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1. Juli 2020
Induktives Schnellladesystem der Zukunft
In Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) kommt vorwiegend Lithium-Ionen-Technik zum Einsatz. Die Batterien eignen sich für dauerhaften Einsatz, da sie jederzeit zwischengeladen werden können. Eine kontaktlose Energieübertragung ermöglicht 'In-Process-Charging' mit hohen Wirkungsgraden - Ladepausen entfallen und die Verfügbarkeit steigt.
 Das Schnellladesystem von Wiferion ist schnell installiert, wartungsfrei und flexibel integrierbar.
Das Schnellladesystem von Wiferion ist schnell installiert, wartungsfrei und flexibel integrierbar.Bild: Wiferion

FTS kommen dann zum Einsatz, wenn es um die Automatisierung innerbetrieblicher Materialflüsse geht. Sie sind in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Anwendungen verfügbar, beispielsweise als automatisierte Gabelstapler, Unterfahrschlepper oder in Kombination mit Hubeinheiten. Die Vorteile der FTS liegen auf der Hand: Sie sind flexibel, lassen sich perfekt in bestehende Strukturen integrieren, entlasten die Mitarbeiter und sind nahezu unterbrechungsfrei einsetzbar. Um eine maximale Prozesseffizienz zu erreichen, müssen die Fahrzeuge dauerhaft zur Verfügung stehen. Allerdings benötigen sie dazu eine entsprechende Versorgungsinfrastruktur. Übliche Energiespeichersysteme für fahrerlose Transportfahrzeuge sind Lithium-Ionen-Batterien, die sich einfach in intralogistische Abläufe integrieren lassen und jederzeit aufladbar sind. Die leistungsstarke Technologie besticht durch ihre lange Lebensdauer sowie niedrige Betriebs- und Wartungskosten.

Nachteile von Ladekonzepten mit Steck- und Schleifverbindungen

„In-Process-Charging“ erfüllt die Anforderungen an eine vollautomatisierte, wartungsfreie Energieversorgung und könnte schon bald den derzeitigen Ladestandard in der Intralogistik ersetzen.
„In-Process-Charging“ erfüllt die Anforderungen an eine vollautomatisierte, wartungsfreie Energieversorgung und könnte schon bald den derzeitigen Ladestandard in der Intralogistik ersetzen.Bild: Wiferion

Die notwendige Aufladung der Lithium-Ionen-Batterien erfolgt häufig über konventionelle Ladekontakte mit Steck- oder Schleifverbindungen. Ladekabel werden meist in längeren Pausen oder nach Schichtende angeschlossen. Das Energielevel der Batterien fällt im Betrieb kontinuierlich ab und muss daher durch längere Ladephasen ausgeglichen werden. Da die Batterien nicht kontinuierlich zwischengeladen werden, müssen sie deutlich größer ausfallen und höhere Kapazitäten haben als eigentlich nötig. Erfolgt das Aufladen der gesamten Fahrzeugflotte nach Schichtende, steigen der Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten rapide an. Zum Aufladen müssen spezielle Wartezonen eingerichtet werden. Diese befinden sich aus Gründen des Arbeitsschutzes nicht in der Nähe der Produktionsbereiche, sondern weiter entfernt, manchmal sogar im Außenbereich. Wenn die fahrerlosen Transportfahrzeuge während der Fertigung zu den eingerichteten Ladestationen fahren, fehlen sie im Produktionsprozess. Eine erhöhte Anzahl an Fahrzeugen ist somit nötig, um einen unterbrechungsfreien Produktionsworkflow sicherzustellen. Als Alternative zu den kabelgebundenen Ladekonzepten ist auch ein Austausch kompletter Batterietröge in dafür vorgesehenen Wechselstationen möglich. Allerdings erfordert dieses Wechselsystem eine Investition in zusätzliche Batterien. Darüber hinaus bindet der Tauschvorgang wertvolle Fahrzeug- sowie Personalkapazitäten. Erfolgt die Aufladung über Schleifverbindungen, sind eine aufwendige Beschaltung und eine Absenkkinematik erforderlich, um die Kontakte nur zum Ladezeitpunkt zu aktivieren. Andernfalls kann es zu unerwünschtem Stromfluss und Funkenbildung kommen. Die Lösungen sind relativ teuer, unflexibel, störanfällig und erfordern bauliche Eingriffe in die Infrastruktur.

