Elektrischer Steuerblock - Agritechnica
Elektrischer Steuerblock - Agritechnica
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Praxiserfahrungen mit<br />
elektrischen Antrieben<br />
in der Landtechnik<br />
-<br />
- 1 - Norbert Rauch <strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Hydraulische versus elektrische Schnittstelle<br />
Elektrische Leistungsschnittstelle<br />
480V AC<br />
Umrichter<br />
DC<br />
AC<br />
Das Prinzip bleibt gleich<br />
Umrichter<br />
AC<br />
Traktor = Leistungsquelle<br />
DC<br />
hydraulic<br />
Pump<br />
Generator = Hydraulikpumpe<br />
<strong>Steuerblock</strong><br />
Frequenzumrichter = „<strong>Elektrischer</strong> <strong>Steuerblock</strong>“<br />
Hydraulische<br />
Leistungsschnittstelle<br />
- Einheitliche Schnittstelle<br />
- Universelle Anwendung<br />
-<br />
- 2 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Alternative Konzepte für die<br />
elektrische Schnittstelle<br />
Umrichter<br />
Umrichter<br />
Wichtig:<br />
Kompatibilität+Standardisierung!<br />
„große“ Anzahl von Antrieben:<br />
Generator auf dem Traktor<br />
Regelung und Verteilung<br />
auf dem Gerät (700 V DC)<br />
PTO<br />
Umrichter<br />
„ältere“ Traktoren:Generator auf<br />
dem Gerät Regelung und Verteilung<br />
auf dem Gerät (700V DC)<br />
-<br />
- 3 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Düngereffizienz steigern, N-Saldo reduzieren<br />
500 ha Betrieb:<br />
Der Düngerstreuer entscheidet bei über 180 die €/ha Qualität und Höhe der Ernte!<br />
(Lagergetreide, Unterdüngung, 900.000,-- Überdüngung, € etc.)<br />
Düngerkosten<br />
in 10 Jahren !<br />
Der Streuer entscheidet über die Effizienz des Rohstoffs Dünger:<br />
Phosphat, Kali, Magnesium,.. Düngerabsatz D 2011: 2,7 Mrd.€<br />
Der Düngerstreuer kann den Stickstoffaufwand senken<br />
(Energieaufwand für 1 kg N = Energieäquivalente = 1 Öl!)<br />
-<br />
- 4 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Dosieren von Mineraldünger mit EMC-Technik<br />
EMC - elektronische Massenstromkontrolle (hydraulische Version)<br />
400<br />
350<br />
Massenstrom [kg/min]<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
bar<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
Druckdifferenz [bar]<br />
Die Druckdifferenz<br />
korreliert mit der<br />
Durchflussmenge<br />
in kg/min<br />
Druckdifferenz von Vorlauf zu Rücklauf<br />
wird erfasst. Dies entspricht dem<br />
Drehmoment, um die Scheibe anzutreiben<br />
-<br />
- 5 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Dosieren: Zweischeibendüngerstreuer<br />
mit elektrischem Antrieb<br />
Scheibenantrieb<br />
900 U/min<br />
12V Excenter-<br />
Rührwerksantrieb<br />
1. Keine Drehzahlsensoren<br />
erforderlich<br />
2. Drehmomentmessung<br />
durch Spannung/Stromstärke<br />
ohne Sensoren<br />
Scheibenantrieb<br />
900 U/min<br />
Getriebe<br />
5,5:1<br />
480V Motor<br />
5000 U/min<br />
-<br />
- 6 - Norbert Rauch<br />
480V Motor<br />
5000 U/min<br />
Getriebe 5,5:1<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Dosieren: Drehmomenterfassung beim<br />
elektrischen Antrieb<br />
-<br />
- 7 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Verteilen: Streutechnologie eines<br />
Zweischeibendüngerstreuers<br />
Das GPS-Signal schaltet die Streuerfunktionen Drehzahl,<br />
Streumenge und Aufgabepunkt vollautomatisch!<br />
-<br />
- 8 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Vollautomatische Streubildeinstellung im Feld,<br />
an Feldgrenzen, Keilen, Vorgewenden<br />
Eine superschnelle, präzise Scheibendrehzahlregelung ist zur<br />
Reduzierung von uneffizienten Überlappungen erforderlich.<br />
-<br />
- 9 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Sprungantwort:<br />
hydraulischer vs. elektrischer Scheibenantrieb<br />
Step response Step response - Spreader Step - Spreader response disc speed disc - Spreader speed disc speed<br />
hydraulic hydraulic vs. electrical vs. electrical hydraulic main drive main vs. electrical drive main drive<br />
900<br />
900<br />
target speed<br />
900<br />
response hydraulic driven<br />
response electric driven<br />
target speed<br />
response hydraulic driven<br />
target speed<br />
response electric driven<br />
response hydraulic driven<br />
response electric driven<br />
disc speed [rpm]<br />
disc speed [rpm]<br />
600<br />
300<br />
600<br />
300<br />
disc speed [rpm]<br />
600<br />
300<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0 0 2 5<br />
25<br />
10 4 27<br />
15 6 29<br />
20 25 8 31<br />
30 10 33<br />
35<br />
35<br />
time [sec.] time [sec.] time [sec.]<br />
-<br />
- 10 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Freisetzung der fossilen Energiereserven:<br />
Umweltbelastung mit CO 2<br />
2011:34 Mrd.t<br />
-<br />
- 11 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Treibhausgas-Emissionen in D (November 2012)<br />
