Emissionsfreier elektrischer Hoflader zur Verbesserung der Klimaverhältnisse und Arbeitsbedingungen in Stallgebäuden der Land- und Pferdewirtschaft. Vor mehr als vier Jahrzehnten hat Weidemann den knickgelenkten Hoflader, den sogenannten Hoftrac entwickelt, um die schwere Handarbeit in der Innenwirtschaft zu ersetzen. Bis heute haben diese Weidemann Maschinen stetig technische Verbesserungen erfahren und sind mittlerweile in einem breit angelegten Wettbewerberumfeld unverändert als Multitool für die Haupttätigkeiten, wie z.b. das Ausmisten bzw. Spaltenschieben, die Futtervorlage, das Futteranschieben, das Einstreuen, etc., auf den tierhaltenden Betrieben der Land- und Pferdewirtschaft im Einsatz. Speziell in der Innenwirtschaft fährt ein solcher Hoftrac oftmals viele Stunden täglich direkt vor bzw. zwischen den Tieren. Die Emissionen verbreiten sich im Stallgebäude. Hier setzt die Neuentwicklung des ehotracs in fast schon naheliegender Weise an: Mit dem akkubetriebenen Lader verbannt Weidemann die Emissionen aus den Stallgebäuden eine merkliche Verbesserung der Bedingungen für Mensch und Tier leitet sich daraus ab. Ein Zusatzeffekt besteht in der Verringerung von Lärmemission: Die Lärmbelästigung von Nachbarn innerhalb der Ortskerne wird deutlich reduziert. Stand der Technik und Anforderungen der Politik Landwirtschaftliche Hof- und Radlader sind mobile Arbeitsmaschinen, die in der Regel aufgrund ihres ortsveränderlichen Charakters mit einem nachfüllbaren Kraftstoff betrieben werden. Dabei kommen heute ausschließlich dieselgetriebene Fahrzeuge zum Einsatz. Durch den innovativen elektrischen Antrieb des ehoftracs können die täglichen Arbeitsgänge speziell im Gebäude emissionsfrei erfolgen. Sowohl der Mensch als auch die Tiere werden nicht länger den Abgasen ausgesetzt dies fördert die Gesundheit und verbessert die Lebensbedingungen der Tiere. Darüber hinaus bietet Weidemann damit einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz die anhaltende Klimadiskussion im Zuge der fortschreitenden Klimaveränderung zeigt dies deutlich und ist Bestandteil des öffentlichen Bewusstseins geworden. Im August 2009 hat die Bundesregierung einen Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität auf den Weg gebracht. Darin heißt es als Anforderung: Im Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität soll gemeinsam mit Wissenschaft, Industrie und Politik eine konzertierte Strategie von der Grundlagenforschung bis hin zur Markteinführung entwickelt und vorangebracht werden. Dabei wird die 1
gesamte Wertschöpfungskette von den Materialien, Komponenten, Zellen, Batterien bis hin zum Gesamtsystem und seiner Anwendung berücksichtigt. Außerdem soll ein Konzept zur Netzintegration, der durch Elektromobilität zusätzlich generierten Stromnachfrage, zur Verknüpfung dieser Nachfrage mit erneuerbaren Energiequellen und zum Beitrag der Elektromobilität zum Lastmanagement im Stromnetz erarbeitet werden. Letztlich soll Deutschland damit zu einem Leitmarkt für Elektromobilität entwickelt werden. Diese Thematik wurde in den letzten Jahren primär im Automobilbereich und in der Stromgewinnung mit erneuerbaren Energien, wie z.b. Windkraft und Photovoltaik, vorangetrieben. Im Sektor der Industrieanwendungen wurde das Thema Elektromobilität in dem Bereich der batteriebetriebenen Stapler bereits eingeführt. Überaus interessant erscheint die Technologie für Maschinen, die zu Tausenden in geschlossenen Räumen eingesetzt werden, z.b. in den unterschiedlichen