Leitliniensysteme: induktiv, aber teuer und unflexibel

Die notwendige Aufladung der Lithium-Ionen-Batterien erfolgt häufig über konventionelle Ladekontakte mit Steck- oder Schleifverbindungen. Ladekabel werden meist in längeren Pausen oder nach Schichtende angeschlossen. Das Energielevel der Batterien fällt im Betrieb kontinuierlich ab und muss daher durch längere Ladephasen ausgeglichen werden. Da die Batterien nicht kontinuierlich zwischengeladen werden, müssen sie deutlich größer ausfallen und höhere Kapazitäten haben als eigentlich nötig. Erfolgt das Aufladen der gesamten Fahrzeugflotte nach Schichtende, steigen der Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten rapide an. Zum Aufladen müssen spezielle Wartezonen eingerichtet werden. Diese befinden sich aus Gründen des Arbeitsschutzes nicht in der Nähe der Produktionsbereiche, sondern weiter entfernt, manchmal sogar im Außenbereich. Wenn die fahrerlosen Transportfahrzeuge während der Fertigung zu den eingerichteten Ladestationen fahren, fehlen sie im Produktionsprozess. Eine erhöhte Anzahl an Fahrzeugen ist somit nötig, um einen unterbrechungsfreien Produktionsworkflow sicherzustellen. Als Alternative zu den kabelgebundenen Ladekonzepten ist auch ein Austausch kompletter Batterietröge in dafür vorgesehenen Wechselstationen möglich. Allerdings erfordert dieses Wechselsystem eine Investition in zusätzliche Batterien. Darüber hinaus bindet der Tauschvorgang wertvolle Fahrzeug- sowie Personalkapazitäten. Erfolgt die Aufladung über Schleifverbindungen, sind eine aufwendige Beschaltung und eine Absenkkinematik erforderlich, um die Kontakte nur zum Ladezeitpunkt zu aktivieren. Andernfalls kann es zu unerwünschtem Stromfluss und Funkenbildung kommen. Die Lösungen sind relativ teuer, unflexibel, störanfällig und erfordern bauliche Eingriffe in die Infrastruktur.

Beim Einsatz von FTS in Leitliniensystemen folgen die Fahrzeuge einer festgelegten Spur. Das Laden erfolgt induktiv; allerdings sind umfangreiche Eingriffe in die Infrastruktur nötig, um die Leiter im Boden zu installieren. Die Fahrstrecke muss dauerhaft mit Energie versorgt werden. Das System ist sehr kosten- und wartungsintensiv. Hinzu kommen Sicherheitsrisiken für die Mitarbeiter, da permanent ein Magnetfeld erzeugt wird. Leitliniensysteme sind relativ unflexibel und lassen sich nur mit größerem Aufwand an veränderte Anforderungen anpassen. Jede Fuhrparkerweiterung oder Fahrwegsänderung wird zum Problem. Der Wirkungsgrad der Leitliniensysteme liegt selten über 60 Prozent.