-<br />
- 12 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
RAUCH AXIS E Zweischeiben-Düngerstreuer<br />
80<br />
70<br />
„Aufgeräumter“<br />
Kopplungsbereich<br />
60<br />
efficiency [%]<br />
50<br />
Sehr 40 guter Wirkungsgrad bei optimaler Einstellbarkeit<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26<br />
disk torque [Nm]<br />
electrical spreader<br />
hydraulic spreader at Power Beyond<br />
hydraulic spreader at SCV<br />
mechanical spreader<br />
-<br />
- 13 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Wirkungsgrad und Dieselverbrauchsreduzierung<br />
hydraulischer versus elektrischer Antriebe<br />
# Antriebsart Dosierung<br />
[kg/ha]<br />
nScheibe<br />
[rpm]<br />
nDiesel<br />
[rpm]<br />
Verbrauch<br />
[l/h]<br />
1 hydraulic 0 900 1100 7,24<br />
2 hydraulic 200 900 1100 6,59<br />
3 hydraulic 400 900 1100 9,16<br />
4 electric 0 900 1100 5,85<br />
5 electric 200 900 1100 5,53<br />
6 electric 400 900 1100 5,89<br />
-<br />
- 15 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Vergleich verschiedener Antriebssysteme von<br />
Zweischeibendüngerstreuern<br />
Vergleich der verschiedenen Antriebssysteme von Zweischeibendüngerstreuern<br />
Ausführungsform aktueller Zweischeibendüngerstreuer<br />
Kriterium Kundenvorteil Mechanisch Hydraulisch Elektrisch<br />
Trennung Scheiben-Rührwerksantrieb Arbeitssicherheit nicht einfach einfach<br />
Stufenlosigkeit des beidseit. Sch.-Ant. Arbeitsbreitenregelung nicht gut sehr gut<br />
Unterschiedl.Drehzahlen re/li Sch.-Ant. Grenz- Randstreuen nicht gut sehr gut<br />
Stufenlosigkeit re/li einseitiger Sch.-Ant. Keilstreuen nicht gut sehr gut<br />
Kontrollierte Regelbarkeit des Sch.-Ant. Arbeitssicherheit/Keilstr. nicht träge sehr gut<br />
Drehmomenterfassung re/li Sch.-Ant. auto. Düngerstromregel. mit Sensoren mit Sensoren ohne Sensoren<br />
Antriebskoppelung zum Traktor Komfortable Ankoppelung Telespace GW. Hydr.Stecker Elekt.Stecker<br />
Informationskoppelung zum Traktor Geräte-Erkennung nicht nicht einfach<br />
System-Wirkungsgrad Effizienz des Antriebes hoch gering sehr hoch<br />
Ölverbrauch-fossiler Ressourcenverbr. Kosten/Nachhaltigkeit gering mittel kein<br />
Umweltgefährdung durch Ölverluste Ölverlust/Kosten gering hoch keine<br />
Herstellkosten Anschaffungspreis niedrig hoch hoch<br />
Kompatibilität mit älteren Traktoren Flexibilität vorhanden vorhanden nicht vorhanden<br />
-<br />
- 16 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Add-On Generator als Retrofit-Lösung<br />
Air Inlet with Filter<br />
Generator<br />
E-Machine<br />
AC Voltage<br />
Regulator<br />
Air Outlet<br />
-<br />
- 17 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Hochvoltantrieb für pneumatische Sämaschine<br />
-<br />
- 18 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Angetriebene Anhängerachse<br />
Erhebliche Traktionsunterstützung von ca. 8 kN<br />
-<br />
- 19 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Elektrisch angetriebene Anhängerachsen<br />
GRIMME<br />
-<br />
- 20 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Prozessoptimierung einer Rundballenpresse<br />
• Folienabriss wird zuverlässig verhindert<br />
• Drehmomentregelung des Antriebes<br />
• Sehr feine Regelung möglich<br />
• Durch Elektrifizierung der Pick-up kann zusätzlich<br />
der Verbrauch gesenkt werden<br />
-<br />
- 21 - Norbert Rauch<br />
<strong>Agritechnica</strong> 2013-11-13
Elektro-Motorenentwicklung Implement<br />
TSS150-125 12 kW S1 @ 5000 rpm air cooled<br />
Angebot Februar 2013:<br />
Modulbaureihe 7kW, 13kW, 21kW<br />
Beispiel 13 kW:<br />
1-25 St.: 3.650€<br />
>1000 St. 10.000 St. ca. 400€<br />
-<br />
- 22 - Norbert Rauch<br />
2013-03-07 AKT-VDMA
Zusammenfassung<br />
Historische Chance:<br />
• Ablösung der ineffizienten hydraulischen Schnittstelle für rotatorische<br />
Antriebe = Motoren, (nicht translatorische = Hydraulikzylinder !!)<br />
• Elektrische Antriebe eröffnen neue Potentiale für rotatorische<br />
Antriebe in landwirtschaftlichen Arbeitsgeräten<br />
– Präzise, bedarfsabhängig geregelte Antriebe<br />
– Hohe Wirkungsgrade<br />
1. Stufe der Vollelektrifizierung der Landtechnik<br />
– Optimale Gerätebedienung und Kommunikation über ISOBUS-<br />
Terminal<br />
– Vereinfachte Leistungsverteilung<br />
– Reduzierter Verbrauch fossiler Ressourcen (Kraftstoff, Hydrauliköl)<br />
– Sichere und schnelle Ankopplung der angebauten und gezogenen<br />
Arbeitsgeräte<br />
-<br />
- 23 - Norbert Rauch 23
Elektrifizierung der Landtechnik<br />
„Es stellt sich nicht mehr die Frage, ob die<br />
elektrischen Antriebe in der Landtechnik Einzug<br />
halten werden oder nicht,<br />
sondern nur noch wie schnell.“<br />
Los geht`s!<br />
-<br />
- 24 - Norbert Rauch<br />
2013-03-07 AKT-VDMA
Danke!<br />
-<br />
- 25 - Norbert Rauch
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