En elektrisk Volvo L110 hjullaster er under bygging på Jæren. Den skiller seg fra andre elektriske maskiner på ett viktig punkt: Den mangler hydraulikkpumpe og hydrauliske sylindre. Se hva som har erstattet hydraulikken – og hva det har til felles med en ubåt.

Tekst: Jørn Søderholm

SANDNES: Se nøye på bildene i denne artikkelen. Bak det friske utseendet med grønn og hvit foliering “skjuler” det seg en Volvo L110H. En av Norges mest solgte og brukte hjullastere, i en universalstørrelse som dekker et utall formål i drift, prosjekter og pukkverk landet rundt.

Denne maskinen skiller seg fra alle andre på ett vesentlig punkt: Den er elektrisk drevet.

Maskinen bygges på et verksted på Sandnes.

Javel. Så har vi enda en ombygget el-maskin, der dieselmotoren er erstattet med batteripakke og el-motor. Det er ikke særlig nytt…?

Hel-elektrisk drift

Joda. På denne maskinen er ombyggingen nemlig gjort med et nytt og stort skritt i retning hel-elektrisk drift. Her er ikke bare motoren men også det hydrauliske systemet tatt ut av maskinen. Hydraulikkpumpa er vekk. De tradisjonelle og – til nå – uunnværlige sylinderne på aggregatet er erstattet av elektromekaniske “sylindre”. Eller el-aktuatorer, som det egentlig kalles.

Aktuatorene er elektrisk styrt og drevet, og leverer kraft i inn- og utretning, akkurat som tradisjonelle hydrauliske sylindre.

Ombyggingen gjøres av Excess Engineering AS i Sandnes, i samarbeid med Risa-eide Rental.one.

Elektriske aktuatorer utviklet av Excess Engineering.
Elektriske aktuatorer utviklet av Excess Engineering.

– Den får en rent elektromekanisk kraftoverføring i aggregatet. Maskinen beholder de hydrauliske bremsene. Den har elektromotor, batteripakke og seks elektriske sylindre til å gjøre løftejobben. Alt foregår med elektromekanisk kraftoverføring. Her bruker vi vår patenterte teknologi som omgjør roterende energi til lineære bevegelser inn og ut.

Det sier daglig leder Ove Kalvatn i Excess Engineering AS. Selskapet er en del av Kverneland Industrier. Det ble etablert i 2011, og opererte som et rent konsulentselskap frem til 2017.

Da begynte de med utvikling av egne prosjekter. Selskapet har vokst kraftig de siste årene, og har i dag 18 ansatte.

Elektriske aktuatorer erstatter hydrauliske sylindre.
Elektriske aktuatorer erstatter hydrauliske sylindre.

Tester tøffe forhold i anleggsbransjen

Teknologien bak den elektromekaniske kraftoverføringen som erstatter hydraulikk har tidligere blitt testet ut på subsea verktøy til bruk i offshoreindustrien.

– Dette er den første store testen på heavy duty utstyr med store laster. Vi ville gjøre pilottestingen i anleggsbransjen fordi det er der de tøffeste arbeidsforholdene er. Når det virker der, så vet vi at det kan erstatte hydraulikk på andre markedsområder, sier Kalvatn.

Pål Tjøtta t.v. i Rental.one og Ove Kalvatn i Excess Engineering.
Pål Tjøtta t.v. i Rental.one og Ove Kalvatn i Excess Engineering.

Pilottestingen på den nevnte Volvo L100 hjullasteren foregår når i samarbeid med Rental.one. I tillegg er Excess Engineering ute etter en pilotkunde til en tilsvarende ombygging på en gravemaskin omkring 40 tonn.

Innføring av hel-elektriske drivlinjer vil etter all erfaring utgjøre en stor forskjell i utvikling av elektrisk drevne anleggsmaskiner. Det vanlige til nå har vært å erstatte dieselmotor med elektromotor, som driver akkurat det samme hydrauliske systemet på maskinen.

Unngår energitap i hydraulikk

Virkningsgraden er imidlertid en utfordring. En god del av energien går ut i drift av hydraulikken, og uten å komme frem til faktisk bevegelse i enden av sylinderne. Dessuten vil hydralikkpumpa alltid trekke litt energi så lenge maskinen er på og klar til arbeid.

Resultatet: En drivlinje som nøyer seg med halvparten av energien, og er vesentlig enklere og rimeligere i vedlikehold. For ikke å snakke om miljøgevinsten i elektrisk drift og ved å unngå flere hundre liter hydraulikkolje pr maskin.

– Med elektriske aktuatorer i stedet for hydraulikk bruker du ikke én eneste watt energi før du drar i spaken. De gjør det også mulig å regenerere energi på vei ned. Drivlinjen er i det hele tatt mer effektiv med hel-elektrisk drift. Beregninger viser at en maskin som går fire timer på én lading av batteripakken skal kunne gå minst åtte og helt opptil 12 timer på det samme batteriet, sier Kalvatn.

Under folieringen skjuler det seg en vanlig, gul Volvo L110H
Under folieringen skjuler det seg en vanlig, gul Volvo L110H

– Hvilke tall er det basert på?

– Driftsprofilen for denne maskinen. Den var ute i normalt arbeid 7-8 måneder før vi begynte ombyggingen. Nettopp fordi vi skulle skaffe data til sammenligning, sier han.

