FELDVERSUCHE MIT ELEKTRISCHER TRIEBACHSE BEI EINEM ABSCHIEBEWAGEN. Dipl.-Ing. (FH) Franz Höpfinger, Fliegl Agrartechnik GmbH

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Calvin Glöckner
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1 FELDVERSUCHE MIT ELEKTRISCHER TRIEBACHSE BEI EINEM ABSCHIEBEWAGEN Dipl.-Ing. (FH) Franz Höpfinger, Fliegl Agrartechnik GmbH

2 THEORETISCHE ÜBERLEGUNGEN

3 ZIELE/VORTEILE EINER TRIEBACHSE Acker: Verbesserte Traktion Reduzierter Bulldozing-Effekt Minderung Seitenabdrift beim Quer-zum-Hang fahren Minderung Grasnarbenverletzung (Mehrertrag) Straße: Nasse Fahrbahn, Schnee, Glatteis --- Anfahr- Unterstützung Trockene Straße?

4 EFFIZIENZ / ENERGIEERSPARNIS Oft argumentiert: Elektrifizierung spart Energie fraglich. Vergleich: (1) Traktor 200 PS, 7.4to, nicht elektrisch, keine Triebachse (2) Traktor 200 PS, 7.4to, elektrisch, Triebachse (2) wird wahrscheinlich nicht effizienter sein, im Gegenteil, es wird vermutlich einen Kraftstoffmehrverbrauch geben (höheres Eigengewicht, mehr bewegte Teile) Effizienz einer elektrischen ggü. Hydraulischer Triebachse jedoch sicherlich gegeben

5 DER WEG ZUR EFFIZIENZ Vergleich: (1) Traktor 200 PS, 7.4to, nicht elektrisch, keine Triebachse (2) Traktor 140 PS, 5.4to, elektrisch, Triebachse; evtl. power Boost (2) hat 2 to weniger Leergewicht auf der Strasse, und kann 2 to mehr laden im Vollzustand --- Betrachtung von Diesel / to transportierter Ladung! Dito bei 2 Traktoren von denen einer mit Ballastgewicht beschwert werden muss, um die nötige Traktion zu erhalten..

TRIEBACHSKONZEPTE Triebachskonzepte: - Mechanisch über Normzapfwelle (historisch) - konnte nur bei einem Gang passen - Verspannungen im Getriebe wenn nicht ausgeschaltet auf Strasse - Mechanisch über

6 TRIEBACHSKONZEPTE Triebachskonzepte: - Mechanisch über Normzapfwelle (historisch) - konnte nur bei einem Gang passen - Verspannungen im Getriebe wenn nicht ausgeschaltet auf Strasse - Mechanisch über Wegzapfwelle - kaum noch erhältlich - keine Zapfwelle mehr für Geräteantrieb -Doppelzapfwelle - Nachrüstlösung; Normzapfwelle & Wegzapfwelle über Allradwelle - Bodenfreiheit eingeschränkt - Hydraulisch - Zapfwellengetriebene Pumpe, Tank, Kühler, Ölmotor.. hoher Preis.. hoher Aufwand.. hohes Gewicht - Elektrisch - die Lösung?

7 VERGLEICH DER TRIEBACHSKONZEPTE Jede wie auch immer geartete Bewertung kann man diskutieren. Hier 2 Punkte herausgegriffen: Preis: Hydraulische Triebachsen sind teuer! Quelle: BA Michael Pickard Sicherheit Wenn 140 kw an der Achse schieben, weil die Elektronik falsch steuert (fraglich)

8 ZUGKRAFT EINES TRAKTORS NTTL/DLG -- ZUGKRAFTERGEBNISSE John Deere 9560R / 560PS 157kN bei 8km/h Fendt 716 / 165 PS kn bei 8km/h Fendt 926 / 260 PS 68 kn bei 8km/h

9 VERSUCHE

10 AUFBAU TRIEBACHSANHÄNGER Steuerung 650V DC Versorgung powermela Übersetzungs getriebe LKW- Antriebsachse Trafoölanschluss am Schlepper Mech. Leistung 650V DC Trafoöl CAN-Bus

11 FOTO

12 MESSKONFIGURATIONEN/ AUSGANGSLAGE Messung Nr. Triebachse Ballastierung Untergrund Gesamtgewicht MTA Ein - Asphalt MTA 2,5 Ein 2500 kg Asphalt OTA Aus - Asphalt OTA 2,5 Aus 2500 kg Asphalt MTA F Ein - Ackerboden MTA 2,5 F Ein 2500 kg Ackerboden OTA F Aus - Ackerboden OTA 2,5 F Aus 2500 kg Ackerboden MTA = Mit Triebachse OTA = Ohne Triebachse F = Ackerboden (Feld) Anhänger immer gleich beladen.

13 ASPHALT

14 Zugkraft 140 MTA MTA 2,5 OTA OTA 2,5 ZUGKRAFTVERLAUF 120 kn km/h Geschwindigkeit Zugkraftvorteile durch Triebachseinsatz bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 4 km/h ballastierte Gespanne erreichten größer Zugkräfte als die jeweiligen unballastierten Bei Geschwindigkeiten größer 4 km/h sind nahezu keine Zugkraftunterschiede mehr feststellbar Ab 4 km/h ist die Motorleistung des Traktors der zugkraftbegrenzende Faktor, d.h. Triebachse bei sehr guten Verhältnissen (Asphalt) nur während des Anfahrens sinnvoll.

