Elektrische cvt staat voor de deur

Normaliter werkt een traploze transmissie volgens een powersplit: er wordt een mechanische aandrijving (vanaf de motor) middels een planetair tandwielstelsel gecombineerd met een hydromotor, en zo ontstaat er – al of niet met een klein aantal automatisch schakelende versnellingen – een continu variabele aandrijving. Maar nu, bij zo’n elektrische traploze transmissie waar dus John Deere én ZF tegelijkertijd aan werken, zijn in feite de traditionele hydrauliekpomp- en -motor vervangen door een elektromotor en generator. Duurdere componenten, maar wel efficiënter, preciezer en sterker.

Aangeduid met een ‘e’

ZF praat zelf kortweg over de ‘eCVT’, wat staat voor elektrische continu variabele transmissie. De officiële benaming is ‘eTERRAMATIC’. John Deere heeft het over een ‘eAutoPowr’, wat staat voor een elektrische variant van de traditionele AutoPowr-transmissie. De twee concepten zouden praktisch hetzelfde werken, alleen gebruikt John Deere minder planeetwielen, maar meer tandwielen stelt ZF.

_{Artikel gaat verder onder de foto.}

Dit is het elektrische concept van ZF Friedrichshafen. Het is nog in ontwikkeling, en er is nog geen koper (trekkerfabrikant) voor. Van de buitenkant is moeilijk te ontdekken dat het hier gaat om een elektrische continu variabele transmissie. De transmissies van John Deere en ZF hebben praktisch dezelfde werking. – Foto’s: Mark Pasveer

Volop in ontwikkeling

ZF zegt voorlopig nog geen technische details te willen delen over het werkingsprincipe, en ook John Deere houdt de kaken op elkaar. Gek is dat niet: beide fabrikanten zitten namelijk nog midden in de ontwikkelingsfase. John Deere presenteerde de eAutoPowr voor het eerst op de Agritechnica en won daarmee de enige gouden medaille als innovatieprijs. Pas toen de aanmeldingen voor die medailles openbaar werden gemaakt, hoorden de ontwikkelaars van ZF dat John Deere aan hetzelfde concept zou werken. En daarop besloot ZF – als transmissiespecialist – toch óók het prototype te showen op de beurs.

5% dieselbesparing

Maar waarom zou je zo’n elektrische cvt willen? Ten eerste vanwege een mogelijke brandstofbesparing. ZF verwacht een dieselbesparing van 5% te realiseren ten opzichte van een traditionele Terramatic-bak. Philipp Rechenbach werkt op de ontwikkelingsafdeling van ZF en ook aan de eCVT, en legt ’t uit: “Een cvt bestaat uit een mechanische aandrijflijn en een hydraulische. Die laatste is nodig om te versnellen en vertragen, simpel gezegd. Hydrauliek is, hoe goed we ook ons best doen, niet zo energie-efficiënt.” Er gaat simpelweg minder vermogen verloren bij een elektromotor, ten opzichte van hydrauliek. Tweede grote voordeel, is dat de generator een overcapaciteit heeft en dus ook een werktuig van elektriciteit kan voorzien.

Vier groepen nodig

Bijzonder is, dat de mechanica in de transmissie praktisch niet verandert. ZF heeft bijvoorbeeld nog steeds vier planetairs, vijf koppelingen en één voor-achteruitkoppeling. Dat zijn dus vier groepen, want een volledig mechanische aandrijving, dus rechtstreeks vanaf de krukas, is qua efficiëntie ‘unbeatable’, volgens de fabrikant. Wie versnelt van stilstand tot topsnelheid schakelt dus driemaal, dat gebeurd nu ook en dat is nauwelijks te merken. Hierdoor is de aandrijving viermaal 100% mechanisch. In het midden van het bereik van de groep, wisselen de elektromotor en de generator van functie.

