Elektro-Gabelstapler präziser regeln

Engelbert Stich ist Vertriebsingenieur bei der ABM Greiffenberger Antriebstechnik GmbH in Marktredwitz

Geregelte Drehstrom-Asynchronmotoren werden seit Jahren erfolgreich im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Nun erschließen sich diese Aggregate ein weiteres Anwendungsgebiet: batteriebetriebene Fahrzeuge. Aufgrund des günstigeren Preis-Leistungs-Verhältnisses von geregelten AC-Motoren fällt auch eine der letzten Bastionen des DC-Motors. Egal ob Fahren, Heben oder Lenken, in jedem Fall liegen die Vorteile eindeutig auf Seite des Drehstromantriebes. Ein Hersteller aus Marktredwitz hat bereits frühzeitig diesen Weg beschritten und kann heute auf eine Vielzahl von ausgerüsteten Fahrzeugen verweisen und die gewonnenen Erfahrungen in neue Anwendungsbereiche mit einbringen. Typische Einsatzfälle sind

Elektrostapler,

Elektroschlepper,

Niederhubwagen,

verfahrbare Hebebühnen,

fahrerlose Transportsysteme,

Reinigungsgeräte,

Behindertenfahrzeuge und

Elektroboote.

Die Drehzahlveränderung der Drehstromasynchronmaschine mit Käfigläufer hat durch die rasante Entwicklung von geeigneten Halbleitern und hochwertigen Regelalgorithmen bereits einen hohen technischen Stand erreicht und die Gleichstromtechnik überholt. Hohe Drehmomente bei kleinster Drehzahl, präzises Positionieren, hohe Regeldynamik, Energierückspeisung bei Brems- beziehungsweise Senkbetrieb, definierte Beschleunigungs- und Bremsrampen, Betriebssicherheit bei Steuerungsausfall (Kurzschluß) – um nur einige Besonderheiten zu erwähnen – machen zum Beispiel einen Elektrostapler mit AC-Technik zu einem wirtschaftlichen, betriebssicheren und komfortablen Fahrzeug.

Ein Kennlinienvergleich zeigt, daß durch geeignete Auslegung des Drehstrommotors insbesondere für Fahrantriebe das gewohnte „Reihenschlußverhalten” der Gleichstrommaschine nachgebildet werden kann, jedoch mit dem Vorteil wesentlich höherer Drehmomente in den niederen Drehzahlen. Zudem sind Asynchronmaschinen im Gegensatz zu Gleichstrommotoren wartungsfrei. Sie übertragen die eingespeiste Energie vom Stator auf den Rotor nicht über verschleißintensive Kohlebürsten und einen Kollektor, sondern auf magnetischem Weg und somit kontaktlos. Wartungsaufwand oder teure Schäden am Motor aufgrund von mangelhafter Bürsten-kontrolle sind somit ausgeschlossen.

Damit ist auch die Einbaulage des Motors innerhalb des Fahrzeuges beliebig: Sie müssen nicht für Wartungszwecke zugänglich sein. Das Reversieren und Bremsen erfolgt rein elektronisch. Durch den Wegfall von Schützen für die Drehrichtungsumkehr beziehungsweise die Gegenstrombremsung werden weitere mechanische Verschleißteile und ein erhöhter Verkabelungsaufwand vermieden.

Im Zusammenspiel mit der Steuerelektronik läßt sich die überschüssige Energie beim Bremsen, bei Bergabfahrt oder beim Absenken der Last in elektrische Energie umwandeln und in die Batterie zurückspeisen – der Motor wird zum Generator. Diese Energieumkehr erfolgt elektronisch. Umkehrschütze oder Bremswiderstände sind nicht erforderlich. Durch Absenken der Betriebsspannung bei Teillast wird der bereits hohe Wirkungsgrad des AC-Motors weiter verbessert. Insgesamt ergeben sich dadurch deutlich längere Einsatzzeiten des Fahrzeuges bei gleicher Batterieladung.

Ein wesentliches konstruktives Merkmal der Motoren des Anbieters ist ein Statorgehäuse aus Aluminium-Strangpreßprofil. Durch den Wegfall des Kommutators und der Kohlebürsten kann der Motor vollständig gekapselt und somit ein hoher Schutzgrad gegen Eindringen von Wasser und Schmutz auf einfache Weise realisiert werden. Der Einsatz in naß-feuchter Umgebung (Betrieb im Freien) sowie in staubigen und aggressiven Medien ist problemlos möglich. Auch bei der Reinigung des Fahrzeugs bietet die Schutzart IP54 deutliche Vorteile.

Der Antriebstechnik-Hersteller bietet ein umfangreiches Lieferprogramm an Antriebskomponenten für Flurförderzeuge wie Getriebe, Bremsen und Motoren. So zum Beispiel AC-Fahrmotoren in den Baugrößen 100, 112, 132 und 160 mit Drehzahlen von 2000 bis 2100 min-1 und maximalen Momenten von 39, 75, 140 und 210 Nm. Auch die Hubmotoren sind in den Baugrößen 100, 112 und 132 erhältlich mit einer Drehzahl von jeweils 2200 min-1. Die AC-Lenkantriebe aus Marktredwitz haben die Baugrößen 71, 80 und 90 bei Leistungen von 0,55 kW, 0,8 kW und 1,2 kW. Die Drehzahl beträgt jeweils 2000 min-1.

Enge Platzverhältnisse und geringe Kostenspielräume fordern spezielle mechanische und elektrische Lösungen mit einem hohen Integrationsgrad. So ist der Fahrantrieb des Staplers mehr und mehr in die Antriebsachse hineingebaut worden. Die Kompatibilität zu allen namhaften Steuerungsfabrikaten ist gegeben. Die etwas höheren Kosten für die Steuerung, welche bis heute den Einsatz der AC-Technik auf Sonderantriebe mit erhöhten Anforderungen konzentriert, wird sich zukünftig durch steigende Stückzahlen auch zugunsten des AC-Antriebes entwickeln.

Ohne Antrieb fährt kein Stapler. Doch welches Antriebskonzept ist das richtige? Die Jungheinrich AG, Hamburg, etwa setzt wegen des besseren Wirkungsgrades und der höheren Dynamik Drehstromantriebe ein. Die Linde AG aus Aschaffenburg und die in Hamburg ansässige Still GmbH setzen dagen auf Gleichstrommotoren. Ihr Argument:

Diese Aggregate lassen sich weitestgehend kapseln und damit wartungsarm gestalten. Dies sei, so die Meinung der zwei Firmen, beim Drehstromantrieb nicht gegeben, wodurch der Vorteil hinsichtlich des geringen Wartungsaufwandes entfalle.

Bei geeigneter Qualität der Bürsten soll die beim Gleichstrommotor notwendige Energieübertragung per Schleifkontakt kein Problem sein. Der Beweis von Linde:

eine Antriebsachse samt Kohlebürsten, die seit 6000 h im Betrieb war. Der Verschleiß war so gering, daß sich rechnerisch eine Betriebszeit von 18000 h ergibt, ehe ein Bürstenwechsel fällig ist.

Wettbewerber Jungheinrich sieht dagegen gerade in den bei der Drehstromtechnik wegfallenden Kohlebürsten und der reduzierten Anzahl von Bauteilen den Vorteil in einem geringeren Wartungsaufwand. Co