Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern

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1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Verarbeitungsmaschinen und Mobile Arbeitsmaschinen Professur für Agrarsystemtechnik Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern Mike Geißler, Wolfgang Aumer, Thomas Herlitzius Ludwigsburg, 04. Juni 2013

2 Gliederung Bedürfnisse und Nutzen Stand der Technik Aufbau eines Antriebssystems und Beherrschung der Besonderheiten Übersicht zu entwickelten Antriebssystemen Zusammenfassung Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 2 2

3 Vom Bedürfnis zum Nutzen Falsch: Kundenbedürfnis identisch technische Anforderung Bedürfnis entsteht aus einem subjektiven oder objektiven Mangel und dem Bedürfnis diesen zu beseitigen Sobald sich Bedürfnisse auf wirtschaftliche Güter richten, kann von Bedarf gesprochen werden Wenn finanzielle Mittel vorhanden sind, wird aus dem Bedarf eine Nachfrage Der Erwerb und Gebrauch des Gutes befriedigt das Bedürfnis und wird als Nutzen wahrgenommen Quelle: Sturm, F.: Identifikation Kundenbedürfnisse. Universität Stuttgart, Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 3 3

4 Artikulierte vs. latente Bedürfnisse Artikulierte Bedürfnisse Entwicklungsrisiko für neue Leistungen ist drastisch reduziert, da konkrete Erwartungen formuliert sind Latente Bedürfnisse Erkennen unspezifischer und unbewusster Bedürfnisse mit dem Ziel höhere Preise zu erzielen durch radikale Innovationen Quelle: Sturm, F.: Identifikation Kundenbedürfnisse. Universität Stuttgart, Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 4 4

5 Was sind Bedürfnisse in der Landtechnik? Artikulierte Bedürfnisse Steigerung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit durch: Schnelle Reaktion auf äußere Einflüsse durch schnelle und exakte Regel- und Steuerbarkeit Effizienz (Energieeinsatz/ha, t/h) Automatisierung Bedienerfreundlichkeit Zuverlässigkeit, Diagnosemöglichkeit, Schadensvorhersage Service und Wartung Ressourceneffizienz und Umweltverträglichkeit Vielfalt des Einsatzes und Optionalität von Technik Latente Bedürfnisse Hängen von der jeweiligen Anwendung ab Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 5 5

6 Einsatzmöglichkeiten elektrischer Antriebssysteme Anforderungen an das Antriebssystem Hohe Energieeffizienz Gute dynamische Eigenschaften Hohe Flexibilität Bedienfreundlichkeit Hohe Funktionalität Geringe Kosten Potenziale elektrischer Antriebssysteme Rekuperation Phlegmatisieren und Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors Boosten Individuelle Steuer- und Regelbarkeit der Einzelantriebe Automatisierbarkeit des Gesamtssystems Elektrische Schnittstelle Kurzzeitiger emissionsfreier Betrieb Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 6 6

7 Stand der Technik Mechanischer Antrieb über Zapfwelle + Übertragung der gesamten Dieselmotorleistung + Hohe Wirkungsgrade Festes Übersetzungsverhältnis, geringe Variabilität in der Drehzahl Starre Kopplung des Dieselmotors Kein Feedback aus dem System Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 7 7

8 Stand der Technik Hydraulische Antriebe + Variabilität in der Drehzahl + Hohe Leistungsdichte Übertragbare Leistung ist begrenzt; Geräte größerer Leistung besitzen eigenes Hydrauliksystem Mäßige Wirkungsgrade Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 8 8

9 Stand der Technik Elektrische Antriebe für Stellantriebe (12 V - Schutzkleinspannung) für Dosierung und Stellantriebe + Präzise Steuerung der Drehzahl Begrenztes Leistungsvermögen durch Stromversorgung vom Traktor; Nur Kleinantriebe technisch sinnvoll Dosierantrieb Wurfweitensteuerung Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 9 9