tierhaltenden Betrieben der Land- und Pferdewirtschaft, bei Verladearbeiten im Obst-, Gemüse- und Kartoffelanbau, in Gewächshäusern aber auch für kleinere und mittlere Industrieanwendungen (speziell hier bieten die Hof- und Radlader gegenüber einem Gabelstapler den Vorteil, dass sie sowohl auf befestigtem Grund als auch im Gelände gleichermaßen standsicher laufen, also nicht nur für mono-thematische Arbeitsgänge innerhalb eines Gebäudes angewendet werden können). Bisher gibt es kaum Maschinenprototypen und nur vereinzelte Nischenanwendungen, in welchen die Elektromobilität zum Einsatz kommt. Gründe für die Nichtinangriffnahme werden zumeist in den erhöhten Kosten, hohen Leistungsanforderungen und zu langen Ladezeiten gesehen. Weidemann will dies mit dem neuen ehoftrac für die obigen Bereiche ändern. ehoftrac ein Prototyp wurde weiter entwickelt. Vor diesem Hintergrund hat sich Weidemann zur Entwicklung einer voll-elektrischen kostengünstigen Maschine für landwirtschaftliche Innenanwendungen entschieden. Der Prototyp wurde auf der Agritechnica 2013 bereits mit großem positivem Echo präsentiert und im Laufe des Jahres 2014 kontinuierlich weiterentwickelt und auf verschiedenen Betrieben getestet. Der klassische 1160er Hoftrac (ein Einstiegsmodell mit hydrostatischem Fahrantrieb über Ölmotor und großem nationalen und internationalen Kundenkreis) wird nun als erster ehoftrac umgesetzt. Diese Maschinen werden in der Stallarbeit früh morgens und abends mehrere Stunden eingesetzt. Eine Akkuladung reicht für einen Arbeitseinsatz von 2 bis 4 Stunden, je nach Einsatzbedingungen. Diese reicht für Maschinen einer solchen Leistungsklasse sehr gut aus. Die Ladezeiten betragen 8 Stunden mit einem Standardladegerät und 6 Stunden mit einem Schnellladegerät. 2
Die Elektrotechnik bietet vorteilhafterweise für mobile Maschinen die Möglichkeit einer äußerst dynamischen und kraftvollen Anfahrsituation. Durch das kurzzeitige Abgreifen hoher Ströme sind Elektromotoren in der Lage, hohe Leistungen und Momente kurzzeitig, auch weit über der ausgelegten Nennleistung, abzugeben. Diesen Vorteil spürt der Bediener in der Maschine bei jedem Beschleunigungsvorgang. Um eine Maschine zu konzipieren, die einem preissensitiven Markt entgegenkommt, wurde von den Entwicklern bei Weidemann schnell erkannt, dass eine Li-Ion Technologie der Batterie aufgrund der, aktuell immer noch, immensen Kosten nicht in Frage kommt. Vielmehr hat man sich beim Konzept an Systemen orientiert, wie sie heute etabliert im Gabelstapler-Bereich funktionieren. Daher wurde in dem innovativen, elektrischen ehoftrac ein im Industriebereich bewährter, Blei-Säure-Akku eingesetzt. Die Leistungsparameter des ehoftracs sind analog der konventionellen, bestehenden Maschine umgesetzt. Die Kipplast erhöht sich vorteilhafterweise durch das Batteriegewicht in der Maschine auf 1.348 kg mit Schaufel (Maschine gerade). Der ehoftrac benötigt lediglich einen Stromanschluss mit 400 Volt, wie er auf jedem landwirtschaftlichem Betrieb vorhanden ist. Für den Ladevorgang wird einfach die Motorhaube aufgeklappt und die Batterie mit dem Ladegerät verbunden. Die Steckdose dafür ist an der Maschine staub- und spritzwassergeschützt verbaut. Die Abbildung zeigt den Maschinenaufbau und die Anordnung der elektrischen Komponenten im ehoftrac. 3
Schütz requenzumrichter tecker Batterie Zentrale Maschinensteuerung 4
