Die Entwicklung von Off-Highway-Antrieben

Jeroen Decleer, Senior Vice President für Off-Highway Drive and Motion Systems bei Dana Inc., sagte, der Off-Highway-Markt habe sich stark verändert und es gebe einen starken Trend hin zur Umstellung auf Elektrofahrzeuge.

Jeroen Decleer, Senior VP Off-Highway Drive and Motion Systems, Dana

Dies ist nichts Unerwartetes und ein Trend, den alle OEMs und Komponentenhersteller im Off-Highway-Bereich beobachten. Es ist jedoch wichtig zu beachten, wie sich dieses veränderte Szenario auf Hersteller traditioneller Antriebsstrangkomponenten wie Dana ausgewirkt hat. Diese haben sich zu Komplettanbietern für den gesamten Antriebsstrang entwickelt, einschließlich der Komponenten, die die Maschinen antreiben und betreiben.

Decleer bestätigte, dass der Trend zur Elektrifizierung zwar ein Schwerpunkt für sein Unternehmen sei, aber nicht der einzige. „Wir haben uns stets auf unsere traditionellen Antriebsprodukte konzentriert, und sie bleiben ein wichtiger Teil unserer Strategie, da viele Fahrzeuge noch lange Zeit konventionelle Antriebsquellen nutzen werden“, erklärte er.

Ergänzungen zum Portfolio

Auf die Frage nach dem Perspektivwechsel bei Komponentenherstellern und der Anpassung des Unternehmens an die Entwicklung zum Anbieter kompletter Antriebsstränge erklärte Decleer, Dana habe daran gearbeitet, mehr Elemente in sein Produktportfolio zu integrieren, um in bestimmten Zielmärkten erfolgreich zu sein. Dies sei auch durch Akquisitionen erreicht worden, beispielsweise des kanadischen Elektroantriebsspezialisten TM4, des Integrations- und Anwendungstechnikspezialisten Nordresa und der SME Group, einem Hersteller von Synchronreluktanzmotoren und Wechselrichtern.

Das Unternehmen hat sein Produktportfolio um neue Produkte und Kompetenzen erweitert, darunter Elektromotoren, Wechselrichter, Steuerungssoftware, Batteriemanagementsysteme (in Zusammenarbeit mit Batterielieferanten) und Wärmetechnik. Die Wärmetechnik stammt aus der Power Technology-Gruppe von Dana, die im Rahmen einer Vereinbarung mit der Robert Bosch GmbH Batteriekühlplatten und Bipolarplatten für Elektrolyseure in Brennstoffzellen von Nutzfahrzeugen herstellt.

Es geht jedoch nicht nur um Produkte. Decleer beschrieb, wie die Abteilung Off-Highway Drive and Motion Systems von den langjährigen Kompetenzen und der Expertise der Nutzfahrzeugabteilung des Unternehmens profitieren kann. Diese ist in einem Markt tätig, in dem die Elektrifizierung und andere alternative Antriebe in der Entwicklung und tatsächlichen Einführung weit fortgeschritten sind.

Danas elektrifizierter Antriebsstrang für kompakte Baumaschinen wurde mit dem Diesel Progress Summit 2023 Award für die neue Antriebstechnologie des Jahres ausgezeichnet. (Foto: Dana)

Neue Trends betreffen nicht nur die Antriebssysteme von Maschinen. „Wir dürfen nicht vergessen, dass jede Off-Highway-Maschine einen Arbeitsbereich hat, in der Regel mit einem oder mehreren Anbaugeräten, die die eigentliche Arbeit erledigen“, sagte Decleer. „Daher ist es entscheidend, den Energiefluss durch den Antriebsstrang der Maschine zu steuern, um die Anbaugeräte optimal zu versorgen. Anwendungs-Know-how ist dabei entscheidend, um ein System zu entwickeln, das über den reinen Antriebsstrang hinausgeht.“

Fokus auf die Anwendung

Laut Decleer wächst Dana auch in Bezug auf den Anwendungsfokus und bietet mit spezifischen Lösungen für jedes Segment den optimalen Antriebsstrang. Einige dieser Anwendungen sind für Dana bereits selbstverständlich, da das Unternehmen seit vielen Jahren beispielsweise in den Bereichen Landwirtschaft, Bergbau, Materialtransport und Baumaschinen wie Minibaggern und kompakten Radladern tätig ist.