10 Stand der Technik Mechanische und hydraulische Antriebe Vorteile Bewährte Technologie Kompakte Baugröße Standardisierte Bauteile... Nachteile In einigen Fällen ein schlechter Wirkungsgrad Verkettete Antriebe über Gelenkwelle und Getriebe Begrenzte Erweiterbarkeit bei elektrischen Kleinantrieben Schlechte Regelung/Steuerung einzelner Antriebe... Quelle: Hofinger: Hochvoltsysteme aus Sicht eines Anbau Geräteherstellers (Pöttinger) Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 10 10

11 Vergleich der Antriebssysteme Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 11 11

12 Möglichkeiten Elektrischer Antriebe Hoher Wirkungsgrad, vor allem im Teillastbereich Hohe Drehmomente bereits ab Drehzahl 0 Hohe Dynamik durch schnelle Anregelung des Drehmomentes Drehmomentwelligkeit gering Verschleißfreie Drehmomentübertragung Einfache Realisierung von dezentralen und baurausparenden Antrieben Reduzierte Lärmbelastung Einfache Drehzahl- und Drehmomentmessung Funktionsintegration mit den Antrieben möglich Aber Notwendigkeit einer Kühlung für leistungsdichte Antriebe Realisierung eines Schutzkonzeptes EMV Kosten Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 12 12

13 Finden der Balance zwischen Aufwand und Nutzen Anwendernutzen Energiebereitstellung Sicherheitskonzept EMV Effizienz Regelbarkeit Verfügbarkeit Zuverlässigkeit Kosten Kühlung Masse Bildquelle: Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 13 13

14 Systemkomponenten Leistungserzeugung, Leistungsverbraucher, Energiespeicher, Schutzsystem, Spannungsbegrenzung, Kühlsystem, übergeordnete Steuerung Betriebsstrategien: Diesel-Elektrischer Betrieb, Boosten, Rekuperieren, Rein elektrischer Betrieb, Betriebspunktverschiebung am Dieselmotor Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 14 14

15 Identifizieren der Anwendungen in Kombination mit dem Traktor Traktorlastkollektiv und Potenzial der Elektrifizierung Arbeitszeitanteile [%] Dieselmotorleistung [kw] Quelle: Renius, K.-Th.: Trends in Tractor Design with Particular Reference to Europe, Journal of agricultural Engineering. Res. 57(1994) Nr. 1, S Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 15 15

16 Elektrische Anbaugeräte Fliegl Triebachs-Anhänger Rauch - Düngerstreuer Pöttinger - Schwader Lemken - Kreiselegge Amazone Sämaschine / Spritze Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 16 16

17 Elektrifizierungsszenarien Traktor mit hydraulischer Schnittstelle Traktor mit Zapfwelle Anbaugeräte mit mechanischen oder hydraulischen Antrieben Traktor mit stufenloser Zapfwelle Mobile Energiequellen Elektrifizierte Anbaugeräte Traktor mit elektrischer Schnittstelle Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 17 17

18 Leistungsbereitstellung GKN Walerscheid Zuidberg / STW Raussendorf ZF Friedrichshafen BLT Wieselburg Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 18 18

19 Elektrifizierte Fahrantriebe Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 19 19

20 Zusammenfassung Erste Prototypen zeigen, dass der elektrische Antrieb Verfahrensvorteile erzeugt. Es ist die Kette von Stromerzeugung (Traktor oder Anbaulösung) bis elektrisch angetriebenes Anbaugerät zu betrachten. Bewertung des Gesamtsystems Geeignete Betreibermodelle für Stromversorgung anbieten Latente Bedürfnisse müssen erarbeitet/erkannt werden, damit sich der elektrische Antrieb durchsetzt. Das Ersetzen hydraulischer oder mechanischer Antriebe ist oft nicht zielführend. Neue, unerwartete Kernleistungen anbieten Der Einsatz muss noch in der Serie bewiesen werden. Die Aussage Kundenerwartungen weit übertreffen ist zu verifizieren Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 20 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mit elektrifizierten Antrieben den Anwendernutzen vergrößern 21 21