Schematischer Prozess des induktiven Ladens.
Schematischer Prozess des induktiven Ladens.Bild: Wiferion

‚In-Process-Charging‘ ermöglicht ungestörte Arbeitsabläufe

Intelligente Punktladesysteme mit einer berührungslosen Energieübertragung zum Aufladen der Lithium-Ionen-Batterien bieten zahlreiche technische und wirtschaftliche Vorteile. Wiferion hat mit der Serie etaLINK ein kontaktloses Schnellladesystem entwickelt, das auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion beruht und ein Zwischenladen mit hohen Strömen ermöglicht. Das System besteht aus einer stationären Sendeeinheit und fahrzeugseitig aus einer Empfangselektronik. Die patentierte Ladetechnologie umfasst eine Wallbox und ein Ladepad. Im Fahrzeug wird die Empfangselektronik mit Empfängerspule, mobiler Ladeeinheit und Energiespeicher verbaut. Innerhalb einer Sekunde nachdem die Fahrzeuge das Ladepad erreicht haben, beginnt der Ladeprozess vollautomatisch. Dieses „In-Process-Charging“ eröffnet völlig neue Automations- und Produktionskonzepte. Die Sendeeinheit lässt sich schnell und einfach an neuralgischen Punkten im Lager installieren, beispielsweise auf häufig frequentierten Fahrwegen oder an Be- und Entladestationen. So können selbst kürzeste Standzeiten für das Laden genutzt werden. Arbeitsabläufe müssen nicht mehr durch Ladevorgänge unterbrochen werden und lange Ladepausen entfallen. Damit erhöht sich die Verfügbarkeit um bis zu 30 Prozent und die Fahrzeuge können ihre Aufgaben im 24/7-Betrieb erledigen. Ändern sich Abläufe oder andere Anforderungen, lässt sich das System schnell anpassen und komfortabel an neuen Stellen positionieren.

Batteriekapazität senken und Wirkungsgrad erhöhen

Wird die Lithium-Ionen-Batterie bei mehreren kurzen Stopps zwischengeladen und mit einem hohen Ladestrom versorgt, fällt das Energielevel nie ab, sondern bleibt konstant hoch. Nur ein kleiner Kapazitätsbereich der Batterien wird für den Betrieb der Fahrzeuge benötigt. Damit lässt sich die Kapazität der eingesetzten Batterie um bis zu 30 Prozent senken – ein enormer Kostenvorteil. Die Effizienz des Schnellladesystems führt zu nur geringen thermischen Verlusten und ermöglicht ein kompaktes Fahrzeugdesign. Die Integration in FTS erfolgt nach dem Plug-and-Play-Prinzip. Auch bestehende Fahrzeugflotten können einfach umgerüstet werden. Die Ladestationen können von verschiedenen Fahrzeugtypen genutzt werden, egal ob fahrerlose Transportsysteme, Flurförderfahrzeuge oder kleinere elektrische Fahrzeuge. Je nach Bedarf stehen Systeme mit 24 oder 48V zur Verfügung.

Durch den Wegfall von Steck- und Schleifkontakten erhöht sich auch die Sicherheit im Vergleich zu bisherigen Ladesystemen. Die „In-Process-Charging“-Lösung ist vollkommen wartungsfrei und schnell installiert. Dazu sind keine Eingriffe in die Infrastruktur erforderlich. Für die Ladeprozesse sind weder gesonderte Räumlichkeiten noch Batteriewechsel oder zusätzliche Batterien nötig. Das Ladesystem verfügt über eine Echtzeit-Datenerfassung und ermöglicht damit eine ständige Überwachung der Betriebszustände. Etwaige Störungen werden über den CAN-Bus an das Flottenmanagement übermittelt. Somit lassen sich mögliche Fahrzeugausfälle voraussagen und durch geeignete Maßnahmen verhindern.

Mit einem Wirkungsgrad von 93 Prozent sind moderne Wireless-Charging-Systeme so effizient wie die leistungsfähigsten kabelgebundenen Ladelösungen. Im Ergebnis erfüllt das prozessparallele Laden die Anforderungen an eine vollautomatisierte, wartungsfreie Energieversorgung und könnte schon bald den derzeitigen Ladestandard in der Intralogistik ersetzen. Die hohe Verfügbarkeit des Systems führt zu einer deutlichen Steigerung der Zuverlässigkeit und Prozesseffizienz von Logistik- und Produktionsanlagen.

www.wiferion.com

Thematik: Flurförderzeuge
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