternative Konzepte Vorteile: Hohe Effizienz im gesamten Arbeitsbereich Mit elektrischem Antrieb für mehr Profitabilität Einsparung im Rodebetrieb 24,1% Einsparung von Diesel und Emissionen

17 Alternative Konzepte

18 Motivation von elektrischen Anbaugeräten Steigerung der Produktivität Umweltfreundliche Energie Erhöhung der Qualität Erhöhung der Umweltverträglichkeit Reduzierung der Emissionen Reduktion von Dünger, Saatgut, Pflanzenschutzmittel source: Grimme Landmaschinen

19 Elektrische Zapfwelle Für die Elektrifizierung der Anbaugeräte wird ein "Stecker" benötigt, um die elektrische Leistung zu übertragen Schnittstelle für Datenübertragung ISOBUS AEF Steckdose Riesige Anzahl von verschiedenen Arbeitsmaschinen (Interoperabilität) source: Amphenol source: AGCO/Fendt Pichlmaier

20 Elektrische Zapfwelle Generator direkt am Dieselmotor 130 kw Generator Front- und Hecksteckdose Powerbus für elektrifizierte Anbaugeräte Rückspeisefähig Kühlung im Traktor Kompakte Lösung

21 Elektrische Zapfwelle

22 Elektrische Zapfwelle

23 Elektrische Zapfwelle

24 Anforderung mobile Anbaugeräte Sensorisch angetriebene Landwirtschaft Qualitätssteigerung Prozess muss vom Bediener gesteuert werden Interaktion zwischen Taktor und Anbaugerät Enge Beziehung der verschiedenen Bewegungen Große Anzahl von Bewegungen Flexibilität in der Funktion hohe Präzision Reaktionszeit ziemlich schnell Hoher Schutz gegen Staub, Regen, Robust gegen Vibration, Schock... source: Amazone Dezentrale, elektrisch angetriebene System wird benötigt wie in der Werkzeugoder Verpackungsindustrie

25 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Grimme Kartoffelroder Ziel: Effizienzsteigerung Elektrisches Fahren mit zwei E-Motoren in den Rädern Ohne Hydrauliköl Effizienzsteigerung um 10% gegenüber der Hydraulik Präzision viel besser Intelligente Antriebssteuerung Abhängig von Bodenbeschaffenheit source: Grimme

26 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Amazone EDX Sähmaschine Ziel: Elektrifizierung lernen E-Motoren 11 kw Elektrische Saatgut- Seperator Funktion mit hoher Präzision System sehr robust Einfach zu kontrollieren Hohe Reproduzierbarkeit Höhere Leistung der Maschine zur Verfügung. Einfache Verteilung und Erweiterbarkeit source: Amazone

27 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Fliegl elektrische Antriebsachse im Abschiebewagen Ziel: viel effizienter in Energie und Zeit Kleinere Schlepperleistung erforderlich 140kW Antriebsmotor in Achse eingebaut Bessere Traktion im Feld Erhöhung der Last um bis zu 26% möglich Verbesserung der Zugkraft source: AGCO/Fendt source: STW

28 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Pöttinger elektrischer Schwader Ziel: Erhöhung der Erntequalitäten 4 Elektromotoren Gesteuert durch den Traktor Abnahme von Verlusten und Verunreinigung Theoretische Berechnung entsprechen von 700l mehr Milch aus jedem Hektar und Schnitt source: Pöttinger

29 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Rauch elektrischer Düngerstreuer Ziel: sicherer Dünger Die mit hochdynamischen Servomotoren ausgerüstet sind Viel mehr regelmäßige Verteilung Ausbreitungsrichtung kann gesteuert werden Geliefert in Serie zusammen mit J. Deere RE Traktor source: Rauch

30 Alternative Konzepte Traktor Anbaugeräte Krone Ballenpresse mit elektrischer Folienverpackung Ziel: bessere Kontrolle der Folie 2 Servomotoren für den Tisch und die Folienwicklung Keine reißen mehr Verpackungsergebnis besser viel schneller source: Krone

31 Zukunft Elektrifizierung Traktor: Alle Traktoren haben elektrische Steckdose zum Anbaugerät Steckdose Standard-Schnittstelle mit Kreuzkompatibilität und Interoperabilität AEF Standard Anbaugerät flexibel Sensor getrieben effizient zuverlässig... source: J. Deere source: STW source: Amazone

32 Herausforderung bei der Umsetzung Eine kleine Auswahl notwendige Funktionen Ausbildung von Fachpersonal Schaffung von Normen / Standards Praktikable Konfiguration(en) Erweiterung ISO-Bus-Protokoll taugliche Steckdose(n) Sicherheitskonzept Kühlung kostenoptimierte Serienkomponenten Identifizierung der Anwendungen Definition und Nachweis des Nutzens

33 Was erwartet uns in Zukunft? Source: Fendt Source: Amazone Source: Fendt Source: Kongskilde Der vernetzte Acker Digitale Revolution: Effizientere Landwirtschaft und sichere Ernten Source: Bayer

34 Vielen Dank