Dana konzentriert sich außerdem auf Rasenpflegegeräte – einen Markt, den das Unternehmen vor einigen Jahren verlassen hat – und auf leichte Materialtransportmaschinen, wie sie in der Logistik eingesetzt werden, wie Gabelstapler, AGVs usw.

„Bergbaumaschinen sind ein besonders interessanter Markt für die Elektrifizierung“, so Decleer. „Der Einsatz elektrischer Maschinen im Untertagebau bietet großes Potenzial zur Senkung der Gesamtbetriebskosten. Laut verschiedenen Quellen verursacht die Bewetterung durchschnittlich 40 bis 50 % der Betriebskosten in einem Untertagebergwerk. Der Verzicht auf dieselbetriebene Geräte würde offensichtlich einen Teil dieser erheblichen Kosten einsparen.“

Elektrische Maschinen im Untertagebergbau bieten großes Potenzial zur Senkung der Gesamtbetriebskosten. (Foto: Dana)

Decleer wies darauf hin, dass die Elektrifizierung im Bergbau für Fahrzeuge mit einer Leistung von bis zu 735 kW interessant sei. „Wir untersuchen auch verschiedene Fahrzeugarchitekturen und deren Funktionsweise unter realen Betriebsbedingungen. Dabei kommen wir vom typischen zentralen Antriebsstrang mit Getriebe und Achsen zu großen Radnaben mit Elektromotoren. Die Steuerungsstrategie spielt dabei eine zentrale Rolle, da sie nicht nur den Fahr- und Arbeitsbetrieb, sondern auch die funktionale Sicherheit gewährleistet“, erklärte er.

Nachhaltige Übertragungslösungen

Ein Produkt, das den Übergang zur Elektrifizierung vollumfänglich widerspiegelt, ist das elektrische Getriebe Spicer eSP502 von Dana für Fahrzeuge mittlerer Größe, das eine Dauerleistung von bis zu 240 kW für Geräte wie Radlader, Terminaltraktoren, Flurförderzeuge, Forstmaschinen und Fahrzeuge für den Untertagebau bereitstellt.

„Bei der Entwicklung dieses Getriebes wurde ein modularer Ansatz verfolgt, sodass es für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden kann, darunter Nischensegmente und sogar Nutzfahrzeuge“, sagte Decleer.

„Es handelt sich um ein Zweigang-Lastschaltgetriebe mit zwei Dana TM4-Hochvolt-Elektromotoren und zwei Wechselrichtern sowie einer Steuerungssoftware der nächsten Generation, die alle im eigenen Unternehmen entwickelt wurden.“

Durch die Variation der Größe der Elektromotoren kann das Getriebe den Anforderungen an den Arbeitszyklus verschiedener Maschinen gerecht werden. Es ist auch als Ein-Motor-Variante erhältlich.

Auf der konventionelleren Seite bietet Dana das Spicer HVT an, ein leistungsverzweigtes Getriebe, das eine Übergangslösung auf dem Weg zu einem nachhaltigeren Ansatz darstellt. „Für Kunden und Anwendungen, die noch nicht vollelektrisch sind, wird das HVT mit einem konventionellen Verbrennungsmotorantrieb eingesetzt, jedoch mit deutlich geringerem Kraftstoffverbrauch, da der Motor im Vergleich zu einem Lastschaltgetriebe mit einer reduzierten, optimierten Drehzahl arbeitet“, bemerkte Decleer.

Das Spicer eSP502 ist ein Zweigang-Lastschaltgetriebe mit zwei Dana TM4 Hochvolt-Elektromotoren und zwei Wechselrichtern. (Foto: Dana)

Im Rahmen seines Wiedereinstiegs in den Markt für Rasenpflegegeräte präsentierte Dana auf der Agritechnica 2023 eine Lösung für elektrische Nullwendekreismäher. Das System verfügt über kompakte Spicer Torque-Hub-Antriebe und Dana TM4-Elektromotoren, die ein hohes Drehmoment ohne Abgasemissionen und mit geringerer Geräuschentwicklung und Vibrationen liefern und gleichzeitig längere Arbeitszeiten und einen geringeren Wartungsaufwand gewährleisten.

