Diskutiert werden die verschiedenen Systemansätze zu einer Elektrifizierung von Antriebssträngen von Landmaschinen mit Fokus auf Traktoren. Als erstes System wird ein Generatorsystem beschrieben, bei dem eine elektrische Maschine in den Antriebsstrang integriert wird, um Leistung für elektrische Nebenverbraucher am Fahrzeug und auf dem Anbaugerät zur Verfügung zu stellen. In weiterer Folge werden ein elektrisch leistungsverzweigtes System und ein dieselelektrischer Antrieb verglichen. Die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Konzepte werden bezüglich ihrer funktionellen Möglichkeiten bei der Elektrifizierung, des Bauraums und der Kosten gegenübergestellt. Auch die gesteigerte Funktionalität im Antriebsstrang und die damit verbundene Wirkungsgrad- und Fahrleistungssteigerung wird erläutert. Hinsichtlich der Versorgung von elektrischen Antrieben eignen sich sowohl das Generator-, das leistungsverzweigte und das dieselelektrische System gleichermaßen. Da beim Generatorkonzept nur eine elektrische Maschine benötigt wird, ergeben sich Vorteile bei den Kosten und Bauraum. Das diesel-elektrische System hat den größten Bauaufwand bezogen auf die elektrischen Komponenten, vor allem beim Einzelradantrieb. Durch Hybridisierung können zusätzliche Verbrauchs- und Abgasemissionsvorteile durch geschicktes Leistungsmanagement der Nebenverbraucher und des Antriebsstrangs, erzielt werden. Die Konzepte werden auf Ihre Eignung in Traktoren untersucht und die Vor- und Nachteile diskutiert. Als Beispiel wird ein Generatorsystem von ZF und eine Konzeptstudie eines elektrisch leistungsverzweigten ZF-Eccom Getriebes vorgestellt und die Funktionsweise und die Vorteile diskutiert. Das Konzept des ZF-Eccom Getriebes bietet Potential aufgrund des besseren Wirkungsgrades im Vergleich zu einem diesel-elektrischen System. Geschwindigkeitsbereichsabhängig können sogar bessere Wirkungsgrade als bei einem konventionellen hydrostatisch leistungsverzweigten System erzielt werden.
The paper discusses different alternative concepts for an electrification of drivetrains of agricultural machinery, focussing on tractors. At beginning a generator system is described, where a single electric motor is integrated in the drivetrain for supply of power to electric on board auxiliaries and electric drives on the implement. Subsequently, an electric power split and a diesel electric system are compared. The advantages and disadvantages of the different concepts are compared with regards to their functional possibilities for electrification, their installation space and their costs. Also the enhanced functionality in the drivetrain and the thereby involved increase in the efficiency and the propulsion power, is explained. With regards to the power supply of electric drives, the generator, the electric power split and the diesel-electric system are equally suited. However, the generator system has advantages regarding its required installation space and the costs, since it is equipped with only a single electric machine. The diesel-electric system, in particular when equipped with hub drive units, requires the largest installation space with respect to its electric components. Subsequently a possible extension of the discussed concepts to hybrid systems is discussed. With a hybrid system additional fuel and exhaust emission benefits can be achieved through an intelligent power management of auxiliaries and powertrain. The different concepts are investigated for their use in tractors and the advantages and disadvantages are discussed. After that, a generator system of ZF and a concept study of an electric power split ZF-Eccom transmission are presented as exemplary implementations with a discussion of the functionality and the advantages of these concepts. Finally, simulation results of fuel benefits that can be achieved through electrification with an electric power split ZF-Eccom transmission, are discussed. The presented electric power split concept of a ZF-Eccom transmission provides potentials based on a higher efficiency compared to a diesel-electric system. Depending on the operational speed of the vehicle the efficiency of the electric power split can be even higher than that of a conventional hydrostatic power split transmission. Through clever design of the gear ratios the electric power split transmission can be equipped with smaller electric machines as compared to a diesel-electric system, which results to smaller installation space and lower costs.
Elektrifizierung und Hybridisierung bei Landmaschinen - Konzepte und Vorteile
2011
14 Seiten, 7 Bilder, 7 Quellen
(nicht paginiert)
Conference paper
German
Elektrifizierung von Landmaschinen
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