feldversuche mit elektrischer triebachse bei einem abschiebewagen

FELDVERSUCHE MIT 

ELEKTRISCHER TRIEBACHSE BEI 

EINEM ABSCHIEBEWAGEN 

Dipl.-Ing. (FH) Franz Höpfinger, 

Fliegl Agrartechnik GmbH 

FELDVERSUCHE MIT ELEKTRISCHER TRIEBACHSE BEI EINEM ABSCHIEBEWAGEN | 25. JUNI 2013

THEORETISCHE 

ÜBERLEGUNGEN 


ZIELE/VORTEILE EINER TRIEBACHSE 

• Acker: 

• Verbesserte Traktion 

• Reduzierter Bulldozing-Effekt 

• Minderung Seitenabdrift beim Quer-zum-Hang 

fahren 

• Minderung Grasnarbenverletzung (Mehrertrag) 

• Straße: 

• Nasse Fahrbahn, Schnee, Glatteis --- Anfahr- 

Unterstützung 

• Trockene Straße ? 


EFFIZIENZ / ENERGIEERSPARNIS 

• Oft argumentiert: Elektrifizierung spart Energie fraglich…. 

• Vergleich: 

• (1) Traktor 200 PS, 7.4to, nicht elektrisch, keine Triebachse 

• (2) Traktor 200 PS, 7.4to, elektrisch, Triebachse 

• (2) wird wahrscheinlich nicht effizienter sein, im Gegenteil, es 

wird vermutlich einen Kraftstoffmehrverbrauch geben (höheres 

Eigengewicht, mehr bewegte Teile) 

• Effizienz einer elektrischen ggü. Hydraulischer Triebachse jedoch 

sicherlich gegeben … 


DER WEG ZUR EFFIZIENZ 

• Vergleich: 

• (1) Traktor 200 PS, 7.4to, nicht elektrisch, keine Triebachse 

• (2) Traktor 140 PS, 5.4to, elektrisch, Triebachse; evtl. power 

Boost 

(2) hat 2 to weniger Leergewicht auf der Strasse, und kann 2 to 

mehr laden im Vollzustand --- Betrachtung von Diesel / to 

transportierter Ladung ! 

Dito bei 2 Traktoren von denen einer mit Ballastgewicht beschwert 

werden muss, um die nötige Traktion zu erhalten .. 


TRIEBACHSKONZEPTE 

Triebachskonzepte: 

- Mechanisch über Normzapfwelle (historisch) 

- konnte nur bei einem Gang passen 

- Verspannungen im Getriebe wenn nicht ausgeschaltet auf Strasse 

- Mechanisch über Wegzapfwelle 

- kaum noch erhältlich 

- keine Zapfwelle mehr für Geräteantrieb 

-Doppelzapfwelle 

- Nachrüstlösung; Normzapfwelle & Wegzapfwelle über Allradwelle 

- Bodenfreiheit eingeschränkt 

- Hydraulisch 

- Zapfwellengetriebene Pumpe, Tank, Kühler, Ölmotor .. – hoher Preis .. hoher 

Aufwand .. hohes Gewicht … 

- Elektrisch 

- die Lösung ? 


VERGLEICH DER TRIEBACHSKONZEPTE 

Jede wie auch immer geartete Bewertung kann 

man diskutieren. 

Hier 2 Punkte herausgegriffen: 

Preis: 

• Hydraulische Triebachsen sind teuer ! 

