In den letzten Jahren ließ sich in der Landtechnik der Trend hin zu immer größeren und komplexeren Maschinen beobachten, wie Mähdrescher mit über 600 PS und Schneidwerken von 17 m Arbeitsbreite. Parallel dazu zeigt sich aber auch eine Entwicklung hin zu kompakteren, smarten und autonomen Traktoren und Anbaugeräten. Dies bestätigt eine Umfrage im Rahmen der Land.Technik Konferenz 2019, bei der nur 35 % der befragten Landtechnik-Konstrukteure von größeren und schwerer werdenden Maschinen ausgehen. 40 % der Teilnehmer können sich autonom fahrende Traktoren in Zukunft vorstellen. Ein weiterer Trend geht zur Reduzierung von Emissionen und somit zu einer Effizienzsteigerung einzelner Maschinenkomponenten. Elektrifizierungslösungen sind in diesem Zusammenhang unabdingbar, gerade im Hinblick auf die zunehmende Regulierung der Abgaswerte bei Dieselaggregaten.
Effizienz bei Baumaschinen
Das Thema Effizienz spielt auch bei Baumaschinen und Sonderfahrzeugen eine zentrale Rolle, unter anderem, weil eine Vielzahl von Städten so genannte „Ultra Low Emission Zones“ einführen. Im Idealfall sollen Bagger, Müllfahrzeuge und Co. möglichst wenig Energie verbrauchen. Elektrifizierung findet gerade bei kleineren Baumaschinen jetzt statt. Innovativ sind die Ingenieure hierbei allemal, beispielsweise mit dem Einsatz von Solarpanels, die Förderbänder überspannen. Aber auch Radlader und Kompaktbagger werden für die innerstädtische Baustelle entwickelt. Für Hochleistungsbereiche sollen hybride Fahrzeuge zur Verfügung stehen. Bei der Nachhaltigkeit geht es vor allem um die Integration von vorbeugenden Schutzmechanismen der Maschine sowie Wartungsunterstützung. Über Temperatur- oder Drucksensoren lassen sich kritische Zustände erkennen und ein rechtzeitiges Abschalten ermöglichen.
Land- und Baumaschinen- sowie Sonderfahrzeughersteller eint bei all den Trends und Dabei werden hohe Anforderungen an die Robustheit aber auch Kompaktheit der Komponenten gestellt. Hinzu kommt der Wunsch nach Reduktion des Produktionsaufwands, wie beispielsweise der aufwendigen Verdrahtung von elektronischen Systemen. Diese gewinnen durch die Branchentrends signifikant an Bedeutung.
Energiemanagement erfordert ein komplexes System. Intelligente Stromverteiler kommen dann zum Einsatz, wenn die Anzahl der elektrischen Lasten bei begrenzter Energie und wenig Bauraum steigt. Hinzukommt, dass durch den Trend zur Autonomie und Effizienzsteigerung Fahrzeugkomponenten miteinander kommunizieren müssen. Dies ist notwendig, um Sicherheit für Mensch und Maschine zu gewährleisten aber auch um vorbeugende Wartungsmaßnahmen durchzuführen. Die CAN-Kommunikation bietet die Möglichkeit Diagnoseinformationen zu versenden. Dadurch reduziert sich der Verdrahtungsaufwand und die Kombination von CAN-fähigen Stromverteilern erlaubt eine einfach modulare Erweiterung.
