Die Lithium-Ionen-Technologie hat sich vor allem im Bereich der fahrerlosen Transportsysteme und mobilen Roboter längst durchgesetzt. Die Batterien haben eine hohe Energiedichte und Laderate sowie eine lange Lebensdauer und lassen sich jederzeit zwischenladen. Für die Aufladung der leistungsstarken Batterien stehen verschiedene Systeme und Konzepte zur Verfügung, die sich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Wartungsaufwand, Flexibilität sowie Arbeitsschutz unterscheiden. Dabei ist die Sicherheit für Mitarbeiter sowie der verschleißfreie Betrieb im optimalen Arbeitspunkt unbedingt zu gewährleisten, um das volle Potential auszuschöpfen.
Ladekabel und offene Kontakte – nicht ohne Stolpergefahr und Sicherheitsrisiko
Bei Flurförderzeugen (FFZ) und automatisierten FFZ erfolgt die Aufladung der Batterie häufig über kabelgebundene Steckverbindungen. Mitarbeiter schließen die Fahrzeuge in längeren Pausen oder nach Schichtende an das Ladegerät an. Dabei stellen die Kabel ein Sicherheitsrisiko dar, da Mitarbeiter darüber stolpern und stürzen können. Bei unsachgemäßem Gebrauch entstehen Gewaltschäden und weitere Sicherheitsprobleme – abgebrochene Pins und abgerissene Kabelenden können das Ergebnis sein. Aus Gründen des Arbeitsschutzes befinden sich die Ladepunkte häufig nicht in unmittelbarer Nähe der Produktionsbereiche, sondern weiter entfernt in extra dafür eingerichteten Ladezonen, manchmal sogar außerhalb der Produktionshalle. Zum Laden müssen die Fahrzeuge in diese Zonen fahren und fehlen dann im Produktionsprozess. Die kabelgebundene Aufladung ist umständlich und immer wieder eine Fehlerquelle, da Mitarbeiter Stecker nicht richtig einstecken oder ganz vergessen, das Fahrzeug an ein Ladegerät anzuschließen. Beschädigte Ladekabel müssen regelmäßig ausgetauscht werden, sind oft ein versteckter Kostentreiber und stellen ein weiteres Gefahrenpotential dar.
Werden mit dieser Technik „In-Process“-Ladekonzepte realisiert, erhöht sich die Anzahl der Steckvorgänge, wodurch zu erwarten ist, dass dieses Problem weiter an Gewicht gewinnt.
Auch über Schleifverbindungen lassen sich Batterien aufladen. Gerade bei FTS oder automatisierten FTF kommt diese Lösung zum Einsatz. Dazu werden stationäre Schleifkontakte in der Lagerumgebung fest verbaut und ein Gegenkontakt an den Fahrzeugen montiert. Dieses Konzept ist oft wegen seiner anfänglichen Einfachheit verlockend. Betrachtet man das Gesamtkonzept aus Ansteuerung zum Spannungsfreischalten der Kontakte, mechanischer Absenkvorrichtung und zusätzlich notwendiger Kommunikation für die Ladeprozesssteuerung, nimmt die Komplexität schnell zu. So führen die Schaltrelais immer wieder zu Problemen, beispielsweise einer nicht korrekten Ansteuerung oder einem Verkleben der „Kontakte“. Funktioniert das System nicht korrekt, kann es nach der Beendigung des Ladeprozesses zu Funkenbildung kommen. Für die Systemverfügbarkeit ist es außerdem wichtig, dass die Positionierung exakt ausgeführt wird. Wie der Kontaktvorgang aufgebaut wird, entscheidet darüber, ob Oxidschichten vor dem Laden entfernt werden und Einbrandstellen vermieden werden können. Letztlich handelt es sich bei Kontakten um verschleißbehaftete Bauteile, was bei einem „In-Process“-Ladekonzept zu mehr Aufwänden für Bauteilwechsel führen kann. In Produktionslinien sind auf dem Boden montierte Ladekontakte zudem hinderlich und werden aufgrund der Stolpergefahr für Mitarbeiter nicht gerne gesehen.
Induktive Leitlinien – permanent aktiv
Bei diesem System bewegen sich die Fahrzeuge auf vorgegebenen Fahrwegen mit integrierten Stromleitern. Die Leitungen werden in einer Projektphase in die Anlage integriert und mit Hilfe zusätzlicher Komponenten entlang der Fahrwege auf den Einspeisepunkt abgestimmt und festgelegt. Bei der Installation ist eine genaue Analyse der Infrastruktur vor Ort notwendig, um etwaige Wechselwirkungen mit Bodenarmierungen durch die Magnetfelder um die Leitung auszuschließen. Ansonsten entstehen beträchtliche Verluste in der Armierung und der Boden erwärmt sich. Ändern sich die Anforderungen an den Arbeitsprozess oder soll der Fuhrpark erweitert werden, wird eine erneute Projektphase notwendig. Eine Kommunikation zwischen Leitung und Fahrzeugkomponenten ist systembedingt nicht möglich, wodurch die Leitungsströme zu jedem Zeitpunkt aufrechterhalten werden müssen und die Effizienz limitieren. Bei Systemen mit diskontinuierlichen induktiven Strecken sind jedoch selten alle Fahrzeuge auf dem Streckenabschnitt. Die Einspeiseleistung ist meist stark überdimensioniert und die Leitersysteme sind permanent aktiv.
Ein innovatives Schnellladesystem für höchste Sicherheit und Prozessstabilität
Für Ladesysteme mit Steck- und Schleifverbindungen müssen immer wieder aufwändige Peripheriebeschaltungen und Schutzeinrichtungen installiert werden, um die Sicherheit für Mitarbeiter und Anlagen zu gewährleisten. Zudem zeigt sich, dass die ursprünglich für die Ladung von Blei-Säure-Batterien entwickelten Lösungen teilweise nicht den Anforderungen von Lithium-Ionen-Batterien gerecht werden oder für die neuen Ladekonzepte mit viel höheren Steckspielen schlicht zu unhandlich sind. Das kontaktlose Schnellladesystem etaLINK von Wiferion dagegen basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion (Punktladung) und benötigt weder Steck- noch Schleifverbindungen. Verschleißteile und Gewaltschäden sind obsolet. Das Ladesystem ist quasi „gekapselt“, da keine offenen Kontakte vorliegen. Die Umgebungsbedingungen haben keinen Einfluss auf die Funktionsweise; Feuchtigkeit, Dreck oder Staub können dem System nichts anhaben. Das belegen auch die Schutzklassen IP 65 und 68. Daher ist sogar eine Verwendung in Außenbereichen möglich. Die Komponenten des Schnellladesystems sind schnell und einfach installiert. Das kontaktlose Zwischenladen erfolgt über ein Ladepad, das an neuralgischen Punkten angebracht wird. Im Fahrzeug ist eine Empfangselektronik verbaut. Steht das Fahrzeug über dem Ladepad, wird automatisch das Magnetfeld erzeugt und der Energiespeicher im Fahrzeug geladen. So ist jederzeit ein Zwischenladen möglich. Der Ladeprozess kann dabei von der Batterie bestimmt werden, dadurch wird sie immer im optimalen Arbeitspunkt betrieben und ungewollte Abschaltungen wie z.B. durch Übertemperatur der Batterie werden vermieden. Ergebnis sind schnelle Ladeprozesse.