Trattori, mietitrebbie, escavatori, telehandler, carrelli elevatori, macchine per la costruzione e pulizia delle strade, per la movimentazione di container in aree portuali. Sistemi che fino a ieri erano basati su soluzioni termiche e idrauliche vengono oggi progettati con architetture elettriche. Protagonista di questo nuovo mercato, la divisione off-highway di Bosch Rexroth. «L’elettrificazione delle macchine operatrici mobili è un business che eredita il know-how e le competenze che il gruppo Bosch ha già ampiamente sviluppato in ambito industriale, automobilistico e veicoli commerciali, afferma Federico Perelli, responsabile prodotto eLION Bosch Rexroth per il Sud Europa. Da qui al 2030 prevediamo che circa il 30% del mercato off-highway sarà rappresentato da macchine full electric o ibride, un business parallelo che affiancherà le soluzioni basate su motori a combustione».
Esempi sono quelli realizzati per l’italiana Cifa (macchine per il calcestruzzo), la tedesca Sennebogen (material handler) e quello che riguarda l’innovativa architettura progettata per un trattore a guida autonoma. Motori ed inverter, riduttori e software di controllo, monitoraggio macchina e diagnostica remota. La piattaforma eLION di Bosch Rexroth è la cassetta degli attrezzi per costruire la nuova generazione di macchine elettrificate per il lavoro mobile. «Nel portafoglio eLION rendiamo disponibile tutta la tecnologia abilitante per la movimentazione di una macchina off-highway», dice Perelli.
Le caratteristiche più importanti degli azionamenti sono la scalabilità (motori con range di potenza nominale da 20 a 200 kW e picchi fino a oltre 400 kW), la robustezza (alta resistenza a shock e vibrazioni, e possono essere utilizzati in un intervallo di temperatura compreso tra -40 e +105 gradi), la silenziosità e la sicurezza (i prodotti sono conformi ai requisiti di protezione IP6K9K e alle norme sulla sicurezza funzionale fino a PL d). «Motori con diversi diametri, lunghezze e inverter differenziati per classi di potenza. Le soluzioni si distinguono per la tipologia di lavoro che devono svolgere e per dimensione, spiega Perelli. I requisiti di velocità, coppia e potenza dei componenti elettrici sono configurabili con la massima flessibilità». I veicoli per il lavoro mobile vengono poi progettati da Bosch Rexroth come prodotti connessi. Ecco, quindi, la piattaforma BODAS Connect, per il monitoraggio e la diagnostica remota,
Efficienza applicativa e minore rumorosità
«Lavoriamo in entrambe le direzioni dell’off-highway, tradizionale ed elettrico, dice Perelli. In base alle esigenze del cliente siamo in grado di capire se la macchina ha più senso che venga costruita con l’una o l’altra architettura. Certo, la densità di potenza che si può raggiungere con le soluzioni idrauliche è in assoluto maggiore, ma sono tanti i casi in cui l’elettrico può essere competitivo.
I vantaggi dell’elettrico? Una riduzione dei costi di utilizzo e minori emissioni acustiche, un aspetto, quest’ultimo, fondamentale quando si deve lavorare in spazi ristretti o indoor. Attraverso misurazioni comparative è stato appurato che la macchina elettrica può arrivare ad essere fino a 14 decibel meno rumorosa di una macchina a combustione. Un indiscusso vantaggio per le persone o gli animali che si trovano vicini al veicolo, o perfino per l’operatore stesso, costretto a guidare per ore e ore una macchina diesel, ma che ha dei risvolti nelle più diverse applicazioni. Un esempio sono i telehandler utilizzati nelle stalle per portare il fieno alle mucche. «Vi sono studi che stanno valutando il beneficio di usare macchine elettriche, più silenziose, che può comportare meno stress per l’animale e, quindi, più latte», afferma il manager.
Sinergia di gruppo per uno sviluppo collaborativo, un vantaggio competitivo unico
«La tecnologia applicata all’auto è sostanzialmente identica a quella per le macchine utilizzate nel lavoro mobile industriale, deve solo essere adattata. Lo stesso riguarda lo sviluppo del software di controllo, spiega Perelli. Insomma, in Bosch Rexroth esistono le competenze per poter procedere a un’espansione dell’elettrico sull’intero spettro applicativo delle macchine off-highway. «I componenti vengono progettati sulla base di specifiche che sono proprie di questo mercato, per definizione differenti da quelle di altri comparti come quello dell’auto o del manifatturiero, dice Perelli. Con i colleghi di Bosch abbiamo condiviso il design del motore, gli stessi server per lo sviluppo di tutti gli azionamenti. Della divisione di automazione industriale di Rexroth utilizziamo il firmware dell’inverter, ed esiste una grande sinergia sullo sviluppo della parte meccanica. Il tutto contribuisce ad accelerare il rilascio di nuove soluzioni innovative. È il valore che discende da uno sviluppo collaborativo, aggiunge il manager. Ciascuno mette a disposizione tecnologia e know-how per dare vita a nuovi prodotti. Elettriche, ibride. Dal punto di vista funzionale esiste un livello di complessità ancora superiore in quanto si devono sviluppare funzioni “safety-on-board” per il corretto funzionamento dei componenti e la sicurezza degli operatori, che devono essere validate per la certificazione dell’intero veicolo».
