News

Elektrificatie van grondverzet machines

Opdrachtgevers in binnensteden en natuurgebieden willen werkzaamheden liefst emissievrij laten uitvoeren. Elektrisch aangedreven materiaal is echter schaars. Kraanverhuur- en Loonbedrijf W.G. Donselaar VOF in Leerdam besloot zelf een rupskraan om te bouwen van diesel- naar elektrische aandrijving. Daarbij werd de hulp ingeroepen van Elsto Drives & Controls in Voorhout.

Donselaar voert divers werk uit in grondverzet, rioleringswerk, groenvoorziening, onderhoud van watergangen, straatwerk, baggerwerkzaamheden en bomen zagen. De onderneming telt zeven vaste medewerkers, voor bepaalde opdrachten worden ook ZZP-ers ingehuurd. Door één van zijn rupskranen om te bouwen speelt eigenaar Wilco Donselaar in op de toekomst. "Er komen meer vragen en zelfs eisen om emissievrij te werken. Aannemingsbedrijven krijgen dit opgelegd door gemeenten, waterschappen en natuurbeheerders. Om bepaalde werkzaamheden emissievrij te kunnen uitvoeren, hebben ze de juiste machine nodig. Enkele opdrachtgevers bellen nu bewust ons als emissievrij werken een eis is."

Zelf ombouwen

De behoefte aan een elektrisch aangedreven rupskraan ontstond in 2019 toen de vraag naar emissievrij werken begon toe te nemen. Omdat het aanbod aan elektrisch materieel uitbleef, besloot Donselaar om zelf een vier jaar oude JCB rupskraan om te bouwen. Hij heeft nu als eerste een elektrisch aangedreven rupskraan in Nederland in gebruik. Wilco Donselaar: "De ombouw van diesel naar elektrisch vergt een flinke investering. We hebben bewust een gebruikte kraan genomen. Als je investeert in een gloednieuwe machine, investeer je in deelsystemen die je niet gebruikt. Je moet trouwens ook afwachten hoe zo'n ombouw uitpakt."

Geëlektrificeerde rupskraan van Donselaar

Zijn broer Ben Donselaar is ZZP-er, gespecialiseerd in servicewerk voor de voedingsmiddelen- en verpakkingsindustrie, zowel mechanisch als elektrisch en besturingstechnisch. In diens optiek is het ombouwen van een dieselkraan naar een elektrische kraan ook niet meer dan een aanpassing van mechanica en elektra. Maar het was wel een leuke uitdaging.

Samenwerking met Elsto

Ben Donselaar heeft voor reparatie en revisie van machines vaak nieuwe componenten nodig en daarin is Elsto een regelmatige partner. "Ik ken de Elsto-groep vooral via Stolk Transmission Services in Hoogerheide. Via Stolk kwam ik in contact met Elsto Drives & Controls, dat veel ervaring heeft met mechanische en elektrische aandrijvingen, ook voor de mobiele sector. Hun sales en engineers zagen wel wat in het project en hebben er ook veel tijd in geïnvesteerd."

Aan de ombouw van de 8,5 tons rupskraan is het nodige rekenwerk vooraf gegaan. Ben Donselaar is uitgegaan van het benodigde vermogen maximale vermogen van 34 kW op basis van de specificaties van de diesel. In overleg met Elsto is gekozen voor een standaard draaistroommotor. We hebben nu een zuinige machine, waarmee we gemakkelijk een hele werkdag kunnen draaien. We kunnen hem sneller laten draaien, maar de meeropbrengst van de machine weegt dan niet op tegen het extra energieverbruik. Je moet de capaciteit afwegen tegen de kosten."

Aandrijving

Een accupakket van ELEO Technologies in Helmond voedt de Elsto draaistroommotor via een frequentieregelaar van Bonfiglioli Vectron. De motor drijft via een V-snaaroverbrenging de hydrauliekpomp van de kraan aan. Rijdwerk, zwenken, in- en uitgaan van de giek en het werktuig (bijvoorbeeld een grijper) worden nog steeds hydraulisch aangedreven. De verlichting en bediening wordt door de bestaande 12 V batterij gevoed.

 

Elektromotor in rupskraan van Donselaar

Wilco Donselaar: "De batterijen en de elektromotor drijven alleen de hydropomp aan. Kleppenblok, leidingen, slangen, cilinders, alle hydrauliek is blijven zitten. Met de elektrische aandrijving heb je een constant koppel en daardoor een constante flow en druk in de hydrauliek. Het kleppenblok regelt de snelheid van de rij- en zwenkaandrijving en de cilinders. Een elektromotor blijft bij zware belasting gewoon doorgaan, bij een dieselmotor hoor je het toerental inzakken. Je kunt nu alleen niet meer op het gehoor werken, daar moet de machinist wel aan wennen."

Omdat de machine geheel elektrisch wordt aangedreven, is ze emissievrij. Bovendien levert de elektrificatie ook een verrassend stille rupskraan op. Niet de dieselmotor maar de hydrauliekpomp levert nu de meeste (maar minder) decibels. De frequentieregelaar en elektromotor zijn van buitenaf niet te horen, terwijl de motor- en batterijruimte niet eens is geïsoleerd. Dit vergemakkelijkt overleg tijdens het werk.

Elektrisch systeem

Ben Donselaar heeft wat metingen gedaan. "Nominaal verbruiken we 22 kW bij 87 Hz frequentie aan de motor. Op piekmomenten verbruiken we niet meer dan 28 kW. Het gemiddelde vermogen ligt echter veel lager, waardoor er ruim 10 uur met de kraan gewerkt kan worden zonder tussentijds te laden. Als je bijvoorbeeld zwaar grondwerk hebt, laat je de motor iets sneller draaien."

