Bosch Rexroth – Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen: Neue Plattform „eLION“

Das Unternehmen erweitert seine Kompetenzen im Off-Highway Bereich. Unter dem Namen „eLION“ stellt Bosch Rexroth sein umfangreiches Portfolio an 700-V-Komponenten für die Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen vor. Als Ende-zu-Ende Hochvolt-Portfolio umfasst „eLION“ das komplette Spektrum elektrischer Motoren-Generatoren, Inverter und Zubehör sowie darauf abgestimmte Getriebe, Hydraulik und Software. TreffpunktBau war live dabei, als Bosch Rexroth die Neuentwicklung am 21. September in Ulm der Fachpresse präsentierte.

Maschinenhersteller aus allen Bereichen haben erkannt, dass elektrische Antriebe ein wichtiger Baustein für ein zukunftsfähiges und nachhaltiges Produktportfolio sind. Um die Elektrifizierung der Off-Highway-Maschinen zu unterstützen und voranzutreiben, stellt Bosch Rexroth nun – wie auf auf der bauma 2019 angekündigt – mit „eLION“ sein umfangreiches Portfolio an Komponenten für die Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen vor. Den offiziellen Startschuss für „eLION“ gab Matthias Kielbassa, Produktbereichsleiter Elektrifizierung, im September 2021 im Rahmen einer Fachkonferenz in Ulm. Bei der Vorstellung betont er die drei wichtigsten Eigenschaften der neuen Produktplattform: ihre Skalierbarkeit, die Robustheit und die funktionale Sicherheit.

Skalierbarkeit durch modularen Baukasten

Die elektrischen 700 V „eLION“ Motoren-Generatoren von Bosch Rexroth decken einen Nennleistungsbereich von 20 bis 200 kW ab (Spitzenleistung bis zu 400 kW) und liefern dabei Nenndrehmomente bis zu 1.050 Nm und Maximaldrehmomente bis zu 2.400 Nm. Sie sind in vier Baugrößen verfügbar mit jeweils unterschiedlichen Längen und Motorwicklungskonfigurationen sowie je nach Ausführung als schnell oder langsam drehende Variante. Daraus ergeben sich über 80 mögliche Konfigurationen, die den Herstellern größtmögliche Gestaltungsfreiheit für die Elektrifizierung bestehender und neuer Fahrzeugarchitekturen bieten. Passend zum Motorportfolio bietet „eLION“ auch Inverter in verschiedenen Leistungsklassen mit bis zu 300 A Dauerstrom und hoher Überlastfähigkeit. Die Inverter unterstützen hierbei DC-Zwischenkreisspannungen von 400 bis 850 V.

Getriebe mit hoher Leistungsdichte für Rad- und Zentralantrieb (eGFT und eGFZ) sind ebenfalls Teil des „eLION“ Portfolios und ermöglichen kompakte Antriebseinheiten für unterschiedlichste Anwendungen. Für die gesamte „eLION“ Plattform stehen „BODAS“ Software-Module zur Verfügung, ebenso passende Hydraulikkomponenten wie Axialkolbenpumpen.

Weitere elektrische Komponenten wie DC/DC Konverter, Power Distribution Units, On-board Charger sowie Hochvolt-Kabel runden das Angebot ab, so dass Hersteller auf ganzheitliche Lösungen vertrauen können, unabhängig von der letztendlichen Energiequelle (z. B. Hybrid oder batterieelektrisch).

Neuentwicklung mit Blick auf Einsatz­bedingungen und funktionale Sicherheit

Die Entwicklerinnen und Entwickler von „eLION“ setzten laut Kielbassa von Anfang an auf die unternehmensinterne Erfahrung mit elektrischen Industrielösungen und das umfassende Branchenwissen bei mobilen Arbeitsmaschinen. Hinzu kam die langjährige Bosch-Expertise im Bereich der Elektromobilität. Durch die komplette Neuentwicklung der Komponenten waren keine Kompromisse bezüglich der harschen Off-Highway Einsatzbedingungen notwendig. Entsprechend robust zeigen sich die „eLION“ Motoren-Generatoren und Inverter: Beide erfüllen die Dichtigkeits-Schutzart IP6K9K und sind im Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C einsetzbar. Die obere Temperaturgrenze der Motoren-Generatoren liegt sogar bei 100 °C. Die Schock- und Vibrationsfestigkeit der „eLION“ Komponenten liegt bei bis zu 50 g Schock und 10 g Vibration. Besonderes Augenmerk in der Produktentwicklung lag auf der funktionalen und elektrischen Sicherheit. Hersteller wie Anwender profitieren von Inverter-Sicherheitsfunktionen nach ISO 13849.

„eLION“ Produktionsstart in 2022

Im Rahmen von Pilotprojekten sammeln OEMs wie Kalmar oder Sennebogen bereits positive Erfahrungen mit „eLION“ von Bosch Rexroth. Kielbassa freut sich daher auf den für 2022 geplanten Marktstart der „eLION“ Plattform. „Das Ziel ist es, mit unserer Technologie eine Zukunft mit gesteigerter Effizienz, geringeren Geräuschemissionen und weniger Luftbelastung zu gestalten. Dafür haben wir die richtigen Produkte zum richtigen Zeitpunkt und helfen unseren Kunden gleichzeitig, ihre Marktposition bei mobilen Arbeitsmaschinen zukunftsfähig auszubauen.“

Getriebe für E-Motoren

Um die Elektrifizierung der Off-Highway-Maschinen zu unterstützen und voranzutreiben, hat Bosch Rexroth als Teil seiner „eLION“ Plattform die ersten zwei Achsgetriebe speziell für Elektromotoren entwickelt. Mit diesen können Fahrzeughersteller alle Vorteile neuer Elektromotoren nutzen. Die Getriebe für ein oder zwei Gänge sitzen zentral im Fahrzeug und bündeln die Energie, um mit nur einem Motor bis zu zwei Achsen anzutreiben.

