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Senkung des Energieverbrauchs beim Elektroantrieb um bis zu 11%

Geringerer Energieverbrauch bei nahezu identischer Leistung mithilfe von optimierten Frequenzumrichtern.

Die Herausforderung im Sinne der Nachhaltigkeit:

Unser Planet muss sauberer werden. Die Probleme der Umweltverschmutzung und Erderwärmung sind allgegenwärtige Themen, mit denen sich auch CLARK auseinandersetzt. Als Erfinder des Gabelstaplers sieht sich CLARK in der Verantwortung, auch weiterhin fortschrittliche Technologien und Systeme zu entwickeln, um die Reduzierung von CO2-Emissionen voranzutreiben und innovative Antriebskonzepte hervorzubringen. Hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionsverhalten besteht zukünftig weiteres Verbesserungspotenzial.

Die Entwicklung umweltverträglicher Flurförderzeuge, die sich durch emissionsfreien Betrieb, hohe Batteriekapazität und schnelle Batterieladung auszeichnen, ist in diesem Zusammenhang die klare Vision, die von CLARK an allen Standorten weltweit verfolgt wird. Obwohl der verbrennungsmotorisch angetriebene Stapler aus vielen Einsatzbereichen noch nicht wegzudenken ist, wird der Elektromotor aufgrund seiner umweltschonenden und energieeffizienten Eigenschaften sowie dem nahenden Ende der fossilen Brennstoffe als Antriebskonzept der Zukunft gesehen.

Die Ausgangssituation:

Im Allgemeinen beziehen elektrisch betriebene Flurförderzeuge ihre Energie aus einer Traktionsbatterie. In der Vergangenheit wurden mit dem Gleichstrom aus der Batterie entsprechende Gleichstrommotoren über eine Steuerung angetrieben. Die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erfolgt heute jedoch mit sogenannten Invertern bzw. Frequenzumrichtern und Drehstrom-Asynchronmotoren. Dem Elektromotor nachgeschaltet ist hierbei zur Drehmoment- und Drehzahlübertragung ein Getriebe. Die Inverter wandeln den in der Batterie zur Verfügung gestellten Gleichstrom so in einen dreiphasigen Drehstrom (Wechselstrom) um und speisen damit die Asynchronmotoren.
Drehstrommotoren verzichten auf Kohlebürsten, weshalb sie wartungsfrei, robuster und durch eine gekapselte Bauweise deutlich besser vor Staub und Feuchtigkeit geschützt sind als Gleichstrommotoren. Die Fahrtrichtungsumschaltung kann darüber hinaus direkt über die Steuerung aktiviert werden und Fahrtrichtungsumschaltschütze werden somit nicht benötigt. Zum anderen sind die verbauten Prozessoren und Elemente problemlos in der Lage, einen Drehstrom durch Pulsweitenmodulation zu erzeugen.
 
CLARK zählte 1998 zu den ersten Anbietern, welche die AC-Technologie serienmäßig einsetzten und bietet heute mit Drehstrommotoren ausgestattete Elektrostapler zwischen 1,6 und 5 Tonnen an. Insofern kann CLARK auf umfassendes Know-how und langjährige Erfahrung im Bereich Elektrostapler zurückgreifen. Diese Expertise wurde dazu genutzt, um den Energieverbrauch von Elektrostaplern weiter zu reduzieren und zu optimieren. In Form einer Studie mit einem elektrisch angetriebenen Dreiradstapler vom Typ GTX20s mit 2 Tonnen Tragfähigkeit wurde die optimale Einstellung des Frequenzumrichters zur Senkung des Energieverbrauchs anhand von verschiedenen Messreihen getestet.

Die Lösung:

Ziel der Studie war es, den Frequenzumrichter zu optimieren, ohne signifikante Einbußen hinsichtlich Leistung und Beschleunigung hinnehmen zu müssen. Hierfür wurde in den Messreihen eine typische Beschleunigungsstrecke eines GTX20s in verschiedenen Beladungszuständen betrachtet.
Die eingesetzten Inverter steuern hierbei den Asynchronmotor über eine sogenannte Schlupfregelung. Das bedeutet, basierend auf den Anforderungen an den Motor hinsichtlich Drehzahl bzw. Frequenz und benötigtem Drehmoment, wird der optimale Schlupfwert berechnet und geregelt. Hierdurch werden Traktion und Fahrstabilität  während der gesamten Beschleunigungsphase gewährleistet und die Energieeffizienz verbessert. Die einhüllende Schlupfkennline wurde in dem Test über den gesamten Drehzahlarbeitsbereich des Motors so variiert und optimiert, dass auch der Energieverbrauch letztendlich reduziert werden konnte.

Die nachhaltigen Stärken:

Das größte Potential liegt im Bereich der Beschleunigung des Flurförderfahrzeuges. Bei Höchstgeschwindigkeit sind Drehzahl und Drehmoment nahezu konstant und auf einen von der Steuerung optimalen Wert eingestellt. In der Beschleunigungsphase kann der Strombedarf somit durch entsprechende Variation der einhüllenden Schlupfkurve verändert werden.
Bei einer nicht wahrnehmbaren, nur um 0,2 Sekunden verlangsamten Beschleunigung wurde schließlich eine Reduzierung des Energieverbrauches von bis zu 11% erreicht. Die Messung wurde mit Lastgewichten von 2000kg, 1000kg und ohne Last durchgeführt. Durch Anpassung der Schlupfkurve konnten durchweg niedrigere Schlupfparameter beobachtet und die größte Energieersparnis mit einem Lastgewicht von 1000kg erzielt werden.

Sowohl Verbrauch als auch Effizienz von Elektrostaplern konnten mithilfe von optimierten Invertern bereits nachhaltiger gestaltet werden. Das ohnehin emissionsfreie und saubere Konzept des Elektroantriebs, das die Umwelt schont und aufgrund des geringeren Wartungsaufwand und Verbrauch auch den Geldbeutel entlastet, wird durch stetige Weiterentwicklung und Leistungssteigerung immer attraktiver. Auch in Zukunft gilt es, den Energieverbrauch bei möglichst gleichbleibender Leistung weiter zu optimieren. Daher arbeitet CLARK im Rahmen des „Evolution"-Programms  kontinuierlich an neuen Entwicklungen im Bereich der Elektrostapler und rückt die Aspekte Umweltschutz und Total Cost of Ownership in den Vordergrund. Es gilt, die Bedeutung und Einsatzmöglichkeiten der Elektrostapler zukünftig weiter zu steigern und zu einem nachhaltigeren Wirtschaften beizutragen.

Die Erfinder:

Maßgeblich beteiligt an der Entwicklung der Innovation war die europäische Entwicklungsabteilung unter der Leitung von Andreas Krause.

Kurzprofil des Unternehmens:

Name: CLARK Material Handling Company
Hauptsitz: Lexington, KY, USA
Gründungsjahr: 1903
Mitarbeiter:  weltweit 1500
Lösungen: Drei- und Vierradelektrogabelstapler (1,3 - 5 Tonnen Tragfähigkeit), Diesel- und Treibgasbetriebene Gabelstapler mit Luft-, SE-, oder Bandagenbereifung (1,5 - 8 Tonnen Tragfähigkeit), Lagertechnik
Internationalität: Niederlassungen in Deutschland, USA, Korea, Mexiko, China, Brasilien, Chile, Costa Rica, Kolumbien, Frankreich, Australien, Singapur
URL: www.clarktheforklift.com