15 Zugkraft kn Triebachse eingeschalten Triebachse ausgeschaltet TRANSPORTMASSENGEWINN Transportmassengewinn , , , , , ,5 t 31 Gesamtgewicht Schnittpunkt zwischen oranger und grüner Linie stellt das minimal erforderliche Eigengewicht des elektrifizierten Antriebs dar, um die gleichen Zugkräfte zu übertragen (26,8 t) Das bedeutet einen Transportmassengewinn von 3,2 t Bei einer Nutzlast von 12 t entspricht das einem Nutzlastgewinn von 26%

16 Zugleistung 120 MTA MTA 2,5 OTA OTA 2,5 100 kw ZUGLEISTUNG AUF ASPHALT km/h Geschwindigkeit Bis zu einer Geschwindigkeit von 5 km/h wurden bei den Messungen mit eingeschalteter Triebachse höhere Zugleistungen als bei konventionellem Betrieb erreicht. Bei Geschwindigkeiten größer 5 km/h überwog der konventionelle Antrieb (d.h. Kraftstoffmehrverbrauch bei eingeschalteter Triebachse, Konfiguration beachten) Nicht untersucht: Einfluss des Mitschleppens bei OTA! Zusatzballast führt bis 5 km/h zu einer Erhöhung der Zugleistung danach verringert er diese Regelkonzept hat großen Einfluss Unschärfe bei Messung schlägt durch

17 ACKERBODEN

18 Zugkraft 100 MTA F MTA 2,5 F OTA F OTA 2,5 F ZUGKRAFTVERLAUF AUF ACKERBODEN kn km/h 7 8 Geschwindigkeit Der Zugkraftverlauf der Messung MTA 2,5 F liegt über dem der Messung OTA 2,5 F Der Zugkraftverlauf der Messung MTA F verläuft bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 5 km/h parallel zu dem der Messung OTA 2,5 F Hier laufen die Zugkräfte jedoch nicht wie auf Asphalt in einem Strang sondern variieren bei größeren Geschwindigkeiten deutlich mehr. Dies ist auf den Triebkraftbeiwert zurückzuführen, der auf einer Ackerfläche nicht konstant ist.

19 Zugkraft 120 Triebachse eingeschaltet Triebachse ausgeschaltet 100 kn TRANSPORTMASSENGEWINN Transportmassengewinn , , , , , ,5 t 31 Gewicht Schnittpunkt der orangen und der grünen Linie stellt das minimal erforderliche Eigengewicht des elektrifizierten Traktor-Anhänger-Gespanns dar, um die gleichen Zugkräfte übertragen zu können wie das konventionelle mit 2,5 t Zusatzballast ausgestattete Gespann Hier wurde ein Nutzlastgewinn von 2,3 t erreicht, was einem Transportmassengewinn von 19% entspricht Geraden (grün, rot) laufen geringfügig auseinander, was auf den variierenden Triebkraftbeiwert auf Ackerboden zurückzuführen ist (zunehmende Last auf der Triebachse).

20 Zugleistung 80 MTA F MTA 2,5 F OTA F OTA 2,5 F ZUGLEISTUNG kw km/h 7 8 Geschwindigkeit Die maximalen Zugleistungen wurden bei sämtlichen Messungen bei Geschwindigkeiten zwischen 5 und 6 km/h gemessen Im Gegensatz zu Asphalt liegen hier die maximalen Zugleistungen mit elektrischer Triebachse über denen des jeweils gleich ballastierten konventionellen Antriebs Bis zu einer Geschwindigkeit von 4,5 km/h überliegt auch hier der elektrifizierte Antrieb TODO: unterschiedliche Ackerböden betrachten: Erwartung: je schlechter der Boden, desto höher der Effekt der Triebachse

21 FAZIT

22 FAZIT Vorteile der Triebachse deutlich auf Ackerboden Vorteil bei kleinen Geschwindigkeiten auf Asphalt vorhanden Mit Versuchsaufbau des 140kW Motor konnten die technisch sinnvollen Grenzen ermittelt werden. Kosten: elektrische Antriebstechnik muss für Serienanwendung deutlich günstiger werden. d.h. Konzentration auf kleinen Geschwindigkeitsbereich, und Abschaltung der Achse durch Kupplung bei höheren Geschwindigkeiten Kupplungen > 1500Nm gesucht Eigengewicht des elektrischen Antriebs (Achse, Motor, Getriebe)!

23 IDEEN / WEITERE PROJEKTE / FORSCHUNGSVORHABEN Traktionserhöhung/Nutzlasterhöhung durch Triebachse bei langsamer Fahrt / Feld bewiesen ABER: Fahrstabilität: kleiner Traktor großer Hänger brauchen wir ESC zur Gespannstabilisierung? Reifen-Thema: (siehe Einleitung) wie kann man Lärm und Kraftstoffverbrauch auf der Straße verringern?

EFFIZIENZ (2) Weitere Idee, für Traktoren mit hohem Straßenanteil: Ackerstollenreifen haben sehr viele negative Eigenschaften auf der Straße.

24 EFFIZIENZ (2) Weitere Idee, für Traktoren mit hohem Straßenanteil: Ackerstollenreifen haben sehr viele negative Eigenschaften auf der Straße. Traktor mit einem Mischprofil ausstatten, Traktion über Triebachse gewinnen Minderverbrauch auf der Straße, weniger Lärm, geringeres Einsinken auf dem Acker, geringere Grasnarbenversetzung Quelle: Michelin

25 FRAGEN?

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