Im ersten Teil der Artikelreihe “E-Mobilität in der Landwirtschaft” dreht sich alles um den elektrischen Antrieb. Bei der Entwicklung von Fahrzeugen hat der Antriebsmotor einen entscheidenden Einfluss auf die Bauweise des gesamten Fahrzeuges. Heutige Fahrzeuge haben eine Architektur, welche ausschließlich auf den Antrieb durch einen Verbrennungsmotor konzipiert wurde. Derartige Fahrzeuge lassen sich durchaus auch auf einen Elektroantrieb umstellen. Dabei wird der Verbrennungsmotor mitsamt Abgasanlage und Kraftstofftank durch einen Elektromotor und einen Akkupack ersetzt.
Während bei Automobilen der Verbrennungsmotor hauptsächlich für Vortrieb über die Vorder- oder Hinterräder sorgt, ist die Leistungsverteilung für landwirtschaftliche Anwendungen wesentlich komplexer. Angetrieben werden hier zumeist alle Räder, wobei bei geringen Geschwindigkeiten hohe Zugkräfte auftreten, wie beispielsweise beim Pflügen. Neben dem Fahrantrieb muss der Motor zusätzlich Anbaugeräte antreiben. Diese können hydraulisch, mechanisch – oder in Zukunft elektrisch – über genormte Schnittstellen angesteuert werden.
Die Drehkraft sowie die Drehzahl des Motors ist die Eingangsgrößen für die Auslegung des kompletten Antriebsstranges (Motor, Getriebe, Achsen, Nebenabtriebe und Kupplung). Das Leistungsdiagramm stellt graphisch das Drehmoment dar, das ein Motor über einen gewissen Drehzahlbereich liefern kann. Wie in Abbildung 1 dargestellt, lässt sich aus dem Drehmoment durch die Multiplikation mit der Drehzahl die Leistung errechnen.
Ein Verbrennungsmotor kann erst ab einer gewissen Drehzahl eigenständig laufen (Leerlaufdrehzahl) und ein Drehmoment für Antriebszwecke zur Verfügung stellen. Bei steigender Drehzahl steigt die Drehkraft an und erreicht im mittleren Drehzahlbereich ein Maximum. Über der Drehzahl mit dem maximalen Drehmoment stellt der Motor nahezu seine maximale Leistung zur Verfügung. Bis zur Nenndrehzahl kann ein Motor dauerhaft belastet werden.
Auch bei den Elektromotoren gibt es verschieden Motortypen. Dennoch kann das abgebildete Leistungsdiagramm als typisch für Elektromotoren gelten. Im Vergleich zum Verbrennungsmotor liefert der Elektroantrieb aus dem Stand ein hohes Drehmoment. Ab einer mittleren Drehzahl fällt das Drehmoment ab und die Maschine entwickelt die Nennleistung, die bis zur maximalen Drehzahl zur Verfügung steht.
Die Elektro-Maschine fällt deutlich kompakter als ein Verbrennungsmotor aus. Bei dem Aufbau des Fahrzeuges ist auch der Bauraum für zugehörige Komponenten wie etwa Getriebe, Abgasanlage oder Motorsteuerung zu berücksichtigen. Zudem wiegt der Elektromotor um den Faktor 2 bis 4 weniger als ein vergleichbarer Verbrennungsmotor. Im Gesamtsystem kann sich dieser Vorteil allerdings schnell umdrehen, denn das Gewicht des Akkus ist im Vergleich zur Kraftstoffbevorratung von Diesel und Benzin deutlich höher. Diese Zusammenhänge werden in den nachfolgenden Kapiteln noch näher beschrieben.
Neben dem reinen Diesel- oder Elektroantrieb bietet sich auch die Kopplung beider Antriebe an. Hier ist der Begriff „Hybrid-Antrieb“ geläufig, der eine Kombination von mehreren Antriebs- und Energiespeichersystemen bezeichnet.
Auch in landwirtschaftlichen Fahrzeugen lassen sich die Vorzüge beider Antriebe nutzen. Der Elektromotor kann für Schwachlastanwendungen und zur Rekuperation dienen. Der breite nutzbare Drehzahlbereich kann zu einer angepassten Getriebeauslegung führen. Über die Elektrifizierung können Nebenverbraucher und Anbaugeräte effizienter angetrieben werden. Der Energiespeicher muss beim Hybrid-Antrieb nicht für hohe Energiemengen ausgelegt werden und kann auch als mobile oder stationäre Stromquelle genutzt werden.
Der Dieselmotor hingegen ermöglicht lange Einsatzzeiten und kann öfter am optimalen Betriebspunkt mit hohem Wirkungsgrad genutzt werden.