Macht ein Elektro-Traktor Sinn?

Die Elektrifizierung scheint sich als „E-volution“ nun auch in der Landtechnik zu etablieren. Im Stall und auf dem Hof haben mittlerweile verschiedene „Stallknechte aus Stahl“ mit Elektroantrieb den Einzug in die Praxis geschafft.

Was viele vielleicht nicht wissen: Elektrisch angetriebene Landmaschinen haben eigentlich eine lange Geschichte. Die ersten Lösungen mit Kabelleitung oder auch mit Batterie sind seit dem 19. Jahrhundert bekannt, der elektrische Antriebsstrang in mobilen Maschinen konnte sich aber nicht etablieren.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts begann der Siegeszug der Verbrennungsmotoren. Sie hatten einen herausragenden Vorteil: ein sehr kompakter Motor und vor allem die einfache Energiespeicherung. Der Kraftstofftank konnte in der Regel während eines ganzen Arbeitstages die für den Betrieb der Maschinen notwendige Energie liefern, ohne dass eine Betankung erforderlich war. Dies war eine Grundvoraussetzung für die immer weiter fortschreitende Mechanisierung im Ackerbau.

Im Zuge von Precision Farming, Digitalisierung und vor allem Automatisierung kommt das Thema Elektromobilität bzw. die Elektrifizierung und Robotik in der Landwirtschaft verstärkt auf diversen Veranstaltungen auf die Agenda. Nahezu alle Hersteller von Maschinen und Anbaugeräten untersuchen aktuell, welchen Nutzen die Elektrifizierung bieten kann.

Auch die Fahrzeughersteller nehmen den Faden auf So ist die Elektrifizierung in der Landwirtschaft schon seit Jahren ein viel diskutiertes Thema. Trotz vieler Vorteile sind jedoch Serienfahrzeuge mit Leistungselektrik im Antriebsstrang in der Praxis selten anzutreffen. Doch welche Antriebskonzepte gibt es überhaupt?

Für Antriebsstrangkonzepte mit Leistungselektrik in den Elektrofahrzeugen, insbesondere Traktoren, kann man folgende Einordnung vornehmen:

• Generatorkonzepte,
• elektrisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebekonzepte,
• dieselelektrische Konzepte und
• vollelektrische Konzepte.

Beim Generatorkonzept wird der mechanische Antriebsstrang um einen Generator erweitert, der einen Teil der Verbrennungsmotorleistung in elektrische Leistung umwandelt. Hiermit werden externe Verbraucher (z. B. Elektromotoren auf Anbaugeräten) und/oder Nebenaggregate auf dem Fahrzeug selbst (z. B. Ventilator, Kompressor) angetrieben. Die Leistungsübertragung für den Fahrantrieb erfolgt weiterhin rein mechanisch. Typische Beispiele hierfür sind die E-Premium-Modelle 7430/7530 und die 6RE-Modelle von John Deere.

Elektrisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebekonzepte sind ähnlich aufgebaut wie ihre hydrostatisch-mechanischen Pendants. Anstelle der Hydroeinheit (Pumpe/Motor) wird hier eine elektrische Einheit (Generator/Motor) in den variablen Zweig eingebaut. Ein aktuelles Beispiel ist das eAutoPowr-Getriebe von John Deere, das kürzlich im Praxiseinsatz gezeigt wurde. Die Generator-Motor-Einheit ist hier so dimensioniert, dass sie nicht nur die Funktion des variablen Stellgliedes in der leistungsverzweigten Getriebestruktur übernehmen, sondern zusätzlich bis zu 100 kW elektrische Leistung für externe Verbraucher bereitstellen kann.

Bei diesel-elektrischen Konzepten wird die gesamte Leistung des Verbrennungsmotors mittels Generator in elektrische Leistung umgewandelt. Damit können Elektromotoren für den Fahrantrieb und andere Antriebe versorgt werden. Eine mechanische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Arbeitsantrieben gibt es nicht. Ein typisches Beispiel ist der Kettendozer Caterpillar D7E.

Als Projektstudie stellte Steyr zur Agritechnica 2019 den Hybrid-Traktor mit innovativem Antriebskonzept vor. Dabei treibt der 4,5-Liter-Dieselmotor einen Generator zum Aufladen der Akkus an. Die Räder werden von vier unabhängigen Elektromotoren angetrieben. Auch Claas, Krone und Lemken arbeiten an kleinen autonomen Fahrzeugen – quasi Kompakttraktoren-Roboter – mit diesem Antriebskonzept.

Vollelektrische Konzepte kommen ganz ohne Verbrennungsmotor aus, dieser wird hier durch einen oder mehrere Elektromotoren ersetzt. Anstelle eines Treibstofftanks gibt es eine Batterie, die aufgrund ihrer geringen Energiedichte die Einsatzdauer allerdings einschränkt. Batterieelektrische Konzepte sind deshalb nur bei kleineren Fahrzeugen mit geringen Leistungsanforderungen zu finden.

Beispiele hierfür sind unter anderem der eHoftrac 1160 von Weidemann bzw. Kramer Radlader oder der bald in Serie gefertigte Fendt e100 Vario und Rigitrac SKE 50. In Kombination mit einer Traktionsbatterie lassen sich die drei erstgenannten Konzepte mit Leistungselektrik grundsätzlich zu parallelen, leistungsverzweigten und seriellen Hybriden erweitern.

Diese drei Hybridgrundstrukturen können in zahlreiche Varianten unterteilt werden, darunter auch solche mit externen Lademöglichkeiten für die Batterie (Plug-in-Hybride). Je nach Struktur und installierter elektrischer Leistung können typische Hybridfunktionen wie Start-Stopp, Rekuperation, Boosten oder rein elektrisches Fahren dargestellt werden.

In der Landtechnik gibt es Hybridfahrzeuge, die in Serie gefertigt werden. Dazu gehört der Kleingeräteträger Metron von Reform, der für den Fahrantrieb eine serielle Struktur aufweist.

Bisher haben elektrische und hybride Antriebskonzepte jedoch noch keine große Verbreitung gefunden. Die Gründe sind oft sehr differenziert je nach Fahrzeugart und Antriebskonzept. Eine wichtige Rolle spielen aus Sicht der Experten auch die Einsatzprofile der Traktoren: Bei schweren Zugarbeiten auf dem Feld könnte ein hybridisierter Traktor beispielsweise kaum von der Hybridfunktion „Rekuperation“ (Rückgewinnung von Energie z. B. beim Bremsen und bei Talfahrten) profitieren. Auch vollelektrische Konzepte vertragen sich mit den hohen Leistungen und langen Einsatzzeiten von Traktoren eher schlecht. Die nötigen Batterien würden mehrere Tonnen wiegen, zudem wären die Ladezeiten lang und damit ist der Einsatz nicht praktikabel.

Alternativ zum Strom sehen viele Motorenhersteller, die auch im Lkw-Bereich tätig sind, die Zukunft in alternativen bzw. nachhaltigen Kraftstoffen wie Wasserstoff, LNG oder Biomethangas.