Engineer Robin Zijlstra van Elstro Drives & Controls ligt de keuze toe. "De motor is gewikkeld voor 230 V en 400 V. Met de 87 Hz karakteristiek kunnen we een constant koppel leveren tot 2500 rpm. Hiermee kom je uit op een energetisch rendement van ongeveer 93%. Met een permanent magneet motor bouw je compacter en hoef je geen rotor voor te magnetiseren en dan kom je uit op 96-97%. Maar permanent magneet motoren zijn duur, moet je op specificatie bestellen en hebben een langere levertijd."

Hans Korteweg, Manager Controls bij Elsto, knikt. "De elektromotor is een eigen draaistroommotor van Elsto Drives & Controls. We hebben als alternatief naar een servomotor gekeken, maar die is veel duurder. Bovendien wilden we eerst ervaring opdoen hoe een elektrische aandrijving zou functioneren op een rupskraan. Standaard asynchroon is de eenvoudigste oplossing. En dit type motor is eenvoudig te verkrijgen."

Ben Donselaar: "Ook ruimte speelt een rol. Het past er nu net in; een grotere motor hadden we niet kwijt gekund. Er zijn ook twee opladers ingebouwd, een op 16 A en een op 32 A. De rupskraan is niet voorzien van een mogelijkheid tot terugwinning van energie. Het zou een uitbreiding kunnen zijn, je sluit het zo aan op de DC-bus. Maar voor dit soort voertuigen levert het nauwelijks energie op, het is de vraag of je die investering terugverdient."

De praktijk

In februari 2020 werden de plannen concreet en in mei werd begonnen met de ombouw. De machine is in augustus 2020 in gebruik genomen. Het was vooral een empirische ombouw, zegt Ben Donselaar. "We hadden bepaalde ideeën hoe we het wilden maken, maar je moet je aanpassen aan de mogelijkheden die je hebt. De ombouwtijd werd mede bepaald doordat ELEO door de corona-situatie langer op bepaalde onderdelen moest wachten. In normale omstandigheden zou je hem in een maand of minder kunnen ombouwen."

Man bestuurt geëlektrificeerde rupskraan van Donselaar

Sinds de machine is omgebouwd, heeft de rupskraan meer dan 500 uren gedraaid. Een standaard door een diesel aangedreven machine draait 1200 tot 1300 uur per jaar. De elektrische machine heeft naar verhouding dus iets minder gedraaid. Toch is Wilco Donselaar tevreden. "Een project kan altijd uitlopen, daar moet je rekening mee houden bij het aannemen van opdrachten. Soms zit er een overlap in projecten, soms valt er een gat waarin je voor deze machine geen werk hebt."

In de beginperiode zat er een vaste machinist op de elektrische rupskraan, nu werken er meerdere machinisten mee. Wilco Donselaar: "Machinisten hebben hun eigen specialiteit en manier van werken. Het uit te voeren werk is nu leidend. De meesten zijn heel positief over het werken met de machine. Maar soms heeft iemand diesel tussen zijn oren, daar krijg je nooit elektra tussen. Die komt niet op deze kraan."

Accupakket

Elsto Drive & Controls had voor elektrificatieprojecten al vaker samengewerkt met ELEO Technologies. Dit bedrijf ontwikkelt en produceert batterijsystemen voor industriële & automotive toepassingen. Deze worden typisch in relatief kleine oplage geproduceerd, waardoor de gewenste batterijspecificaties nogal kunnen verschillen. In dit ombouwproject was met name de inbouwruimte een uitdaging. In de compacte machine moest een grote capaciteit worden behaald om een dag lang te kunnen werken.

ELEO heeft voor de rupskraan het ontwerp van het gehele batterijpakket, inclusief ondersteuning bij inbouw en installatie voor zijn rekening genomen. De levering omvatte het volledige geïntegreerd batterijpakket, inclusief behuizing, batterijmanagement systeem en veiligheidsfeatures om veiligheid en betrouwbaarheid te kunnen garanderen. Het batterijpakket heeft een capaciteit van 132,7 kWh

De toekomst

Robin Zijlstra blikt alvast vooruit. "Het voordeel van een frequentieregelaar is, dat je allerlei data kunt verzamelen, opslaan en uitlezen. Je kunt de werkelijke bedrijfsuren meten, de stand-by-uren, actuele stromen, spanningen, vermogens, enzovoorts. Dat kun je met een communicatiemodule en een USB-kabel gemakkelijk uitlezen met een laptop. Je zou met 4G ook op afstand kunnen kijken hoe de machine draait. Je kunt er ook een servicerouter op zetten en op afstand nieuwe firmware uploaden of parameters veranderen."

Wilco Donselaar heeft diverse machines waar dat op zit, maar gebruikt het nog niet. "In de toekomst zullen we dat ongetwijfeld wel doen. Je wilt weten wat een bepaalde machinist en werktuig betekent voor het energieverbruik en de belasting van je machine. Maar hiervoor moet je investeren in tijd en software. Vooral dat eerste is in een klein bedrijf als dit een probleem."

Hij wil eigenlijk ook wel een mobiele kraan en een trekker ombouwen. "Maar het is een flinke investering, je moet rekening houden met de beschikbare financiële middelen. We willen ook eerst afwachten hoe het rendement van de omgebouwde rupskraan uitpakt."

Man kijkt in achterklep geëlektrificeerde rupskraan