Hydraulik für elektrische Nutzfahrzeuge

Während bei den Landmaschinen und auch den Baumaschinen mit wenigen Ausnahmen Elektroflaute herrscht, tut sich bei den Lkw momentan sehr viel. Welche Branche ist für Sie als Hydrauliker aktuell besonders spannend?

Generell ist dieses Thema für alle Branchen interessant, wegen der Abgase. Das hat sich in verschiedenen deutschen Städten wie zum Beispiel Stuttgart gezeigt. Weltweit hat das Thema ebenfalls einen immer größeren Stellenwert: Viele Städte in China und Indien haben massive Probleme mit Smog. Für den Lieferverkehr ist es also interessant, ein solches System einzubauen und elektrohydraulisch zu steuern.

Bei Land- und Baumaschinen wird permanent große Leistung benötigt, deshalb hängt die Hydraulik direkt am Motor. Hier wird der Diesel benötigt, weil es keine Batterien gibt, die einen ganzen Arbeitstag durchhalten würden. Und die Schnellwechselsysteme mit mehreren Akkus sind noch nicht so weit, ausreichend Energie zu liefern. Eine Elektrifizierung von Land- und Baumaschinen würde auch die Neuanschaffung sämtlicher Anbaugeräte erfordern, da diese bisher über die Zentralhydraulik angetrieben werden.

Bei den LKW ist der Schritt zur Elektrohydraulik kleiner. Auch weil die Hydraulik anders aufgebaut ist. Es gibt hier zwei Systeme: eines davon wird in Motoren bis einschließlich Abgasnorm Euro 5 eingesetzt; hier treibt ein groß dimensionierter Nebenabtrieb eine Pumpe an, die wiederum die Leistung für alle hydraulischen Aktuatoren zur Verfügung stellt. Der Wirkungsgrad ist ziemlich schlecht, weil die Pumpe das Öl ununterbrochen im Kreis pumpt. Deshalb ist die Leistung für Nebenabtriebe bei Fahrzeugen ab Euro-6-Norm auch deutlich reduziert worden. Das hat natürlich Auswirkungen. Wenn vorne gelenkt wird, stehen für die Hinterachse möglicherweise nicht mehr genug Ölvolumen und Öldruck zur Verfügung. Abhilfe schafft ein eigenes Aggregat mit Elektroantrieb, das hier einspringt. Für Euro 7 ist angedacht, den Nebenabtrieb komplett abzuschaffen.

Welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus der Elektrifizierung?

Die Vorteile liegen in der gesteigerten Flexibilität der Systeme. Sie lassen sich besser designen und an den einzelnen Anwendungsfall anpassen. Die Aggregate sind deshalb kleiner und können genau an der Entnahmestelle untergebracht werden. Bauräume lassen sich besser ausnutzen und weniger Hydraulikinstallationen sind nötig. Bei rein hydraulischen Systemen hängt die Pumpe direkt am Motor. Dadurch kann es passieren, dass im Leerlauf nicht genug Öl gefördert wird. Um im Stand zu lenken, muss der Fahrer dann entweder Gas geben oder die Fahrzeug-ECU hebt selbstständig die Drehzahl an. Die Lärm- und Abgasbelastung steigt entsprechend. Elektrosysteme können per Direktanschluss auch ohne Verbrennungsmotor betrieben werden und lassen sich abschalten, wenn sie nicht benötigt werden.  Der Nachteil ist das Bordnetz: Um elektrohydraulische Aggregate in diesen Fahrzeugen in vollem Umfang einsetzen zu können, wäre ein 48-Volt-Bordnetz sinnvoll. In Nutzfahrzeugen werden in Europa aktuell 24-Volt-Netze verwendet, aber bei Bau- und Landmaschinen sind 12-Volt-Netze der Standard. Diese sind nicht auf elektrische Großabnehmer ausgelegt, welche für den Einsatz elektrohydraulischer Systeme notwendig sind. Die dafür erforderlichen Ströme von 100 bis 300 Ampere erfordern große Leistungsquerschnitte, um die notwendige Leistung zur Verfügung stellen zu können. Bei Verdopplung der Spannung würde sich jedoch der erforderliche Strom halbieren. Bei PKW wird das teilweise schon gemacht. Insofern wäre hier eigentlich eine Parallelentwicklung möglich, die von den großen Stückzahlen im PKW-Bereich profitieren würde.