Die Lösung nutzt die Kompetenz des Unternehmens mit Dana TM4-Permanentmagnet- und Induktionsmotoren, Leistungselektronik, Wärmemanagement, Spulenwicklung, Außenrotortopologie sowie Motor- und Wechselrichtersteuerungsalgorithmen.

Als Übergangslösung bietet Dana ein neues elektromechanisches stufenloses Getriebe (EMIVT) an, ein Multimode-Antriebssystem, das ein selbst produziertes leistungsverzweigtes Getriebe mit integrierten Hochspannungsmotoren, intelligenter Schmierung und Betätigung, einen Niederspannungsmotor und Wechselrichter zum Antrieb der Pumpe sowie einen Antriebsstrang-Controller mit proprietärer Software umfasst.

Das Getriebe, Gewinner des Automotive News PACE Award 2024, unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Getrieben, indem es den Nutzern ermöglicht, im reinen Verbrennungsmotor-, Hybrid- und Batteriemodus zu fahren und automatisch zwischen diesen zu wechseln. Es wird zunächst in Nutzfahrzeugen wie Einsatzfahrzeugen und Arbeitslastwagen eingesetzt, kann aber auch für den Off-Highway- und Leichtfahrzeugmarkt angepasst werden.

Zusammenarbeit mit Kunden

Ein weiterer Aspekt, der sich in den letzten Jahren verändert hat, ist die Zusammenarbeit mit den Kunden, die heute intensiver ist.

„Die Zusammenarbeit mit Kunden und sogar Lieferanten ist heute viel enger als je zuvor“, sagte Decleer. „Der Erfolg von Maschinenelektrifizierungsprojekten hängt maßgeblich von der Systemintegration ab. Das bedeutet, dass die Zusammenarbeit mit Studien, Design und Inbetriebnahme beginnt und sich über die gesamte Fahrzeuglebensdauer erstreckt. Dazu gehören technischer Support, Diagnose und Schulung des Kundenpersonals, das sicher mit elektrischen Systemen umgehen muss, insbesondere bei Hochvoltanwendungen.“

Hinzu kommt der Aspekt der Nachhaltigkeit innerhalb der Unternehmen selbst. „Wir sehen Forderungen aus dem Markt, Nachhaltigkeitsziele einzuhalten. Ein Beispiel ist die Forderung nach der Verwendung von grünem Stahl, die einige Unternehmen, wie beispielsweise Volvo und Sandvik, bereits öffentlich gemacht haben“, betonte Decleer.

Dana selbst hat sich Klimaverpflichtungen mit dem Ziel gesetzt, bis 2040 ein Netto-Null-Ziel zu erreichen. Teil der Verpflichtung ist es, die Treibhausgasemissionen der Bereiche 1 und 2 bis 2030 um 75 % zu senken, gegenüber dem zuvor angekündigten Ziel von 50 % bis 2030.

Es sind bereits Projekte in Planung, beispielsweise eine Vereinbarung zum Bezug von erneuerbarem Strom für ein Solarprojekt in Spanien, die im Januar 2025 beginnt und letztendlich 100 % der Emissionen von Dana aus dem in Europa gekauften Strom kompensieren wird. Das Unternehmen eröffnete 2022 außerdem eine Windkraftanlage in Texas, die jährlich rund 325.000 MWh erneuerbaren Strom erzeugt und damit 99,8 % der Emissionen des Unternehmens aus dem in den USA und Kanada gekauften Strom kompensiert.

Dana betreibt auch einige eigene Projekte zur Nutzung erneuerbarer Energien, darunter eine Solaranlage auf dem Gelände seines Hauptsitzes und Technologiezentrums in Maumee, Ohio. Das Projekt soll rund 30 Prozent des Strombedarfs des Standorts decken.