Hybrid Drive

Erster Hybrid-Antrieb für Baumaschinen

Innovation von DEUTZ und WEYHAUSEN.

 Mit der Vorstellung eines Hybrid-Antriebs für einen Radlader von WEYHAUSEN setzte die DEUTZ AG, Köln, auf der bauma 2007 in München erneut Massstäbe bei Antrieben von Baumaschinen. Mit diesem weltweit ersten Projekt, das in enger Zusammenarbeit mit HEINZMANN und WEYHAUSEN durchgeführt wird, wollen die Projektpartner neue, zukunftweisende Antriebslösungen vorstellen. Die bislang bekannten Hybrid-Antriebe von Personen- und Nutzfahrzeugen zeigen vielversprechende Ergebnisse mit Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch bis zu 30 Prozent. Dieses Potential soll künftig mit DEUTZ Hybrid-Antrieben in Baumaschinen genutzt werden. Vor dem Hintergrund der Forderungen nach einer Begrenzung der CO2-Emission könnten Hybrid-Antriebe einen nennenswerten Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstosses leisten.

Hybride Antriebssysteme bestehen im Regelfall aus einem Verbrennungsmotor, konventionellen Antriebselementen wie Getriebe, Achsen und Hydraulikanlage, mindestens einer Elektro-Maschine (Motor-Generator), einer Leistungselektronik und einer Hochleistungsbatterie.

Im Betrieb als Motor entnimmt die E-Maschine Leistung aus der Batterie und führt sie dem Antriebsstrang zu. Im umgekehrten Fall, im Betrieb als Generator, entnimmt die E-Maschine Leistung aus dem Antriebsstrang und lädt die Batterie wieder auf. So können Leistungsspitzen aus der Batterie abgedeckt, der Verbrennungsmotor kleiner ausgeführt und im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Das Ergebnis ist ein wesentlich verbesserter Wirkungsgrad des Antriebssystems.

Mit dem ersten Schritt wurde von DEUTZ und WEYHAUSEN auf der bauma ein sogenanntes "mildes" Hybridsystem vorgestellt, bei dem ein Motor-Generator in den Antriebsstrang zwischen Dieselmotor und Hydraulikpumpe eingebaut wird. Derartige Systeme erzielen Kraftstoffeinsparungen zwischen 10 und 20 Prozent.

Zum Einsatz kommt ein DEUTZ Vierzylinder-Dieselmotor der Baureihe 2011 mit einer Leistung von 36,9 kW bei einer Drehzahl von 2100 min-1. An Stelle des Schwungrads und des Schwungradgehäuses wird eine sehr kompakte, leistungsfähige E-Maschine eingebaut. Der Wirkungsgrad dieser permanent-erregten Synchronmaschine liegt deutlich über 90 Prozent. Aufgrund der hohen Leistungsdichte werden E-Maschine und Leistungselektronik mit Öl gekühlt. Die Nennleistung der E-Maschine beträgt 10 kW, die Spitzenleistung 30 kW.

HEINZMANN, ein bekannter Hersteller von Motorregelsystemen und seit Jahrzehnten Lieferant und Partner von DEUTZ, entwickelt und fertigt die E-Maschine und die Leistungselektronik. Aufgrund des modularen Konzepts können diese Komponenten auch in anderen Geräten eingesetzt werden.

Der Einbau des Hybrid-Antriebs in den Radlader gestaltet sich problemlos, da der Dieselmotor mit integrierter E-Maschine nur unwesentlich länger ist als der ursprüngliche Dieselmotor. Als Energiespeicher dient eine Li-Ion Batterie die von Axeon nach Spezifikation von DEUTZ und WEYHAUSEN speziell für dieses Projekt entwickelt und gefertigt wird.

In der ersten Ausbaustufe des Hybrid-Antriebs werden folgende Systemfunktionen realisiert:

  • Start und Stopp: Automatischer Motorstopp in den Leerlaufphasen, automatischer Motorstart, wenn der Betrieb fortgesetzt werden soll. Der Motor wird über E-Maschine gestartet. Der übliche Anlasser entfällt.
  • Power-Boost: Bei Leistungsspitzen wird die E-Maschine zugeschaltet.
  • Batterie laden: Hat der Dieselmotor einen Leistungsüberschuss, kann die E-Maschine im Generatorbetrieb die Batterie laden.
  • Rekuperation: Ein Teil der Bremsenergie wird von der E-Maschine in die Batterie zurückgespeist.
Eingebaut und erprobt wird dieses System in einem WEYHAUSEN-Radlader vom Typ ATLAS AR 65-Hybrid. In dieser Entwicklungsstufe des Antriebs erfolgen alle maschinenseitigen Antriebe noch hydraulisch. Im nächsten Schritt soll der Antrieb des Radladers zu einem Voll-Hybrid-System ausgebaut werden. Dann kann zusätzlich zu den oben genannten Funktionen zeitweise ein rein elektrischer und damit emissionsfreier Betrieb realisiert werden.