Welche Rolle spielen Hybridmaschinen, bei denen zum Fahren Dieselmotor und Elektromotor verwendet werden?

Es gibt Ansätze, aber das sind eher Zukunftsvisionen der Hersteller. Ich wüsste nicht, dass das in Großserie irgendwo aktuell umgesetzt wird.

Warum die Hydraulik nicht gleich auch ersetzen und auf ein rein elektro-mechanisches System gehen?

Diese Bestrebungen gibt es bei kleinen Systemen bereits. Bei Großsystemen noch nicht. Hier ist der Dreh- und Angelpunkt das Getriebe. Elektrische Getriebe sind nur sehr begrenzt überlastfähig. Das ist ein Nachteil gegenüber der Hydraulik. An Einsatzorten, an denen permanent hohe Lasten vorhanden sind, ist die Hydraulik nicht zu ersetzen.

Aber dann hat man ja drei Antriebssysteme.

Ja. Hydraulik wird nach wie vor gerne eingesetzt. Wichtig ist für viele Hersteller nur, das Handling mit dem Betriebsstoff Öl zu optimieren. Deshalb liefern wir heute schon Linearaktuatoren aus, die bereits mit Öl gefüllt sind. Für den Anwender ist diese Komponente wie ein elektromechanisches Bauteil zu handhaben.

Sehen Sie einen Trend zu solchen elektrisch betriebenen Aktuatoren?

Ja, der Trend geht dahin. Der typische Anwender fühlt sich in der Elektrik wohl. Kabel sind schneller verlegt als Hydraulikleitungen. Sie brauchen auch weniger Platz und sind weniger wartungsanfällig. Hydraulik ist also aufwändiger. Die Menschen, die auf Hydraulik setzen, werden entsprechend weniger. Die Jungingenieure werden diesen Trend weiter vorantreiben. Das beginnt bei der Studien- und Hauptfachwahl. In wenigen Jahren werden Fachkräfte für Hydraulik deshalb stark nachgefragt sein – der Bedarf wird die Zahl der Studienabgänger vermutlich deutlich übersteigen.

Elektrik ist aber dennoch nicht risikofrei. Die Leitungen im Fahrzeug zu führen und lediglich an den benötigten Stellen Kraft zu erzeugen, ist zwar attraktiver. Die andere Seite der Medaille sind die erforderlichen 200 bis 300 Ampere, die potenziell auch ein Sicherheitsrisiko sein können: Überhitzte Batterien können beispielsweise zum Fahrzeugbrand führen.

Welche Rolle spielen dezentrale Antriebsstrukturen heute in den mobilen Maschinen?

Dezentrale Antriebssysteme spielen eine immer größere Rolle. Das hat auch mit den Elektrofahrzeugen zu tun: Jedes Aggregat kann optimal auf den Verbraucher und den erforderlichen Wirkungsgrad abgestimmt werden. Ein Vorteil, der daraus resultiert, ist die verbesserte Verfügbarkeit. Wenn in einer Maschine viele kleine Aggregate verbaut sind, und es fällt eines aus, funktioniert der Rest nach wie vor. Das heißt, das Fahrzeug ist nicht zwangsläufig sofort außer Betrieb zu nehmen. Ein weiterer Vorteil bezieht sich auf das Packaging: Es ist deutlich einfacher, mehrere kleine Bauteile unterzubringen als ein großes. Mit vielen kleinen Aggregaten ist das Gewicht besser verteilbar, Hohlräume lassen sich optimal nutzen.

Aber dann hat man effektiv eine größere Masse, oder?

Nicht unbedingt. Wird ein Zentralaggregat genutzt, sind mehr Leitungen mit größerem Durchmesser erforderlich. Außerdem nehmen die Strömungsverluste zu. Bei dezentralem Aufbau sind die Aggregate – wie bereits erwähnt – auf eine einzige Entnahmestelle abgestimmt und daher deutlich kleiner.