Teilelektrifizierter Mähdrescherantrieb von Claas: Dreschen mit E-Boost?
Auf der Agritechnica hat Claas das Konzept eines teilelektrifizierten Mähdrescher-Antriebs vorgestellt. Lesen Sie, warum das — im wahrsten Sinne des Wortes — spannende Möglichkeiten eröffnet.
Während man in der Entwicklungsabteilung bei Claas für kleinere Traktoren und auch (Hof-) Lader in Zukunft durchaus batterie-elektrische Antriebe sieht, könnte es bei mittleren Traktoren, Radladern usw. mit mehr Leistungsbedarf und womöglich größerem Abstand zwischen Einsatzort und Ladestation dagegen auch ein Gasmotor oder Wasserstoffantrieb sein. Bei Großtraktoren, Mähdreschern und Feldhäckslern sehen die Entwickler derzeit allerdings keine Alternative zum Verbrennungsmotor mit flüssigem Kraftstoff. Um die (Antriebs-)Energie von 1.000 l Diesel zu ersetzen, würde eine Lithium-Ionen-Batterie schließlich 25 t wiegen. Und auch ein Wasserstoffantrieb sei kaum realisierbar, da 1 kg Wasserstoff rund achtmal mehr Volumen hat wie 1 kg Diesel. Zudem sei die Tankinfrastruktur und -kühlung aufwändig und teuer.
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Während man in der Entwicklungsabteilung bei Claas für kleinere Traktoren und auch (Hof-) Lader in Zukunft durchaus batterie-elektrische Antriebe sieht, könnte es bei mittleren Traktoren, Radladern usw. mit mehr Leistungsbedarf und womöglich größerem Abstand zwischen Einsatzort und Ladestation dagegen auch ein Gasmotor oder Wasserstoffantrieb sein. Bei Großtraktoren, Mähdreschern und Feldhäckslern sehen die Entwickler derzeit allerdings keine Alternative zum Verbrennungsmotor mit flüssigem Kraftstoff. Um die (Antriebs-)Energie von 1.000 l Diesel zu ersetzen, würde eine Lithium-Ionen-Batterie schließlich 25 t wiegen. Und auch ein Wasserstoffantrieb sei kaum realisierbar, da 1 kg Wasserstoff rund achtmal mehr Volumen hat wie 1 kg Diesel. Zudem sei die Tankinfrastruktur und -kühlung aufwändig und teuer.
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Auf der Suche nach anderen Möglichkeiten, die Effizienz beim Mähdrescher zu steigern, hat Claas einen teilelektrischen Antrieb entwickelt. Dazu wurde der 340 kW/462 PS starke Dieselmotor eines Lexion 7500 am Zentralgetriebe um eine E-Maschine mit 55 kW/75 PS Leistung erweitert. Zusammen mit einem 48-Volt-Wechselrichter kann diese E-Maschine in Sekundenbruchteilen zwischen der Funktion als Motor oder als Generator wechseln. So wird die installierte Batterie mit einer Kapazität von 2,7 kWh entweder ge- oder entladen.
Die Grafiken zeigen deutlich, wie der E-Motor die Lastspitzen abfängt (rechts oben, grüne Kurve) und die Leistungsabnahme vom Dieselmotor auch durch das Laden der Batterie viel gleichmäßiger ist als bei einem Lexion in Serienausstattung (links).
(Bildquelle: Claas)
Während die Motordrehzahl beim konventionellen Antrieb (links) um bis zu 150 U/min schwankt, sind es mit dem zusätzlichen E-Antrieb meist weniger als 50 U/min (rechts).
(Bildquelle: Claas)
Wie Versuche von Claas zeigen, fängt der E-Motor kurzzeitige Lastspitzen (< 10 s) ab. Und wenn gerade weniger Leistung benötigt wird, lädt der Generator die Lithium-Eisenphosphat-Batterie wieder auf. Durch dieses Zusammenspiel der Komponenten war die Auslastung des Dieselmotors viel gleichmäßiger, die Drehzahl schwankte kaum noch (Grafiken „Leistungsabnahme beim Weizendrusch“ und „Drehzahlschwankungen unter Last). Erst bei längeren Phasen mit erhöhtem Leistungsbedarf reduziert die Maschine per Cruise Pilot die Geschwindigkeit.
Gleichmäßige Auslastung
Die geringeren Drehzahlschwankungen und die gleichmäßigere Auslastung des Verbrenners hat viele Vorteile. So könnte der Motor z. B. rund 10 % kleiner dimensioniert werden, da nur die mittlere Dauerantriebsleistung bereitgestellt werden muss. Gleichzeitig kann der Verbrenner dauerhaft im kraftstoffsparenderen Betriebspunkt laufen, da der E-Motor seine Leistung bei Lastspitzen sehr viel schneller mobilisiert. Somit wird es auch einfacher, den Mähdrescher an seiner Leistungsgrenze zu fahren — mit gleichmäßigerem Gutfluss für bessere Druschqualität und weniger Ernteverluste.
Noch nicht wirtschaftlich
Ein teilelektrischer Antrieb kann die Effizienz von Erntemaschinen deutlich steigern, indem die Spitzenlasten von der E-Maschine abgefangen werden. Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit einer solchen Entwicklung noch nicht gegeben, da die Preise für E-Antriebe und Speicher derzeit noch zu hoch sind.