Gestaltungsfreiheit für neue Antriebe

Das 1-Gang Stirnradgetriebe eGFZ9100 und das 2-Gang Schaltgetriebe eGFZ9200 sind zentral im Fahrzeug angeordnet und bieten damit neue Möglichkeiten gegenüber den bisherigen Ansätzen mit Einzelradantrieben. Die beiden Getriebe ermöglichen hohe Leistungsdichten bei gleichzeitiger Geräuschoptimierung für schnelldrehende Elektromotoren wie dem Rexroth EMS1H und dem Bosch SMG, aber auch für Motoren anderer Hersteller mit ähnlicher Leistung.

Hohe Drehzahlen in die richtigen Bahnen lenken

Permanentmagneterregte Synchronmotoren punkten mit Kompaktheit und hoher Effizienz – doch ihre hohen Drehzahlen stellen besondere Herausforderungen an Geräuschemission, Temperatur, Dichtigkeit und Verzahnung. Das eGFZ9100 und das eGFZ9200 sind speziell für diese Anforderungen entwickelt worden. Darüber hinaus bieten sie die Möglichkeit, die Leistung entweder an eine oder beide Achsen des Fahrzeugs abzugeben. Für den Allradantrieb stehen außerdem die Optionen Achsab- bzw. -zuschaltung zur Verfügung, für einen permanenten Allradantrieb ist ein sperrbares Mittendifferenzial vorgesehen.

Neue Technologie in bestehende Konzepte einfügen

Bei der Integration der Getriebe in den Bauraum und in das Maschinenkonzept bedient sich Bosch Rexroth des Wissens und der Erfahrungen aus Anforderungen an bisherige Antriebe. Getriebe müssen nicht nur kompakt und sicher sein, sondern auch leicht integrierbar. Während das 1-Gang-Getriebe eGFZ9100 je nach Anforderung horizontal oder vertikal eingebaut wird, bieten beide Rexroth Baureihen ein Plug and Drive System, das dank im Getriebe vorhandener Komponenten wie Wärmetauscher und Ölpumpe eine nahtlose Integration in den bestehenden Kühlkreislauf der elektrischen Antriebe ermöglicht. Auch die Sensorik zur Funktionsüberwachung ist bereits in den Getrieben integriert und kann mit einer Reihe an Optionen an unterschiedlichste Anwendungen angepasst werden.

In der Spannungsversorgung und dem Batteriespeicherbedarf verfolgen Maschinenhersteller unterschiedliche Strategien. Damit der Bauraum im Rahmen des Fahrzeugs stets optimal genutzt werden kann, ermöglichen die eGFZ-Getriebe mit Flanschversionen nach DIN ISO vielfältige Abtriebslösungen. Diese können im Zweiradantrieb als „U-Shape“ oder „S-Shape“ Getriebeversion ausgeführt werden und im Vierradantrieb als „Z-Shape“.

Anwendungswissen als Ausgangsbasis

Das unternehmensweite Wissen über Telehandler, Radlader, Kommunalmaschinen bis hin zu Traktoren und Reachstackern wurde zu Beginn der Entwicklung gebündelt und mit der Frage überschrieben, welche dieser Antriebe zukünftig elektrisch und zentral angetrieben werden können – und mit welchen Lastkollektiven. Auf dieses Anforderungspaket hin wurden die neuen eGFZ-Getriebe entwickelt und optimiert. Gemeinsam mit seinen Kunden will Bosch Rexroth nun die Lösungen herausarbeiten, die für jede spezifische Anwendung optimal ist. Derzeit in unterschiedlichen Pilotprojekten eingesetzt, werden eGFZ9100 und eGFZ9200 in 2022 als Teil von „eLION“ in Serie gehen.

„BODAS“ Connect: All-in-One Connectivity

Im Rahmen der digitalen Transformation bieten Telematiklösungen zahlreiche vorteilhafte Erweiterungen zur Fahrzeug und Steuerungselektronik in Baumaschinen und Landmaschinen. Basierendauf fundiertem Anwendungs-Know-how und dem breiten „BODAS“ Software- und Hardware-Portfolio bietet Bosch Rexroth als starker Branchenpartner und Lösungsanbieter eine einzigartige integrierte Telematik Lösung: „BODAS“ Connect All-in-One Connectivity. Neben Data Management Funktionen für Flottenmanagement und Zustandsüberwachung gibt es vielfältige Möglichkeiten zur drahtlosen Interaktion mit den Steuergerätnetzwerken von Off-Highway-Fahrzeugen. Dazu gehören Flashen, Parametrierung und Diagnosen von Rexroth Steuergeräten.

Text: Bernd Mair

Bilder: Bosch Rexroth, Treffpunkt.Bau