Prime soluzioni e progetti pilota. Dal trattore a guida autonoma al veicolo per la movimentazione dei tronchi, alle betoniere e pompe per il calcestruzzo
La tecnologia di azionamento elettrico di Bosch Rexroth supporta la progettazione di veicoli a guida assistita o addirittura autonoma. È il caso di un progetto per un trattore senza guidatore realizzato in architettura ibrida: utilizza una combustione diesel accoppiata a un generatore elettrico che dà la potenza per la trazione. Due i motori elettrici, uno per l’assale frontale l’altro per quello posteriore. «In questo modo riusciamo ad avere un più preciso controllo di coppia e una erogazione efficiente di potenza », dice Perelli. Altro progetto pilota è quello realizzato per la tedesca Sennebogen, dove si è sviluppato un veicolo per la movimentazione di tronchi. In questo caso l’obiettivo è efficientare al massimo la parte di trazione. Risultato? L’efficienza del veicolo, evidenziata da ore e ore di testing, è del 30% superiore a quella di una soluzione tradizionale diesel-idraulica. Tra i primi progetti italiani, quello realizzato per Cifa, importante azienda nel panorama italiano e internazionale che progetta e realizza una gamma completa di macchine e soluzioni per la produzione, il trasporto e la posa del calcestruzzo. Come racconta Perelli, la componentistica eLION – motori, inverter e cavi – è stata utilizzata per elettrificare una betoniera e una pompa calcestruzzo. Con l’inverter possiamo comandare e controllare con grande precisione la velocità di rotazione della botte, il che si traduce in una migliore qualità del calcestruzzo. Per quanto riguarda la pompa, una volta che la macchina raggiunge l’area prescelta, l’operatore può spegnere il motore ed eseguire la lavorazione avvalendosi delle batterie in dotazione. E per tempi di lavorazione maggiore può connettersi direttamente alla rete. Insomma, massima flessibilità di utilizzo grazie all’introduzione di componenti elettriche», chiosa Perelli.
La piattaforma BODAS Connect per il monitoraggio remoto e supervisione funzionale
L’offerta off-highway prevede un utilizzo esteso di applicazioni Industrial IoT per una diagnostica in remoto. È quanto consente di fare la piattaforma BODAS Connect, un unico tool per controllare e misurare le performance di macchina con dati che vengono acquisiti on field, elaborati e resi disponibili in cloud. «In questo modo il cliente riesce a conoscere più a fondo la propria macchina, come viene utilizzata, quali sono i cicli di lavoro, il tempo residuo di durata delle batterie», dice Perelli. Sono dati che servono poi a migliorare la progettazione, per calcolare il dimensionamento ottimale delle diverse soluzioni, con configurazioni overload per gestire performance di picco o configurazioni di potenza per un utilizzo continuativo. «Sono aspetti che cambiano radicalmente la modalità di progettazione, afferma Perelli. In buona sostanza l’IoT permette un maggiore efficientamento complessivo, con soluzioni di fleet management e funzioni software per raggiungere performance hardware superiori. La connettività è abilitata da gateway IoT a bordo macchina: trasferiscono i dati misurati nel cloud dove è poi possibile produrre della analisi statistiche. «Il gateway è stato sviluppato con la massima attenzione per questo tipo di macchine, che spesso si trovano a operare in condizioni di scarsa connettività. Si pensi a un mezzo agricolo, trattore o altro, che si trova nel bel mezzo della campagna. In questo caso si deve limitare al massimo il volume dati per minimizzare al massimo la movimentazione dati. Il gateway esegue quindi una funzione filtro elaborando dati macchina per efficientare i flussi informativi». Come dire, massimo risultato, minimo sforzo per semplificare l’intera catena di valore dei dati.
L’elettrificazione richiede nuove competenze. Formazione e iniziative di up-skilling
«Progettare soluzioni elettriche, ibride, significa creare nuove competenze. Ed è in questa direzione che stiamo investendo, creando team specializzati per supportare l’intero ciclo di sviluppo prodotto e la vendita» racconta Perelli. Dimensionamento dei componenti, ottimizzazione del software e servizi per supportare i costruttori macchina in attività di testing, calibrazione, validazione e installazione della macchina. Occorre fare up-skilling, dare modo a persone che hanno da sempre lavorato su prodotti idraulici di potere confrontarsi con una dimensione ingegneristica elettrica». Ecco, quindi, un grande programma di formazione chiamato eLION Application Team che, attraverso sinergie con l’intero gruppo Bosch, permette di sviluppare indipendenza e autonomia nello sviluppo di soluzioni per il mercato locale. «Si devono avere competenze tecniche su come funzionano i componenti elettrici e poi la conoscenza dell’applicazione, come funzionano i veicoli. Solo così si possono sviluppare soluzioni performanti con un alto grado di personalizzazione, afferma Perelli. Le soft skill sono sempre più importanti, sono quelle che permettono di realizzare macchine flessibili, che è quello che richiede il mercato. Significa avere una competenza sull’intero sistema e sul software di controllo per realizzare prodotti ibridi, elettrici e idraulici che devono lavorare in modo simbiotico. È un nuovo campo di attività che risponde a una chiara esigenza di mercato».