Vergleich des innovativen e-antriebssystems mit der konventionellen dieselgetriebenen Maschine Der Fahrantrieb ist im geschlossenen Kreis durch eine Verstellpumpe und zwei Konstantmotoren realisiert. Die Arbeitshydraulik ist eine klassische Open-Center-Drosselsteuerung mit Konstantpumpe. Daher sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale zum dieselbetriebenen Hoftrac 1160: Zwei Elektromotore: einer für den Fahrantrieb und einer für die Arbeitshydraulik. Ein gemeinsamer Antrieb für Vorder- und Hinterachse über ein Verteilergetriebe. Ausgehend von dem Blei-Säure-Akku wird der Strom über eine zentrale Verteilungs- und Absicherungseinheit an den Frequenzumrichter verteilt. Der Frequenzumrichter wird von der zentralen Maschinensteuerung gesteuert. Aufgrund der eingestellten Frequenz und Stromstärke stellen sich an den beiden Elektromotoren jeweils eine Drehzahl und ein Drehmoment ein. Diese werden auf den Fahrantrieb bzw. die Arbeitshydraulik übertragen. Der Fahrer bedient die Maschine analog zum Hoftrac über ein Fahrpedal und einen Joystick. Somit hat sich an der Bedienphilosophie der Maschine nichts geändert, lediglich die interne Signalverarbeitung unterscheidet sich. Dieses war ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung des ehoftracs. Der Fahrer stellt in der Bedienung keinen Unterschied zwischen den beiden Fahrzeugen fest und kann somit mit dem neuen ehoftrac in gewohnter Art und Weise arbeiten. Kostenbetrachtung Die Mehrkosten für den elektrischen Antrieb des ehoftracs betragen bei der momentanen Marktsituation ca. 20 % der leistungsgleichen dieselangetriebenen Maschine. Darin sind der Akku und das Ladegerät bereits enthalten. Das e-konzept weist in punkto Betriebskosten für Arbeitshydraulik und Fahrhydraulik deutliche Vorteile auf, die in die Rechnung einbezogen wurden. Das Konstant-Stromsystem der konventionellen Maschine hat Prinzip bedingt, aufgrund der Konstantpumpe und der direkten Kopplung an die Drehzahl des Dieselmotors, Leistungsverluste im Standby-Betrieb sowie im Teillastbereich. Der nicht für die Arbeitsbewegung genutzter Volumenstrom wird druckbehaftet zum Tank geführt. Die Arbeitshydraulik des ehoftracs hingegen wird durch einen separaten Elektromotor angetrieben. Durch die Entkopplung des Fahrantriebs und des Antriebs für die Arbeitshydraulik ist es möglich, die hydraulische Leistung sehr genau an die vom Fahrer angeforderte Leistung anzupassen. Sowohl das Steuerventil als auch die hydraulisch betriebene Lenkung sind mit Sensoren ausgestattet. Mit diesen Informationen steuert die zentrale Steuereinheit der Maschine mittels eines elektronisch geregelten Frequenzumrichters den Pumpenmotor zeit- und bedarfsgerecht. Ein drehzahlgeregelter Pumpenantrieb mit Konstantpumpe ist das Resultat. Erkennt die Maschinensteuerung im Standby keinen Bedienerwunsch, so wird die Drehzahl des Pumpenmotors auf null reduziert. Dadurch beträgt auch die Verlustleistung der Arbeitshydraulik null. Im Teillastbereich sind die Vorteile der bedarfsgerechten Bereitstellung im ehoftrac in bestimmten Betriebszuständen noch größer. Die nachfolgende Kostenrelation zeigt die Vorteile für den Anwender des e-antriebes vs. des konventionellen Antriebes, der in dieser Maschinenklasse leistungsbestimmend ist. Für diesen Vergleich 5
