Elektrifizierung in der Landtechnik

• Hoch- und Niedervoltgenerator TERRA+

• Elektrischen Einzelradantrieb ZF eTRAC

• Elektrische Antriebssysteme für Zero Emission Traktoren

• Stufenlos regelbarer Vorderachsantrieb ZF eFAD

Mit dem Leitsatz „Vision Zero“ hat ZF es sich zum Ziel gesetzt, neben Unfällen und ausfall-bedingten Standzeiten auch Emissionen gegen Null zu reduzieren. Vor allem im Bereich der Landwirtschaft ist dieses Ziel stets gekoppelt an eine nachhaltige Produktivitätssteigerung.

Die integrierte Generatorlösung: ZF-TERRA+

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Mit TERRA+ stellt ZF eine Lösung für Hoch- und Niedervolt Generatorsysteme für stufenlose Traktorgetriebe der TERRAMATIC Baureihe vor. Das Generator-Modul ist dabei im Transaxle Gehäuse integriert. Vom Verbrennungsmotor bereit gestellte mechanische Leistung wird so in elektrische Leistung umgewandelt und kann direkt am Anbaugerät oder am Traktor verwendet werden.

Durch die Erzeugung und Nutzung elektrischer Leistung kann eine höhere Leistung am Dieselmotor zugelassen werden, da diese dann nicht in den mechanischen Getriebe-Antriebstrang gelangt sondern direkt in elektrische Leistung gewandelt wird.

So kann beispielsweise ein verhältnismäßig großer Verbrennungsmotor mit einem kleineren Getriebe kombiniert werden (Getriebe-Downsizing). Durch die vorhandene elektrische Leistung kann auch ein leichterer Traktor größere Anbaugeräte mit einem elektrischen Traktionsantrieb bewegen.

Die Generator Plattform TERRA+ nutzt Synergien mit anderen ZF Geschäftsfeldern (Pkw, Nkw) bestmöglich. ZF TERRA+ ist in zwei verschiedenen Ausführungen verfügbar.

Hochvolt-Ausführung:

Der Hochvolt-Generator und Wechselrichter wird zur Leistungsgenerierung im Traktor eingesetzt und kann bis zu 80 kW kontinuierliche elektrische Leistung erzeugen. Zudem ist eine Erweiterung zum Hybridsystem möglich.

Niedervolt-Ausführung:

Für Anwendungen mit einem elektrischen Leistungsbedarf bis ca. 20 kW kontinuierlich bieten sich E-Motoren und Inverter auf 48 V Niedervolt an, wie sie in PKW-Hybridgetrieben eingesetzt werden.

Elektrischer Einzelradantrieb ZF eTRAC

Das Generatormodul Terra+ in Kombination mit dem elektrischen Einzelradantrieb ZF eTRAC GPE 50 sorgen am Anhänger oder am Anbaugerät für ein optimales Vorwärtskommen im Gelände (Traction Management). ZF zeigt mit diesem Konzept, wie sich intelligente mechanische Systeme auch in Off-Highway-Anwendungen applizieren lassen.

Das Einsatzgebiet dieser Innovation ist vielfältig. Elektrisch angetriebene Achssysteme für Anhänger und Güllefässer sowie elektrisch angetriebene Stützräder für diverse Anbaugeräte sind nur einige Beispiele. Das ermöglicht eine Aufteilung der Antriebsleistung auf zusätzliche Räder und bietet dadurch viele Vorteile für die Praxis. Durch eine geregelte Traktionsunterstützung wird das Arbeiten unter erschwerten Bedingungen erleichtert. Ferner steht dadurch ein größeres Zeitfenster für die Bewirtschaftung auch bei widrigen Witterungsverhältnissen und aufgeweichten Böden zur Verfügung.

Der elektrische Traktionsantrieb erfordert einen geringeren Zugkraftbedarf auf Seiten des Traktors. Dadurch können entweder leistungsstärkere Anbaugeräte bewegt werden oder es kann die Größe der Zugmaschine verringert werden. Die Produktivität wird so gesteigert bzw. der Kraftstoffverbrauch und die Bodenverdichtung werden reduziert.

