Für eine signifikante Verbesserung der Produktivität und Energieeffizienz in der landwirtschaftlichen Produktion, sind technische Neu- und Weiterentwicklungen bei Landmaschinen unabdingbar. Elektrische Antriebsysteme gelten hierbei als ein wichtiger Bestandteil zur Erfüllung dieser Anforderungen. Bisher konnten sich, trotz einer Vielzahl von Forschungsprojekten, elektrische Antriebssysteme noch nicht in der Landtechnik etablieren. Die Vielzahl der landwirtschaftlichen Anwendungen, teilweise nicht eindeutig bewertbarer Kundennutzen, sowie die vielen möglichen technischen Konzepte erschweren derzeit eine herstellerübergreifende und allseits kompatible Lösung für den Landwirt. Mit besonderem Hinblick auf den Kundenutzen wurde in dieser Arbeit eine dreistufige Elektrifizierungssystematik für Landmaschinen vorgestellt, mit der die derzeitigen Entwicklungen der Landtechnikhersteller in diesem Bereich besser einzuordnen und mögliche, zukünftige Potentiale und Konzepte einzuschätzen sind. Anhand von technischen und landwirtschaftlichen Bewertungskriterien wurden verschiedene, existierende landwirtschaftliche Maschinen auf ihre Elektrifizierungswürdigkeit untersucht. Darauf folgernd wurde prototypisch ein Mild-Hybrid Traktor, sowie ein Gerätetraktionsantrieb auf Basis eines Muldenkippers umgesetzt. Für beide Prototypkonzepte ist neben der Abstimmung der installierten elektrischen Komponenten die Betriebsstrategie von essentieller Bedeutung. Für den Hybridtraktorprototyp, wurden typische Hybridfeatures aus dem Automotivsektor für die Anwendung in einem Traktor bewertet. Während der Energierekupertion nur ein sehr begrenztes Potential zugeordnet werden kann, so stellen der Hybrid-Boost, die Lastpunktverschiebung sowie die Phlegmatisierung von transienten Lasten durch den elektrischen Triebstrang hochinteressante Betriebsarten für den Traktor dar. Der elektrische Gerätetraktionsantrieb wurde mit einer manuellen Ansteuerung der Triebachse sowie verschiedenen automatisierten Betriebsstrategien umgesetzt. Bei der Felderprobung des Hybridtraktors konnte in ersten Versuchen eine um 23,5% schnellere Beschleunigung von 0km/h auf 50km/h, bei gleichzeitig 15,6% geringerem Energieaufwand festgestellt werden. Rekuperationsversuche zeigten mit diesem Fahrzeug, wie zu erwarten, lediglich ein sehr beschränktes Potential zur Energierückgewinnung. Mit dem Gerätetraktionsantrieb konnte generell eine signifikante Verbesserung der Fahrzeugtraktion sowie des Fahrkomforts gezeigt werden. Mit Hilfe von zusätzlichen Fahrfunktionalitäten wurde bei allen erprobten Fahrsituationen ein adäquates Fahr- und Traktionsverhalten erzielt. Eine automatisierte Betriebsstrategie erscheint bei beiden Fahrzeug als Mittel der Wahl, wenn es darum geht das volle Potential der jeweiligen Maschine auszunutzen. Insgesamt wurden in dieser Arbeit weitere Grundlagen geschaffen, um die aktuellen wie auch zukünftigen Entwicklungen von elektrifizierten Landmaschinen besser zu verstehen und einordnen zu können. Grundsätzlich besteht im Bereich der Komponentenauslegung, Konzeptgestaltung sowie der Maschinenregelung noch umfangreicher Handlungsspielraum, was unter anderem dazu führt, dass es elektrische Antriebe kurz- bis mittelfristig nicht einfach haben werden, sich in der Landtechnik durchzusetzen. Ihre Charakteristika legitimieren sie für die Anwendung im industriellen, stationären Bereich, wo höchste Präzision und Genauigkeit unabdingbar sind. Ob landtechnische Applikationen tatsächlich die Präzision und Genauigkeit beispielsweise einer CNC-Fräsmaschine benötigen, ist zumindest bei derzeitigen Maschinenkonzepten stark zu bezweifeln. Für die Landwirtschaft ist ein hocheffizientes Antriebssystem zukünftig ein Muss. Damit sich diese verbesserte Effizienz letztendlich positiv auf den Geldbeutel des Landwirts auswirkt, müssen die Landmaschinenhersteller allerdings noch erhebliche Anstrengungen und Entwicklungsarbeit leisten, um schlüssige und vor allem ganzheitliche Elektrifizierungskonzepte anbieten zu können.

Schlagwörter: Elektrische Antriebe; Agrartechnik; Elektrifizierung von Landmaschinen; Hybridtraktor; Anbaugerätetraktionsantrieb

Berichte aus der Agrarwissenschaft