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 stellten DEUTZ und WEYHAUSEN auf der bauma ein so genanntes „mildes“ Hybridsystem vor, 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 die Systemfunktionen „Start und Stopp“, „Power-Boost“, „Batterie laden“ und „Rekuperation“ realisiert. „Start und Stopp“ sorgt für automatischen Motorstopp in den Leerlaufphasen und automatischen Motorstart, wenn der Betrieb fortgesetzt werden soll; der übliche Anlasser entfällt. „Power-Boost“ bewirkt bei Lastspitzen ein Zuschalten der E-Maschine. Im umgekehrten Fall eines Leistungsüberschusses des Dieselmotors kann die E-Maschine im Generatorbetrieb über „Batterie laden“ den Li-Ion Akku aufladen und über die Funktion „Rekuperation“ wird ein Teil der Bremsenergie 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.
Veröffentlicht von: Magdalena Esterer, Klaus Esterer