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Systemvergleich: E-Antrieb ist nicht gleich E-Antrieb

von , am
10.04.2013

Bei den Elektroantrieben gibt es erhebliche Unterschiede. Mobile Fahrzeuge benötigen für ihre Antriebsenergie einen Speicher. Am weitesten verbreitet ist der Tank mit flüssigem Kraftstoff.

Interner Generator: In Getriebegehäuse der ZF Friedrichshafen AG kann das Generatormodul Terra+ mit 50 oder 70 kW elektrischer Leistung integriert werden. © Werkbild
Diesel und Benzin können einfach gelagert, transportiert und umgefüllt werden. Vor allem aber haben diese flüssigen Kraftstoffe eine hohe Energiedichte, sowohl auf das Gewicht als auch auf das Volumen bezogen. Der Wirkungsgrad von höchstens 40 Prozent bei der Umwandlung der chemischen in mechanische Energie im Verbrennungsmotor ist zwar schlecht. Trotzdem sind Antriebssysteme mit Verbrennungsmotoren insgesamt nach wie vor effizient. Vor allem kann genügend Energie im Tank gespeichert werden, um lange zu arbeiten und weit zu fahren.
 
Wird bei mobilen Fahrzeugen und Geräten von elektrischem Antrieb gesprochen, sollte man zuerst schauen, worauf sich das bezieht.

Zusätzlicher Generator

Erste Ausbaustufe ist ein zusätzlicher Generator in oder an konventionellen Traktoren mit Dieselmotor und Getriebe. Er stellt Strom für Anbaugeräte zur Verfügung. Dieser Ersatz für bisher mechanischen oder hydraulischen Antrieb der Anbaugeräte wird momentan im Leistungsbereich 20 bis 70 kW angeboten. Das reicht zwar nicht für Rund- und Quaderballenpressen, aber Sämaschinen, Wender und Zetter sowie Düngerstreuer und Pflanzenschutzspritzen können feinfühliger gesteuert werden - der Wirkungsgrad ist besser und damit auch der Kraftstoffverbrauch geringer. Dazu kommt eine effiziente Bauraumausnutzung. Erste Anwendungen mit Düngerstreuern, Einzelkornsämaschinen und als zusätzlichen Achsantrieb an einem Abschiebewagen gibt es, weitere werden folgen.

Dieselelektrischer Antrieb

Dabei treibt ein Verbrennungsmotor einen Generator an und mit diesem Strom bewegen Elektromotoren die Traktorräder. Ein Getriebe entfällt, dafür gibt es mehr Steuerelektronik, viele Kabel und mit kräftigen Elektromotoren eine neue Technologie auf mobilen Landmaschinen. Das alles hat seinen Preis und sein Gewicht. Jeweils rund zehn Prozent mehr als bei einem konventionellen Antrieb haben Spezialisten kalkuliert. Wenn man die bessere energetische Effizienz des dieselelektrischen Antriebs einbezieht, rentiert sich dieser ökonomisch zuerst bei hoch ausgelasteten Maschinen. Dazu kommt, dass mit dem elektrischen Einzelradantrieb das leidige Problem des Reifenverschleißes geringer wird. Ein Vorlauf der Vorderräder muss nicht beachtet werden.
 
Auch die Toleranz gegenüber unterschiedlichen Reifenradien ist ein großer Vorteil. Der dieselelektrische Antrieb bietet den Konstrukteuren viel Freiheit. Die Radmotoren sind nicht besonders groß, für neue Modelle müssen keine neuen Getriebe entwickelt werden. Abgesehen vom RigiTrac ist es im Bereich Landmaschinen still geworden um diese Technik, aber das könnte wieder anders werden.

Rein elektrischer Antrieb

Zukunftsvision: Der Traktor hat elektrischen Einzelradantrieb und eine Steckdose zur Stromversorgung von Anbaugeräten, hier einem Zetter. Den Strom liefert ein vom Dieselmotor angetriebener Generator. © Werkfoto VDI
Ein rein elektrischer Antrieb mit Batterien als Energiespeicher kommt für kräftige Landmaschinen in näherer Zukunft nicht in Betracht, die gegenüber flüssigen Kraftstoffen geringe Energiedichte würde einen zusätzlichen Anhänger für riesige Batteriestapel erfordern. Eventuell könnten in ferner Zukunft Brennstoffzellen als Stromquelle in Betracht kommen.

Hybridantrieb

Für Anwendungen mit ständig wechselnder Belastung bieten sich Hybridantriebe an. Bekannter Klassiker ist der Toyota Prius. Neben Benzinmotor und Getriebe hat er im Antriebsstrang einen Elektromotor und unter den Rücksitzen und dem Kofferraum einen Nickel-Metallhydrid-Akkumulator. Beim normalen Verzögern wird die Bewegungsenergie nicht an den Scheibenbremsen als Wärme und Abrieb vernichtet, sondern vom dann als Generator arbeitenden 60-kW-Elektromotor in Strom umgewandelt und in der 1,3-kWh-Bordbatterie gespeichert. Mit diesem Strom kann der Elektromotor beim Beschleunigen als Turbo den Benzinmotor unterstützen und bei leichtem Beschleunigen allein arbeiten. Das ist in der Stadt oder in bergigem Gebiet von Vorteil, bei reiner Autobahnfahrt dagegen wird zusätzliches Gewicht nutzlos herumgefahren.
 
Inzwischen gibt es erste Radlader und Gabelstabler mit Hybridantrieb. Sowohl die kinetische (Bewegungs-) Energie beim Abbremsen als auch die potenzielle (Lage-) Energie von hochgehobenen Auslegern mit oder ohne beförderter Last können als Quelle zur Aufladung von elektrischen oder hydraulischen Speichern genutzt werden.
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