Ausblick: Mobilhydraulik bei vollelektrischen Lkw
Bei elektrifizierten Nutzfahrzeugen steht nicht nur der Antriebsstrang im Fokus. Viele vollelektrische Lkw benötigen nämlich speziell ausgelegte Nebenantriebssysteme für die Mobilhydraulik, damit sie ihren Dienst als Müllsammler, Kranwagen, Kipplaster oder Zementmischer verrichten können.
Derzeit beschäftigen sich Fahrzeughersteller, Systemzulieferer, Komponentenlieferanten und die winkler Hydraulik-Spezialisten gleichermaßen mit den unterschiedlichen Lösungsmöglichkeiten.
Im Antriebsstrang von Verbrenner-Lkw sind Nebenantriebssysteme üblicherweise an den Motor beziehungsweise das Getriebe gekoppelt. Weil sich jedoch die Architekturen der Antriebsstränge elektrifizierter Lkw grundlegend von herkömmlichen unterscheiden und deshalb bekannte Schnittstellen entfallen, müssen die Entwickler künftige Nebenantriebssysteme von Grund auf neu denken – speziell bei vollelektrischen Nutzfahrzeugen. Der bislang übliche, rein mechanische PTO (Power Take-Off) entwickelt sich im Zuge der Elektrifizierung zu einem komplexen „ePTO“ (electronic Power Take-Off, siehe auch Infokasten). Eine standardisierte Schnittstelle, welche Fahrzeug- und Aufbauherstellern die Arbeit gleichermaßen erleichtern würde und außerdem die Akzeptanz und den Einsatz elektrifizierter Nutzfahrzeuge beschleunigen könnte, gibt es bislang jedoch noch nicht.
Unterschiedliche Lösungsansätze
Dass Nebenantriebssysteme bei elektrifizierten Nutzfahrzeugen durchaus ein Thema sind, zeigten nicht zuletzt die auf der IAA Transportation 2024 in Hannover vorgestellten Lösungsansätze von Fahrzeugherstellern, Zulieferern und Komponentenanbietern. Einen wesentlichen Einfluss auf das Design künftiger Nebenantriebssysteme hat zweifelsohne der Antriebsstrang des jeweiligen E-Lkw, wobei man prinzipiell zwei unterschiedliche Varianten unterscheiden kann:
- Konventioneller Antriebsstrang mit an das Getriebe angeflanschtem Elektromotor, welcher über eine herkömmliche Kardanwelle und Hinterachse die Räder antreibt. In diesem Fall sitzt der Abtrieb für den PTO üblicherweise direkt am Getriebe.
- Vollelektrischer Radantrieb an der Hinterachse via Elektromotor(en). In einem solchen Fall ist ein externer ePTO zwingend notwendig
Direktantrieb statt Verstellpumpe
Der wesentliche Unterschied – und gleichzeitig auch der größte Vorteil – eines ePTO im Vergleich zu einem klassischen Nebenantriebssystem ist, dass sich der Elektromotor, welcher die Hydraulikpumpe antreibt, stufenlos und bedarfsgerecht über die Leistungselektronik regeln lässt. Damit werden Verstellpumpen künftig überflüssig, weil bei modernen E-Hydrauliksystemen die Leistungsabgabe nicht mehr über eine hydraulische Druckwaage, sondern rein elektrisch gesteuert wird. Wird eine zusätzliche Funktion benötigt, erfolgt die Informationstrecke nicht mehr auf Fluid- sondern auf Strombasis: Verlangt die Anwendung mehr Volumen oder Druck, dreht der Elektromotor entsprechend schneller, wobei eine stufenlose Leistungsabgabe über den gesamten Drehzahlbereich möglich ist – und dies quasi ab Drehzahl 0, also aus dem Stillstand des Antriebsmotors heraus.
Noch viele Fragen offen
Ob und wann es zu einer standardisierten ePTO-Schnittstelle kommt, ist derzeit allerdings noch offen. Mitverantwortlich hierfür ist der immer noch sehr verhaltene Anlauf der E-Mobilität im Nutzfahrzeugsektor. Unsicherheiten, wo die Reise hingeht, gibt es neben der politischen Ebene auch auf der technischen Seite, vor allem in Hinblick darauf, welches E-Antriebskonzept – hybrid, elektrifizierter klassischer Antriebsstrang mit E-statt Diesel-Motor oder vollelektrisch mit Batterie oder Brennstoffzelle, et cetera – das Rennen machen wird. Wobei es Experten zufolge bei Nutzfahrzeugen anhand der weit gestreuten Einsatzzwecke eine große Bandbreite an Lösungen geben wird.
Ein Knackpunkt dabei ist sicherlich auch die Leistungsfähigkeit der Antriebsbatterie. Während es mittlerweile schon Akkupacks gibt, welche für die meisten Einsatzzwecke – ohne Zusatzbelastung durch Mobilhydraulik – einen akzeptablen Aktionsradius bieten. Weitgehend ungeklärt, weil es noch zu wenige belastbare Praxiserfahrungen gibt, ist die Frage, wie es sich mit der Batteriekapazität verhält, wenn die Mobilhydraulik Strom für den Ladekran oder die Kippvorrichtung aus dem Energiespeicher zieht – und wie es dann mit der Restreichweite aussieht.
Gleichgültig, was die Zukunft bringen wird: die winkler Hydraulik-Experten sind schon längst tief in dieses Thema eingetaucht und stehen, wenn die technischen Grundsatzfragen gelöst sind, mit entsprechenden (Nachrüst-)Lösungen parat.
Was ist ein „ePTO“?
Die Schlüsselkomponente, um bei einem vollelektrischen Lkw das Mobilhydrauliksystem betreiben zu können, ist der ePTO (electric Power Take Off), sprich: das elektrische Nebenantriebssystem. Der ePTO ist mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) der Zugmaschine verbunden und bezieht seine elektrische Energie aus der Antriebsbatterie. Er besteht im Prinzip aus einem leistungsfähigen Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, einer intelligente Leistungselektronik mit Steuereinheit und einer auf den Anwendungszweck zugeschnittenen Spezialsoftware sowie dem Kühlsystem. Untergebracht sind diese Komponenten in einer separaten Powerbox, welche je nach Fahrzeugkonzept entweder auf dem Chassis hinter dem Fahrerhaus, zwischen den Rahmenträgern oder anstelle des Kraftstofftanks montiert ist. Eingebunden ist die Elektronikarchitektur des Lkw ist der ePTO via CAN-Bus. Ein Display im Cockpit liefert dem Fahrer Informationen über den aktuellen Status des ePTO, zudem lässt sich das Nebenantriebssystem über das Display aktivieren und stoppen. Auch der Betrieb von außerhalb mit einer Funkfernsteuerung oder via Smartphone oder Tablet ist möglich.