Der elektrische Antrieb erfolgt dabei über einen flüssigkeitsgekühlten 3-Phasen-Asynchronmotor mit hoher Leistungsdichte und einem nachfolgenden, 2-stufigen Getriebe. Die Motornennspannung beträgt 400 V AC. Die zur Verfügung stehende Arbeitsleistung deckt viele Anwendungsfälle in der Landtechnik ab.

Elektrische Antriebssysteme für Zero Emission Traktoren

Rein elektrische Traktoren – sei es mit Batterie oder mit Brennstoffzelle als Energiespeicher – bieten speziell für die Anwendung in der Landtechnik sowie im kommunalen Bereich eine Reihe von Vorteilen – verglichen mit diesel-betriebenen Fahrzeugen. Die wichtigsten Vorteile sind hier ein emissionsfreies Fortbewegen und ein deutlich reduzierter Geräuschpegel.

Einer der zentralen Treiber ist der komplett emissionsfreie Betrieb. Dieser ist Teil der ZF-Strategie „Vision Zero“ – Fahrzeugsysteme ohne Emissionen.

Um bei diesen elektrischen Antriebsystemen Synergien mit anderen Applikationen erreichen zu können, setzt ZF auf folgende unterschiedlichen Antriebs-Topologien:

• Radnahe Antriebe aus dem Bereich Materialtransport

• Achsen mit Verteilergetriebe und Zentralantrieb

• ntegrierte elektrisch angetriebene Achsen

Die Niederspannungs-Lösungen ZF eTRAC GPE 25 ermöglichen Synergien mit etablierten elektrischen Antriebslösungen aus dem Bereich Materialtransport, die Zentralantrieb-Hochvolt-Lösungen eVD mit den in Entwicklung befindlichen elektrischen PKW- und Nutzfahrzeug-Lösungen. Dieser Ansatz erhöht die Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Industrialisierung durch höhere Stückzahlen.

Stufenlos regelbarer Vorderachsantrieb ZF eFAD

Der stufenlos regelbare Vorderachsantrieb ZF eFAD (Electric Front Axle Drive) hilft Traktion, Fahrkomfort und Wirkungsgrad im gesamten Antriebsstrang zu optimieren. Die Vorteile dieser elektrischen Vorderachslösung gegenüber einer starren Allradverbindung sind:

• Reduzierung des Wendekreises

• Komfortabler und permanenter Allradantrieb

• Fahrsicherheit

• Reduzierter Kraftstoffverbrauch

Das ZF eFAD Konzept kann sowohl mit als auch ohne Leistungsverzweigung dargestellt werden. Für den Zentralantrieb ohne Leistungsverzweigung ist ein Hochvoltsystem am Traktor nötig. Für die leistungsverzweigte Variante ist ein Niedervoltsystem ausreichend. Beide Ausführungen sind bezüglich Performance gleichwertig und decken mindestens die Leistungsfähigkeit eines konventionellen starren Vorderachsantriebs ab.

Im Gegensatz zum klassischen Allradantriebsstrang der bei Traktoren aus einer starren Kopplung zwischen Vorder- und Hinterachse sowie einer Allradkupplung besteht hebt das ZF eFAD Konzept diese starre Kopplung auf. Somit werden auch die Nachteile der starren Kopplung (Verspannungen, unstetes Fahrverhalten, Reifenverschleiß) aufgehoben. Das ZF eFAD Konzept bietet neben dem Ausgleich der oben genannten Nachteile zusätzlich die Vorteile einer stufenlosen Regelung des Vorderachsantriebes. Der Vorlauf der Vorderachse kann also stufenlos nach den Erfordernissen der Fahrsituation angepasst werden. Bei enger Kurvenfahrt kann der Vorlauf erhöht und dadurch ein kleinerer Wendekreis ermöglich werden. Bei schneller Straßenfahrt wird der Vorlauf Null eingestellt, der permanente Allradantrieb bleibt jedoch aktiv. Dadurch werden die Fahrsicherheit sowie die Fahrstabilität erhöht. Im Feldeinsatz wird der Vorlauf optimal nach Bedarf stufenlos geregelt. Dadurch ergeben sich Kraftstoffeinsparungen je nach Einsatzbedingungen.