– Her skal det løftes tungt og jobbes hardt. Hva med styrken? Og hva med slag og vibrasjoner?

Styrke, slag og vibrasjoner

– Styrken er akkurat den samme som i tilsvarende hydrauliske sylindre. Mange er opptatt av vibrasjoner, slag og støt som hydrauliske systemer bidrar til å dempe. Vi jobber med en løsning for aktiv og passiv demping som skal testes ut, sier Ove Kalvatn.

Elektriske sylindre tilbyr presis styring, kontroll og samme kraft i begge retninger. Elektrifisering av maskiner reduserer dessuten vedlikeholdsbehovet betydelig. Dette betyr mindre tid og penger brukt på reparasjoner og vedlikehold, og mer tid brukt på produktivt arbeid.

Det skriver Rental.one i en artikkel på Anleggsbloggen om ombyggingen av maskinen.

Å erstatte hydraulikk med elektro og mekanikk har gjennom en årrekke vært en suksessfaktor for Keestrack i utvikling og bygging av hybride og elektriske knuse- og sikteverk. Her har tradisjonelt hydraulisk drevne mekanismer i knusing og transport blitt erstattet med hel-elektriske drivlinjer. Dieselmotor er fortsatt tilgjengelig, men til å produsere strøm i stedet for å drive en hydraulikkpumpe. Driften kan også gå på strøm fra nettet der det er aktuelt.

I forbindelse med ombygging og driftssetting av den elektriske hjullasteren har Excess Engineering en avtale med SINTEF, som skal sammenligne den elektriske og elektromekaniske maskinen med konvensjonelle dieselhydrauliske maskiner. Det skal etterhvert lages en rapport om resultatene.

Den elektriske hjullasteren kan også levere jevnere og mer presis kraft, noe som er essensielt for oppgaver som krever nøyaktighet og finesse. Siden maskinen ikke trenger en hydraulikkpumpe vil energibehovet være mindre. Beregninger viser at energibehovet halveres. Det gir en stor forbedring i antall driftstimer før maskinen må til lading. Dermed vil operasjonstiden øke, skriver Rental.one.

I artikkelen bemerker daglig leder Kjetil Friestad i Rental.one utfordringen i at kun ett firma i verden for tiden kan maskinere delene til en elektrisk sylinder.

– Med større etterspørsel vil produksjonen øke, sier Friestad.

Hydrauliske sylindre

Hydrauliske sylindre fungerer ved å utnytte hydraulisk trykk til å generere bevegelse. De består av en sylinder som inneholder en væske, vanligvis olje, og en stempelstang som beveger seg når trykket på væsken endres.

Fordeler ved hydrauliske sylindre:

* Kraft: Hydrauliske sylindre har høy løftekapasitet og kan generere stor kraft, noe som gjør dem ideelle for tunge oppgaver.
* Konstant kraft: De kan opprettholde konstant kraft gjennom hele bevegelsen, noe som er nyttig for oppgaver som krever jevn belastning.

Ulemper ved hydrauliske sylindre:

* Væskelekkasje: Hydrauliske systemer kan være utsatt for væskelekkasje, noe som kan føre til miljøproblemer og behov for vedlikehold.
* Vedlikeholdskrevende: Systemet krever regelmessig vedlikehold, inkludert filtrering og væskebytte. •   
* Energiforbruk: Hydraulikk bruker mer energi på grunn av trykktap og varmetap i væsken.

Elektriske sylindre / aktuatorer

Elektriske sylindre bruker elektrisk energi til å drive en motor som beveger en stempelstang lineært. Denne teknologien blir stadig mer populær på grunn av fremskritt innen elektronikk og motorstyring.

Fordeler:

* Presisjon: Elektriske sylindre gir høy grad av presisjon og nøyaktighet i bevegelsen.
* Miljøvennlig: De lekker ikke væske og forårsaker derfor ikke forurensning.
* Energieffektive: Elektriske sylindre bruker bare strøm når de er i bevegelse, noe som kan redusere energiforbruket.

Ulemper:

* Kostnad: De kan være dyrere å kjøpe og installere sammenlignet med hydrauliske systemer.

EU-midler og ubåt-prosjekt

Maskinen er nå under bygging, på nevnte verksted i Sandnes. Utviklingen er finansiert med støtte fra Enova. Excess Engineering er dessuten et av svært få selskaper som har fått EU-midler fra EIC akseleratorprogram.

Parallelt med på anleggsmaskin(er) jobber Excess Engineering med et lignende pilotprosjekt på et nokså annerledes felt: Ubåter. Nærmere bestemt en mekanisme som heiser ubåtens antenner opp og ned, også når ubåten går neddykket.

Ganske ulike driftsområder, men med et felles behov: Omdanne elektrisk energi til en bevegelse inn og ut, i temmelig tøffe forhold.

– Når kan vi se hjullasteren i drift?

– Vi håper den skal være i drift til sommeren. Nå er det mye fintuning på programvare som foregår, sier Ove Kalvatn i Excess Engineering.

Den blir nok ikke klar tidsnok til å vises på messa når bransjen møtes til Vei og anlegg 2024. Men den skal etter planen vises fram på ONS-messa i Stavanger i august. Og folk fra Rental.one skal etter sigende til Vei og anlegg. Just sayin…