gilt die Annahme, dass der Fahrantrieb des Hoftracs über eine Gesamtnutzungsdauer von 6.000 Betriebsstunden im Mittel mit 40 % der installierten Maximalleistung des Dieselmotors betrieben wird. Dieser Wert ist durch zahlreiche Prüfstandversuche, praxisnahe Testfahrten und nicht zuletzt durch die langjährige Erfahrung mit dieser Fahrzeugart validiert und verifiziert. Ebenfalls mit einbezogen wurden die Servicekosten bei der konventionellen Maschine und beim ehoftrac der Batterieaustausch nach ca. 1.200 Ladezyklen. Der Vergleich der beiden Maschinen zeigt auf, dass der ehoftrac sowohl bei den Energiekosten als auch bei den CO 2 -Emisionen deutliche Einsparungen gegenüber dem Hoftrac 1160 ermöglicht. Bei den Energiekosten beträgt die Einsparung rund 41 % und bei den CO 2 -Emmisionen 43 %. Für diese Betrachtung wurde der derzeit existente Strom-Mix in Deutschland zu Grunde gelegt. Da auf vielen landwirtschaftlichen Betrieben PV-, Biogas- und/oder Windkraftanlagen vorhandenen sind und die Eigennutzung durch eine gesonderte Förderung auch wirtschaftlich immer attraktiver wird, kann bei den CO 2 -Emmisionen die Reduzierung noch deutlich höher ausfallen, wenn der Anteil an regenerativen Energien am Ladestrom erhöht wird. Kostenrechner Diesel / Strom 1160 Diesel ehoftrac 1160e Betriebsstunden / Tag 3 h Verbrauch 3,50 Liter / h 7,70 kwh Diesel / Strom (netto) 1,16 / Liter 0,21 / kwh Servicekosten / h * 0,67 1,15 /h** *Grundlage sind 5.000 Betriebsstunden **inkl. Batteriewechsel beim 1160e Lohnkosten / h 50 / Stunde Dieselmotor Bh / Tag Bh / Woche Bh / Monat Bh / Jahr 6.000 Std Betriebsstunden 3 h 21 h 90 h 1095 h 6000 h Diesel 10,50 l 73,50 l 315,00 l 3.832,50 l 21.000,00 l Diesel 12,18 85,26 365,40 4.445,70 24.360,00 Service 2,01 14,08 60,34 734,10 4.022,45 Summe 14,19 99,34 425,74 5.179,80 28.382,45 Elektromotor Bh / Tag Bh / Woche Bh / Monat Bh / Jahr 6.000 Std Betriebsstunden 3 h 21 h 90 h 1095 h 6000 h kwh 23 kwh 162 kwh 693 kwh 8.432 kwh 46.200 kwh /Strom 4,85 33,96 145,53 1.770,62 9.702,00 Service + Batteriewechsel 3,45 24,17 103,57 1.260,11 6.904,70 Summe 8,30 58,12 249,10 3.030,72 16.606,70 2.149,07 11.775,74 6
Fazit: Die Gegenüberstellung der Energiekosten über die durchschnittliche Maschinenlebensdauer zeigt deutlich, dass die Kosten des Dieselantriebes wesentlich höher liegen, wie die des ehoftracs. Schlussfolgernd kann man sagen, dass sich die erhöhten Investitionskosten für den ehoftrac von ca. 20 % nach ca. 2.800 Betriebsstunden amortisiert haben werden. Die Emissionswerte werden mit dem ehoftrac um 43 % reduziert, was die Umweltfreundlichkeit dokumentiert. Nimmt man die Energiegewinnung und -abnahme aus eigener PV-Anlage hinzu, so würden sich daraus noch wesentlich positivere Effekte ergeben. Der ehoftrac wurde in mehreren Betrieben in einem Praxistest eingesetzt: auf dem Reiterhof Oswald Brüne in Diemelsee-Adorf, Deutschland. Zwei Wochen lang hat Oswald Brüne den ehoftrac mit verschiedenen Anbauwerkzeugen auf seinem Betrieb mit 30 Pferden getestet. Ausmisten und Stroh- und Siloballen fahren waren in dieser Zeit seine Hauptaufgaben. Bis dato setzt Oswald Brüne keinen Hoflader auf seinem Betrieb ein, sondern löst die Aufgaben mit seinem Schlepper und einem Frontlader. Das Thema Emissionsfreiheit ist für einen Pferdebetrieb natürlich der interessante Faktor an dieser Maschine. Die Pferde werden damit nicht belästigt, weder in den Stallungen noch in der Reithalle. Ich kann auch im laufenden Reitbetrieb damit gut arbeiten. Für das Ausmisten von Einzelboxen ist die Maschine passend dimensioniert und sehr wendig. Sie ersetzt hier sehr gut das mühsame Arbeiten mit der Schubkarre, fasst Oswald Brüne seinen Test mit dem ehoftrac zusammen. auf dem Milchviehbetrieb Brenzel & Ratjens GbR in Neukirchen Asterode, Deutschland. 7
