Synchronmotor im Schlepperrad

Antriebtechnik

Elektrofahrzeuge – Der elektrische Schlepper wird seit Jahren diskutiert. Jetzt präsentierten die TU Dresden und Rigitrac gemeinsam den ersten Traktor mit vollelektrifizierten Einzelradantrieben.

11. April 2012

Wer hat’s erfunden? Die Schweizer! Nein, nicht ganz, in diesem Fall waren die Eidgenossen nicht allein: Der erste elektrische Schlepper mit vollelektrifiziertem Einzelradantrieb wurde vom Schweizer Traktorenhersteller Rigitrac in Zusammenarbeit mit der technischen Universität in Sachsens Landeshauptstadt entwickelt. »Wir arbeiten mit der TU Dresden seit Jahren im Bereich der Chassisberechnungen zusammen«, sagt Sepp Knüsel, der Firmenchef von Rigitrac, und erklärt: »Aus diesem Kontakt heraus ergab es sich, dass für den elektrischen Radantrieb der Rigitrac geeignet ist.«

Das Resultat gemeinsamer Arbeit heißt Rigitrac EWD 120 und ist der wahrscheinlich weltweit erste fahrfähige elektrische Schlepper, der in der Öffentlichkeit gezeigt worden ist. Premiere feierte die Neuentwicklung aus dem zentral im Herzen der Schweiz gelegenen Küssnacht im vergangenen November auf der Fachmesse Agritechnica 2012 in Hannover.

Der gleich zur Erstpräsentation von der Messeleitung mit einer Silbermedaille ausgezeichnete Traktor erwies sich als ein echtes Prunkstück der weltweit größten Fachmesse für Landtechnik: Mehr als jedes andere Exponat auf der Ausstellung war der Neuling permanent von einer großen Menschentraube umlagert, sodass es dem neugierigen Besucher Probleme bereitete, den EWD 120 ganzheitlich betrachten und fotografieren zu können.

Der innovative Charakter des Rigitrac EWD120 besteht in dem modularen Fahrzeugkonzept mit vollelektrifiziertem Einzelradantrieb, hydropneumatischer Einzelradaufhängung und Vierradlenkung sowie einer elektrischen Schnittstelle für die Versorgung von Anbaugeräten mit elektrischer Energie im mobilen Betrieb.

Angetrieben wird jedes Rad des Neulings über einen in die Felge integrierten Radnabenantrieb. Das erlaubt eine individuelle Steuerung und Regelung der Antriebsräder. Eine aktive Schlupfregelung optimiert das Zugkraftverhalten an den Einzelrädern. Der Traktor braucht kein Schaltgetriebe und wird elektrisch per Drehzahlreduzierung von null bis 65 Kilometer pro Stunde stufenlos reguliert. Das Fahrzeug besitzt überdies einen besonders niedrigen Schwerpunkt, was ihm gute Standsicherheit verleiht und hohe Steigfähigkeit erlaubt.

Für verbesserten Fahrkomfort und erhöhte Fahrsicherheit besitzt der Traktor für jedes Rad eine Einzelradaufhängung in Doppelquerlenkerbauweise. Jeder Radnabenantrieb wird mittels hydropneumatischer Federung am Traktorrahmen abgestützt. Die aktive Federung mit integriertem Wegmesssystem und die ±150 Millimeter Federweg erlauben dem Fahrer zusätzliche Funktionen wie Starrschaltung, Niveauregulierung und Hangausgleich. Den Strom für das 650-Volt-Gleichstrom-Bordnetz liefert ein 85-Kilowatt-Generator. Angetrieben wird der wassergekühlte, permanenterregte Synchrongenerator von einem Vierzylinder Common-Rail-Dieselmotor TDC 2012 L4 von Deutz. Der Motor liefert 91 Kilowatt Nennleistung (125 PS) bei 2.150 Umdrehungen pro Minute. Jeder der vier als permanenterregte Synchronmotoren konzipierten Radmotoren leistet 33 Kilowatt nominell und 44 Kilowatt maximal. Alle Radmotoren sind komplett abgedichtet, was bei der Feldarbeit trotz der extremen Beanspruchung durch Schmutz und Schlamm jederzeit Alltagstauglichkeit gewährleistet.

Wassergekühlte Elektronik

Die auf Gleich- und Wechselrichtern mit 500 bis 850 Volt Gleichspannungs-Zwischenkreis basierende Leistungselektronik wird per CAN-Bus gesteuert und ist wassergekühlt. Gleichfalls wassergekühlt ist der integrierte elektrische Bremswiderstand für nominell 40 Kilowatt Leistung. Er kann bis zu sechs Sekunden mit maximal 200 Kilowatt belastet werden.

Der innovative Schlepper besitzt eine Heckzapfwelle, die zwischen den zwei Geschwindigkeiten 540 und 1.000 Umdrehungen pro Minute umschaltbar ist. Hinzu kommt eine lastschaltbare Frontzapfwelle, die 1.000 Umdrehungen pro Minute bietet. Am Heck des elektrifizierten Rigitrac sind zur Stromversorgung externer Arbeitsgeräte – zum Beispiel für die Feldarbeit – zwei Hecksteckdosen angebracht, über die sich Verbraucher von Wechselspannung oder auch Gleichspannung mit einer Maximalleistung von 80 Kilowatt anschließen lassen.