Quelle: BA Michael Pickard 

Sicherheit 

• Wenn 140 kW an der Achse schieben, weil die 

Elektronik falsch steuert … (fraglich) 


ZUGKRAFT EINES TRAKTORS 

NTTL/DLG -- ZUGKRAFTERGEBNISSE 

John Deere 9560R / 560PS – 157kN bei 8km/h 

Fendt 716 / 165 PS -- 44 kN bei 8km/h 

Fendt 926 / 260 PS – 68 kN bei 8km/h 


VERSUCHE 


AUFBAU TRIEBACHSANHÄNGER 

Steuerung 

650V DC 

Versorgung 

powerMELA 

Übersetzungs 

getriebe 

LKW- 

Antriebsachse 

Trafoölanschluss 

am Schlepper 

Mech. Leistung 

650V DC 

Trafoöl 

CAN-Bus 


FOTO 


MESSKONFIGURATIONEN/ AUSGANGSLAGE 

Messung Nr. Triebachse Ballastierung Untergrund Gesamtgewicht 

MTA Ein - Asphalt 27500 

MTA 2,5 Ein 2500 kg Asphalt 30000 

OTA Aus - Asphalt 27500 

OTA 2,5 Aus 2500 kg Asphalt 30000 

MTA F Ein - Ackerboden 27500 

MTA 2,5 F Ein 2500 kg Ackerboden 30000 

OTA F Aus - Ackerboden 27500 

OTA 2,5 F Aus 2500 kg Ackerboden 30000 

MTA = Mit Triebachse 

OTA = Ohne Triebachse 

F = Ackerboden (Feld) 

Anhänger immer gleich beladen. 


ASPHALT 


Zugkraft 

140 

MTA MTA 2,5 OTA OTA 2,5 

ZUGKRAFTVERLAUF 

120 kN 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0 2 4 6 8 10 km/h 12 14 

Geschwindigkeit 

Zugkraftvorteile durch Triebachseinsatz bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 4 km/h 

ballastierte Gespanne erreichten größer Zugkräfte als die jeweiligen unballastierten 

Bei Geschwindigkeiten größer 4 km/h sind nahezu keine Zugkraftunterschiede mehr 

feststellbar 

Ab 4 km/h ist die Motorleistung des Traktors der zugkraftbegrenzende Faktor, 

d.h. Triebachse bei sehr guten Verhältnissen (Asphalt) nur während des Anfahrens 

sinnvoll. 


Zugkraft 

160 

140 kN 

Triebachse eingeschalten 

Triebachse ausgeschaltet 

TRANSPORTMASSENGEWINN 

120 

100 

80 

60 

Transportmassengewinn 

40 

20 

0 

25 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 t 31 

Gesamtgewicht 

Schnittpunkt zwischen oranger und grüner Linie stellt das minimal erforderliche 

Eigengewicht des elektrifizierten Antriebs dar, um die gleichen Zugkräfte zu 

übertragen (26,8 t) 

Das bedeutet einen Transportmassengewinn von 3,2 t 

Bei einer Nutzlast von 12 t entspricht das einem Nutzlastgewinn von 26% 


Zugleistung 

120 

MTA MTA 2,5 OTA OTA 2,5 

100 kW 

ZUGLEISTUNG AUF ASPHALT 

80 

60 

40 

20 

0 

0 2 4 6 8 10 km/h 12 14 


Bis zu einer Geschwindigkeit von 5 km/h wurden bei den Messungen mit eingeschalteter 

Triebachse höhere Zugleistungen als bei konventionellem Betrieb erreicht. 

Bei Geschwindigkeiten größer 5 km/h überwog der konventionelle Antrieb (d.h. 

Kraftstoffmehrverbrauch bei eingeschalteter Triebachse, Konfiguration beachten) 

Nicht untersucht: Einfluss des „Mitschleppens“ bei OTA ! 

Zusatzballast führt bis 5 km/h zu einer Erhöhung der Zugleistung danach verringert er diese 

Regelkonzept hat großen Einfluss 

Unschärfe bei Messung schlägt durch 


ACKERBODEN 


Zugkraft 

100 

MTA F MTA 2,5 F OTA F OTA 2,5 F 

ZUGKRAFTVERLAUF AUF 

ACKERBODEN 

kN 80 

60 

40 

20 

0 

0 1 2 3 4 5 6 km/h 7 8 


Der Zugkraftverlauf der Messung MTA 2,5 F liegt über dem der Messung OTA 2,5 F 

Der Zugkraftverlauf der Messung MTA F verläuft bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 5 

km/h parallel zu dem der Messung OTA 2,5 F 

Hier laufen die Zugkräfte jedoch nicht wie auf Asphalt in einem Strang sondern variieren 

bei größeren Geschwindigkeiten deutlich mehr. 

