Elektrische Servoantriebe bewähren sich im Außeneinsatz

Projekt Radantrieb an einem KartoffelroderBei diesem Einsatz wird die Energie von einem PTO (Power take-off, englisch für „Nebenabtrieb“) erzeugt und an das Implement über einen speziell dafür konzipierten Stecker weitergegeben. Ange-trieben wird der PTO über die Frontzapf-welle des Traktors. Die vom PTO erzeugte Gleichspannung wird in den Zwischenkreis des Doppelumrichters eingespeist und an zwei permanenterregte Synchronmotoren weitergegeben. Sie wurden speziell für die-se Anwendung von Jetter konzipiert und verfügen über hohe Leistungsdichte. Die im Doppelumrichter implementierte Software regelt die Drehzahl, so dass das Implement synchron mit der Zugmaschine läuft. Aus-serdem überwacht sie den Strom und das

Rad- oder Nebenantrieb eingesetzt. Er ist stapelbar - das heißt, die Umrichter werden übereinander gebaut, denn alle Strom-, Kon-troll- und Wasseranschlüsse sind an einer Seite angebracht. Somit lassen sich die Um-richter sehr platzsparend einbauen.

Effizienzsteigerung durch Elektrifizierung

Ist die Einsatzdauer einer Maschine sehr nied-rig, muss die Prozessverbesserung überwie-gen, um eine Elektrifizierung zu rechtferti-gen. Verbesserte Prozessführung bedeutet weniger Stillstandszeiten, optimaler Füllungs-grad der Maschine, exakte, für die Futternut-zung optimale Futterlänge, verlustärmeres Ernten des Futters usw. Durch die Drehzah-lentkopplung läuft jeder Antrieb drehzah-lunabhängig von der Verbrennungskraftma-schine, die damit auf ihren verbrauchsopti-malen Punkt gefahren und darin gehalten wird. Ein auf die Maschine zugeschnittenes Energiemanagement sorgt für eine optima-le Energieverteilung. Wird also kinetische Energie rekuperiert, sorgt das Energiemana-gement dafür, dass diese Energie gespei-chert oder an einem anderen Punkt der Maschine verbraucht wird. Auf diese Weise wird die Belastung und Drehzahl der Ver-brennungskraftmaschine konstant gehalten und Energie eingespart. Diese gespeicherte Energie kann zum Boosten, das heißt bei Spitzenlasten, abgerufen werden, so dass die Verbrennungskraftmaschine im optima-len Verbrauchspunkt gehalten werden kann.

Die elektrische Antriebs-technik hat sich in der industriellen Automa-tion längst etabliert. An-ders sieht es in der mo-

bilen Automation aus. Wenn es um geregelte Antriebe bei mobilen Arbeitsmaschinen geht, setzte diese Branche in der Vergangenheit auf hydraulische Systeme. Es gibt jedoch ei-ne Reihe von Anwendungen bei mobilen Arbeitsgeräten und Fahrzeugen, bei denen der Einsatz von elektrischer Antriebstech-nik sinnvoll ist.

Jetter entwickelt Software, Bedieneinheiten und Steuerungen für den Markt mobiler Arbeitsmaschinen und komplettiert das Pro-gramm mit dem Doppelumrichter JMM-5000. Diese modular aufgebaute und offene Sys-temarchitektur ist einfach an verschiedene Maschinen und Kundenwünsche anpassbar.

Der als Vier-Quadranten-Umrichter ausge-legte Doppelumrichter lässt sich einfach in das Gesamtsystem integrieren. Er kann mit Wechsel- oder Gleichspannung gespeist wer-den. Für selbstfahrende Ernte- oder Bauma -schinen kann der Doppelumrichter auch mit einem DC/DC-Ausgang zur Verfügung gestellt werden, so dass das Fahrzeug mit 12-Volt- oder 24-Volt-Gleichspannung und bis 400 Ampere von der Fahrzeugbatterie versorgt werden kann. Der Umrichter steht mit 5 bis 80 kW zur Verfügung und wird als

Geregelter Radantrieb am Kartoffelernter im Einsatz auf dem Acker.

Ewald Küpfer, Ver-antwortlich für mo-bile Antriebstechnik und Antriebssysteme.

Die Systemtopologie der Jetter-Kompo-nenten für mobile Automation.

Beispielkonfiguration JMM-5000 mit einer Gleichspannungs-Einspeisung.

Bilder: Jetter AG, eberl-foto.de 17

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Drehmoment, damit keine längeren Überlasten entstehen (der Doppelumrichter ist kurzzeitig auf 150 % überlastbar) und verhindert bei schlechten Bodenverhältnissen das „Durch-drehen“ der Räder. Zur Motordrehzahlüberwachung wird ein Resolver eingesetzt. Die Temperaturüberwachung des Mo-tors erfolgt über Thermoelemente. Dank seiner hohen Leis-tungsdichte bringt der nur 30 kg schwere Motor 27,5 kW auf ein Rad. So wird das Implement über beide Räder mit 55 kW angetrieben. Das eingesetzte Planetengetriebe hat ein Über-setzungsverhältnis von 1 zu 65 und ist für Umsetzungsfahr-ten abschaltbar.

Projekt Wickelantrieb einer Rundballenpresse

Wie beim Kartoffelroder wird die elektrische Energie mit ei-nem PTO erzeugt. Maßgebend ist beim Kartoffelroder die Verbesserung der Energiebilanz. Bei der Wickelanwendung dagegen liegt der Fokus auf der Verbesserung des Prozesses, denn aufgrund der verschiedenen Witterungsverhältnisse und der unterschiedlichen Folientypen für die Rundballen ändert sich die Viskosität der Folie. Dies lässt sich mit elekt-rischen Antrieben, die fein regelbar sind, einfacher handha-ben als mit hydraulischen Antrieben. Bei elektrischen Antrie-ben wird das Drehmoment über den Strom, der zum Motor fließt, detektiert und so eingestellt und überwacht, dass kein Folienriss entsteht. Ändert sich das Drehmoment, so kann ein sofortiger Stopp eingeleitet werden, der in 450 ms die Wickeleinheit zum Stehen bringt und einen Folienriss verhin-dert. Damit wird wertvolle Stillstandszeit eingespart.

Eine Frage der Zeit

Die Information, dass in Zukunft Energie eingespart und gleichzeitig die Effizienz gesteigert werden muss, ist inzwi-schen auch in allen Unternehmen angekommen. Gerade bei der Antriebstechnik ist in dieser Richtung ein hohes Potenti-al vorhanden. Erfahrungen aus der Industrieautomation hel-fen im Bereich der mobilen Automation nur eingeschränkt weiter, da die Bedingungen im Außeneinsatz zum großen Teil völlig anders sind. In mehreren Pilotprojekten für mobile Anwendungen hat Jetter die Einsatzfähigkeit des elektri-schen Antriebs mit dem neuen Doppelumrichter nach eige-nen Angaben bewiesen und stellt den Unternehmen ein effizientes und kostensparendes System zur Verfügung.

Autor: Ewald Küpfer, Verantwortlich für mobile Antriebstechnik und Antriebssystemei n fo

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