_{Artikel gaat verder onder de foto.}

Hier de eAutoPowr van John Deere, opengewerkt. Meest opvallend hierbij, zijn de twee groene elektromotor/generatoren bovenaan. Die nemen de functie over van de traditionele hydromotor en -pomp. Verder zou de bak qua mechanica gelijk zijn aan een traditionele AutoPowr-transmissie uit een 7R- en 8R-serie. – Afbeelding: John Deere

Die efficiëntie is tevens de reden waarom er niet direct gekozen wordt voor vier elektrische wielmotoren in de wielen; volgens de fabrikanten is een elektromotor niet over z’n hele bereik even efficiënt en even sterk. Dat maakt volgens ZF dat een volledig elektrische aandrijving alleen interessant is voor kleine trekkers, waarbij trekkracht en efficiëntie minder belangrijk zijn.

Volledig elektrisch rijden

John Deere ontwikkelt de eAutoPowr voor de Amerikaanse 8R-trekkers, en wellicht later ook voor de 9R-kniktrekkers. Volgens de fabrikant is een elektrische transmissie namelijk niet alleen efficiënter en nauwkeuriger aan te sturen, ook kan die ook beter omgaan met hoge vermogens. De transmissie met hydraulische componenten zou in de jaren 1990 zijn ontwikkeld, en inmiddels zijn limiet hebben bereikt. Bijzonder aan de eAutoPowr, is dat deze vijf rijmodussen krijgt. Meest bijzonder, is dat de trekker tot ongeveer 3 kilometer per uur volledig elektrisch rijdt. Volgens de fabrikant zorgt dit voor een zeer nauwkeurige aansturing; tussen de generator en elektromotor zit namelijk een omvormer die het vermogen en de rijsnelheid regelt. Ook zou de transmissieverhouding flexibeler zijn, waardoor met een zeer laag motortoerental 50 kilometer per uur wordt gereden. Minder lawaai, en minder diesel.

Geen slijtage

John Deere en ZF gebruiken beide drie-fase permanente magneet-synchroonmotoren. Die worden constant bekrachtigd en reageren dus snel op verandering van belasting, en hebben – in tegenstelling tot inductiemotoren – geen ‘slip’. Dit soort elektromotoren zijn robuust, bestand tegen zware overbelasting en hebben geen koolborstels en zullen nauwelijks last hebben van slijtage. John Deere beweert dat áls er een storing zich opdoet, deze eenvoudiger te herstellen zal zijn dan bij vergelijkbaar hydraulisch systeem.

De elektrische transmissie – of eigenlijk de omvormer – reageert razendsnel op een eventuele overbelasting, en beschermt zo het mechanische gedeelte van de bak. En het motortoerental kan optimaal worden ingesteld op een werktuig. Het duurt nog even totdat zo’n eCVT in de prijslijst verschijnt. Vermoedelijk bijt John Deere de spits af, en zal ’m naar verluidt eind 2021 aanbieden in de 8R-serie. Bij ZF gaat dat langer duren, want er is op dit moment nog geen afnemer.

Ook stroom voor werktuigen

In ZF én John Deere ligt een krachtige generator, die óók vermogen levert voor een werktuig. John Deere zegt 100 kilowatt aan vermogen te leveren voor een rotorkopeg of wielaandrijving van een aanhanger. Achterop de achterbrug plaatst de fabrikant hiertoe AEF-standaardstekkers en levert 480 volt wisselspanning of 700 volt gelijkspanning. ZF levert 60 kW aan continu vermogen, en met een kortstondige vermogenspiek tot 80 kW.

Het voordeel van een aanhanger elektrisch aandrijven, is dat de drukken in de transmissie bekend zijn. Daardoor kan de trekker de aanhanger heel precies aandrijven zonder dat de chauffeur iets extra’s hoeft te bedienen. Dus bij wielslip schakelt automatisch de tractie in. De terminal geeft weer wát er gebeurd, en je kunt ’m handmatig bedienen. Voordeel van de geïntegreerde generator ín de transmissie, is dat het geen extra componenten meer vergt om een werktuig elektrisch aan te drijven. Dat bespaart aanschafkosten, én ruimte.