Am Beispiel eines Traktors
Am Beispiel eines Traktors mit gekoppeltem Anbaugerät lässt sich verdeutlichen, welche Vorteile sich durch den Einsatz eines intelligenten Stromverteilers ergeben. Der Traktor verfügt über einen J1939-CAN-Bus, gesteuert durch eine Traktor ECU. Die Datenübertragung zwischen Traktor und Anbaugerät erfolgt über den ISOBus. Klassischer Weise nimmt der Fahrer über ein Terminal Einstellungen am Anbaugerät vor, der Jobrechner sendet die Informationen dann über ISOBus aus der Fahrerkabine an das Anbaugerät. Das dort verortete Steuergerät verfügt zusätzlich zur ISOBus-Anbindung über weitere Sub-Netzwerke (beispielsweise J1939 oder Canopen). Diese realisieren die zunehmende Konnektivität zwischen den Komponenten. Bei der Absicherung von Lasten ist deren Status von Interesse. Eine kontinuierliche Strommessung ermöglicht Rückschlüsse auf Verschmutzung o.ä., die sich durch erhöhte Stromaufnahmewerte bemerkbar machen. In einem klassischen Aufbau wird die Last durch eine Sicherung geschützt. Das Steuergerät erhält die für die zur Diagnose wichtigen Daten lediglich durch die Verwendung eines zusätzlichen Eingangs. Als Schaltelement dient ein Relais, das über den Ausgang der ECU gesteuert wird. Um eine Strommessung zu realisieren, benötigt es einen Shunt, dessen Daten ebenfalls über die ECU auswertbar sind. Für den klassischen Aufbau eines Absicherungsszenarios werden mehrere Ein- und Ausgänge am Steuergerät sowie diverse zusätzliche Komponenten benötigt. Im Falle eines Fehlers, sprich Kurzschlusses oder einer Überlast, wäre ein Sicherungswechsel nötig.
Kompakter Systemaufbau
Dieser umfangreiche Systemaufbau lässt sich durch den CAN-gesteuerten Stromverteiler SCS200 von E-T-A kompakter realisieren. Die smarte PDU ist über CAN direkt durch die ECU steuerbar und bietet viele Vorzüge. Lediglich der CAN Bus (SAE J1939 kompatibel) sowie die Last selbst sind anzuklemmen. Die integrierte Strommessung sowie der elektronische Lastschutz ermöglichen alle Funktionalitäten, die zuvor im klassischen Aufbau beschrieben wurden. Zwischenelemente werden gespart, sowie Ein- und Ausgänge des Steuergeräts. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich im Fehlerfall der Kanal remote zurücksetzen lässt.
Das SCS200 zahlt mit seinem Funktionsumfang auf die Markttrends der Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Effizienz ein. Schlüssel hierfür ist die CAN-Anbindung auf der Platine, die Diagnoseinformationen an das Steuergerät weiterleitet. Somit liefert das Gerät auswertbare Daten für die Hauptsteuerung zu den Themen vorbeugende Wartung und Lastmanagement. Als Diagnosewerte stellt das Gerät den aktuellen Strom pro Kanal, den Summenstrom, die Spannung an der Last, sowie den Status, sprich Ein, Aus, Open Load oder Überlast bereit.
Das SCS200 ist in zwei Varianten verfügbar. Das vollelektronische Gerät bietet den Vorteil der Leistungshalbleiter als Schaltelement auf der Platine. Dadurch ist es sehr kompakt und vibrationsresistent. Zudem gewährt es eine gewisse Manipulationssicherheit, da auch in der Endanwendung die Verwendung von falsch dimensionierten Relais oder Sicherungen nicht möglich ist. Erhältlich ist das vollelektronische SCS200 als 8 oder 12 Kanal-Variante.
PDU über den CAN-Bus direkt steuerbar
Bei der 8-kanaligen Relais-Variante des SCS200 sind an Stelle der Halbleiter klassische Relais und Sicherungen verbaut. Diese dienen als Back-up-Element im Falle eines harten Kurzschlusses. Als Relais-Variante kann diese individuell und flexibel bestückt werden. Um Pin-Kompatibilität mit den beiden SCS200-Varianten zu gewährleisten, bauen diese auf derselben Basis auf und halten im IP67-Gehäuse den rauen Umweltbedingungen der Nutzfahrzeuge stand. Als Plug and Play-Modul, ganz ohne Konfigurationsaufwand, folgt das SCS200 von E-T-A den Megatrends der Märkte. Es hilft die Verfügbarkeit des Fahrzeugs zu erhöhen und verkürzt die Fehlersuche. Außerdem bildet es die ideale Basis für die dezentrale Stromverteilung, bei der über den CAN-Bus Lasten zu- oder weggeschaltet sowie die Nennströme individuell festgelegt werden können.
Weitere Details zu den Lösungen für Sonderfahrzeuge
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