Ebenfalls für zwei Wochen hat Erich Brenzel den ehoftrac auf seinem Milchviehbetrieb mit 160 Kühen und einer Wirtschaftsfläche von 320 ha getestet. Der ehoftrac wurde zum Futterranschieben, Strohfahren und Ausmisten verwendet. Auf diesem Betrieb wurde es ebenfalls sehr gut bewertet, dass die Maschine keine Abgasbelastung in kleineren Ställen verursacht, wie z.b. in einem Kälberstall. Erich Brenzel fährt seit langen Jahren den Hoftrac 917 von Weidemann auf seinem Betrieb; er bewertet das emissionsfreie Arbeiten mit dem ehoftrac positiv: Die Maschine tut gleichermaßen Mensch und Tier gut. Das Summ-Geräusch, das durch den ehoftrac entsteht, ist für die Kühe und Kälber nach Angaben des Landwirts kein Problem die Tiere waren von dem neuen Geräusch nicht beeindruckt. Die Hubkraft und Akkulaufzeit der Maschine bewertet Erich Brenzel als gut. Der ehoftrac eine Innovation, die Anfang 2015 am Markt verfügbar ist. Der emissionsfreie und geräuscharme ehoftrac verbessert die Lebens- und Arbeitsbedingungen von Mensch und Tier im geschlossenen Raum erheblich - das ganze ohne Leistungs- und Performanceverlust im Vergleich zu einer konventionellen Maschine. Weidemann macht mit dieser Entwicklung einen bewussten Schritt hin zur Elektromobilität auf den Betrieben der Land- und Pferdewirtschaft und möchte den Innovationsvorsprung, den die Hoftrac Baureihen über Jahrzehnte forciert haben, weiter aktiv ausbauen. Der ehoftrac wird auf der diesjährigen Euro Tier in Hannover im Markt eingeführt werden 8
Der ehoftrac bietet viele Vorteile für den innovativ und umweltbewusst eingestellten Anwender: Geringere Energie und damit Betriebskosten (Emissionsreduktion von 43 % und Energiekosten- Verringerung von rund 41 %). Für Inneneinsätze konzipiert: Aktiver Beitrag zur Reduzierung von CO 2- Abgasen/Emissionen und Rußpartikeln (zudem: keine Notwendigkeit eines Rußpartikelfilters). Trotzdem volle Geländetauglichkeit analog zur dieselangetriebenen Maschine. Alle momentan geltenden Abgasnormen für mobile Arbeitsmaschinen mit Verbrennungskraftmaschinen werden mehr als erfüllt. Möglichkeit zur Erhöhung der Eigennutzung von selbsterzeugtem Strom aus regenerativen Quellen, z. B. eigene Photovoltaik-Anlage auf den Liegenschaften der Landwirtschaft. Die Ladezeiten der Maschine verlaufen in der Regel tagsüber (nach der morgendlichen bzw. vor der abendlichen Stallarbeit), dadurch kann der Betreiber einer eigener PV-Anlage den Anteil der förderungswürdigen Abnahmemenge auch außerhalb der Stoßzeiten, z.b. dem Melkvorgang, weiter erhöhen und gleichmäßiger verteilen. Deutlich verringerte Geräuschemission sinkende Belastungen und Gesundheitsförderung für den Fahrer (Arbeitsergonomie), die Tiere (weniger Stressfaktoren) und die Nachbarschaft (Ortskernlagen). Geringere Wartungs- und Servicekosten: Wegfall von Motorölwechseln, kein Kühlwasserkreislauf und kein hydraulischer Kreislauf für den Fahrantrieb notwendig weniger Bauteile und Komponenten, die Verschleiß ausgesetzt sind bzw. ausfallen könnten. Ein zusätzlicher Umweltaspekt besteht in der Reduzierung der Öl-Leckagequellen durch den Entfall des hydrostatischen Fahrantriebs der Maschine. Wechselbarer Akku für eine lange Laufzeit der Maschine. Der Charakter des ehoftracs als Multitool auf dem Hof bleibt unverändert, d.h. sämtliche Anbauwerkzeuge können auch mit dieser Antriebsart wie gewohnt betrieben werden. Auch beim Neukauf eines ehoftracs lassen sich die vorhandenen Anbauwerkzeuge problemlos weiter einsetzen und neue Werkzeuge ergänzen. 9