Welches sind die großen Vorzüge, die der neue, elektrische Rigitrac dem Landwirt bei der täglichen Arbeit bieten kann? Ins Auge fällt zunächst die kraftstoffsparende Rekuperation der Bremsenergie, auch wenn diese nur beim Transport und bei größeren Arbeitsan- und Arbeitsabfahrten Bedeutung hat. Gleichermaßen dieselsparend wirken sich die hohen Wirkungsgrade der einzelnen Synchronmotoren der Radantriebe von mehr als 96 Prozent sowie der gute Gesamtwirkungsgrad aus. Das gilt im Besonderen für den Einsatz im Teillastbereich.

Variabel regelbar

Das Fahrzeug lässt sich gut steuern und regeln, das jeweilige Leistungskennfeld ist variabel begrenzbar. Bei kleinen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann der Traktor hohe Drehmomente erzielen, der breite Konstantleistungsbereich steigert die Transportgeschwindigkeit. Hilfreich gerade in schwierigen Situationen ist außerdem, dass die Elektromotoren sich kurzzeitig bis zum Vielfachen des Nenndrehmomentes überlasten lassen. Auch lässt sich die Leistung zwischen den Rädern variabel verteilen; hinzu kommen ein sehr gutes Einlenkverhalten und somit kleine Wenderadien. Nicht zuletzt überzeugt die Lösung durch geringen Reifenverschleiß bei zugleich hoher Toleranz gegenüber unterschiedlichen Reifenradien.

Verbesserte Dynamik

Wichtige Vorteile sind ferner: Im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen erlaubt der Einzelradantrieb eine verbesserte Längsdynamik. Dank der aktiven Traktionskontrolle und weil im Antriebsstrang Verspannungen fehlen, sind für den Schlepper höhere Zugkräfte möglich. Einzelne oder mehrere Arbeitsgeräte sind bei Nichtgebrauch abschaltbar – was Stillstandsverluste vermeidet – und die elektrischen Systeme lassen sich leicht ergänzen und erweitern.

Schließlich noch ein letztes nicht ganz nebensächliches Argument: Die Einsparung von mechanischen Übertragungselementen reduziert außerdem den Wartungsaufwand. Angesichts der vielen Vorzüge, die der innovative Schlepper bietet darf der Beobachter gespannt sein, wie die Entwicklung des Rigitrac weitergeht.

Der Traktor für morgen

Auf der Agritechnica 2011 hat die TU Dresden den elektrischen Einzelradantrieb funktionsfähig vorstellt. Wozu diente diese Entwicklung?

Der Einzelradantrieb an einer Starrachse war ein Vorprojekt zum vollelektrifizierten Schlepper, um die Vorzüge des elektrischen Einzelradantriebes zu untersuchen. Darauf aufbauend entstand der elektrische Radantrieb mit Achsschenkellenkung und hydropneumatischer Einzelradaufhängung, wie am Rigitrac EWD auf der Agritechnica gezeigt wird.

Worauf fußt das Projekt Elektro-Rigitrac?

Die Technische Universität Dresden arbeitet seit Längerem an elektrischen Antrieben in der Landtechnik. Die Schweizer Firma Knüsel, Hersteller des Rigitrac, ist ein Familienbetrieb mit Fokus in der Landtechnik als Handels- und Produktionsbetrieb einschließlich Import, Verkauf und Service für den Maschinen- und Traktorenbau. Die Potenziale elektrischer Antriebe in mobilen Anwendungen sind so vielversprechend, dass die frühere Zusammenarbeit der Firma Knüsel und der TU Dresden bei Chassisberechnungen auf die Elektrifizierung des Rigitracs erweitert worden ist.

Läge nicht ein elektrischer Zentralantrieb näher als vier Einzelradantriebe?

Beide Lösungen verfolgen wir weiter. Der elektrische Einzelradantrieb bietet die meisten funktionalen Möglichkeiten. Im Gegensatz dazu lässt sich der elektrische Zentralantrieb schneller, einfacher und kostengünstiger umsetzen: Wenn ein elektrischer Zentralantrieb die Hydraulik ersetzt, braucht es nur wenige Komponenten, die entwickelt und gebaut werden müssen.

Was ist mit der heiklen Batteriefrage? Und weshalb benötigt der vollelektrifizierte Rigitrac noch mechanische Wellen?

Die Energiebereitstellung im elektrisch betriebenen Rigitrac erfolgt ausschließlich dieselelektrisch. Wir schließen nicht aus, wenn die Probleme der Speichertechnologien gelöst sind, dass Batterien auch im Rigitrac zum Einsatz kommen. Was die Wellen betrifft: Front- und Heckzapfwelle werden zum jetzigen Entwicklungszeitpunkt durch eine mechanische Koppelung von der Kurbelwelle angetrieben, weil der Fokus der Elektrifizierung bei dem Projekt auf dem Fahrantrieb lag. An der Elektrifizierung der Zapfwellen wird derzeit gearbeitet.

Was steht auf dem Weg zum Traktor von morgen als Nächstes an?

Der nächste Schritt ist die Elektrifizierung der Nebenantriebe im Rigitrac. Die Load-Sensing-Pumpe wird derzeit noch vom Dieselmotor direkt betrieben.

Erschienen in Ausgabe: 01/2012