Arbeitshydraulik von Gabelstaplern kann Last als Energiequelle nutzen

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Speicher mit hoher Energiedichte sind zum Beispiel elektrische Batterien (Bleiakkumulatoren) mit Werten von bis zu 100 Wh/kg. Hydrospeicher haben besonders hohe Leistungsdichten, ihre Energiedichten liegen jedoch nur im Bereich von 1 Wh/kg. In der vorliegenden Anwendung, die hohe Energiedichten erfordert, wären somit Hydrospeicher mit bis zu 50 l Fassungsvermögen erforderlich, um die Energie des obigen Hubvorgangs zu speichern. Weil die vorliegende Staplerbaureihe elektromotorisch angetrieben wird, lag es nahe, die Staplerbatterie mit 20 kWh auch als Speicher für die rückgewonnene Energie zu nutzen.

Einfaches Rückgewinnungssystem mit hohem Wirkungsgrad

Zur Rückgewinnung der Hubenergie wurde ein Systemaufbau gemäß Bild 3 entwickelt. Die Staplerbatterie als Energiequelle und Energiespeicher speist einen frequenzgeregelten Drehstrommotor, der die Konstantpumpe (Außenzahnradpumpe) antreibt. Die erzeugte hydraulische Leistung wird über einen Ventilblock zur Hubmaststeuerung auf den Hubmastzylinder übertragen. Der Zylinder wandelt die hydraulische Leistung in mechanische Hubenergie um. Die im Regal positionierte Masse besitzt schlussendlich die zwischengespeicherte potenzielle Energie.

Beim Senken wird mit diesem Rückgewinnungssystem erstmals die Nutzlast oder im Leerzustand das Eigengewicht des Hubgerüstes als Energiequelle genutzt. Die in das System eingebrachte potenzielle Energie wird über das Hydrauliksystem und die Pumpe, die jetzt den Motor als Generator antreibt, als elektrische Energie in die Batterie zurückgespeist. Welche Energierückgewinnungspotenziale in dieser faszinierend einfachen Systemlösung stecken, verdeutlicht Bild 4.

Umwandlung in hydraulische Leistung erfolgt weitgehend lastunabhängig

In diesem Diagramm sind die Wirkungsgrade dargestellt (Bild 4), die bei der Energiewandlung – beim Heben sowie über die Rückgewinnung beim Senken mit Last als dunkelblaue Balken und ohne Last als hellblaue Balken – realisiert werden. Die von der Staplerbatterie eingebrachte elektrische Leistung bildet mit 100 % die Ausgangsbasis.

Die Umwandlung in hydraulische Leistung über die Pumpe erfolgt weitgehend lastunabhängig. Der Wirkungsgrad beträgt dabei etwa 70 %. Das weitere hydraulisch-mechanische System hat weitgehend unabhängig von der Last einen Druckverlust von im Mittel 25 bar. Dadurch ergeben sich aufgrund unterschiedlicher Druckniveaus niedrigere Wirkungsgrade beim Heben ohne Last (η = 0,7) im Vergleich zum Heben mit Last (η = 0,8). Ohne Energierückgewinnung dissipiert die in das System eingebrachte Energie beim Senken bisher völlig nutzlos.

Mit dem innovativen Energierückgewinnungssystem lassen sich beim Senken unter ähnlichen Druckverlusten folgende Wirkungsgrade erreichen: η = 0,85 mit Volllast und η = 0,7 ohne Last. Der Wirkungsgrad der Motorpumpeneinheit ist im generatorischen Betrieb stark lastabhängig und liefert Wirkungsgrade von η = 0,7 beim Senken mit Volllast und η = 0,5 beim Senken ohne Last (Bild 4). Diesbezüglich kommt dem Energierückgewinnungssystem beim Senken ohne Last das relativ hohe Eigengewicht des Gerüstes zugute.

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