‣Dies ist auf den Triebkraftbeiwert zurückzuführen, der auf einer Ackerfläche nicht 

konstant ist. 


Zugkraft 

120 

Triebachse eingeschaltet 

Triebachse ausgeschaltet 

100 kN 

TRANSPORTMASSENGEWINN 

80 

60 

40 

Transportmassengewinn 

20 

0 

25 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 t 31 

Gewicht 

Schnittpunkt der orangen und der grünen Linie stellt das minimal erforderliche 

Eigengewicht des elektrifizierten Traktor-Anhänger-Gespanns dar, um die gleichen 

Zugkräfte übertragen zu können wie das konventionelle mit 2,5 t Zusatzballast 

ausgestattete Gespann 

Hier wurde ein Nutzlastgewinn von 2,3 t erreicht, was einem Transportmassengewinn von 

19% entspricht 

Geraden (grün, rot) laufen geringfügig auseinander, was auf den variierenden 

Triebkraftbeiwert auf Ackerboden zurückzuführen ist (zunehmende Last auf der 

Triebachse). 


Zugleistung 

80 

MTA F MTA 2,5 F OTA F OTA 2,5 F 

kW 70 

60 

ZUGLEISTUNG 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 1 2 3 4 5 6 km/h 7 8 


Die maximalen Zugleistungen wurden bei sämtlichen Messungen bei Geschwindigkeiten 

zwischen 5 und 6 km/h gemessen 

Im Gegensatz zu Asphalt liegen hier die maximalen Zugleistungen mit elektrischer 

Triebachse über denen des jeweils gleich ballastierten konventionellen Antriebs 

Bis zu einer Geschwindigkeit von 4,5 km/h überliegt auch hier der elektrifizierte Antrieb 

TODO: unterschiedliche Ackerböden betrachten: Erwartung: je schlechter der Boden, 

desto höher der Effekt der Triebachse 


FAZIT 


FAZIT 

• Vorteile der Triebachse deutlich auf Ackerboden 

• Vorteil bei kleinen Geschwindigkeiten auf Asphalt vorhanden 

• Mit Versuchsaufbau des 140kW Motor konnten die technisch 

sinnvollen Grenzen ermittelt werden. 

• Kosten: elektrische Antriebstechnik muss für Serienanwendung 

deutlich günstiger werden. 

• d.h. Konzentration auf kleinen Geschwindigkeitsbereich, und 

Abschaltung der Achse durch Kupplung bei höheren 

Geschwindigkeiten Kupplungen > 1500Nm gesucht … 

• Eigengewicht des elektrischen Antriebs (Achse, Motor, Getriebe)! 


IDEEN / WEITERE PROJEKTE / FORSCHUNGSVORHABEN 

• Traktionserhöhung/Nutzlasterhöhung durch Triebachse bei langsamer 

Fahrt / Feld bewiesen ABER: Fahrstabilität: kleiner Traktor – großer 

Hänger – brauchen wir ESC zur Gespannstabilisierung? 

• Reifen-Thema: (siehe Einleitung) wie kann man Lärm und 

Kraftstoffverbrauch auf der Straße verringern ? 


EFFIZIENZ (2) 

• Weitere Idee, für Traktoren mit hohem Straßenanteil: 

• Ackerstollenreifen haben sehr viele negative Eigenschaften 

auf der Straße. 

Traktor mit einem Mischprofil ausstatten, Traktion über 

Triebachse gewinnen 

Minderverbrauch auf der Straße, weniger Lärm, geringeres 

Einsinken auf dem Acker, geringere Grasnarbenversetzung 

… 

Quelle: Michelin 


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