Problem- und Aufgabenstellung <br>
In der Firma STILL GmbH Gabelstaplerfabrik werden Flurförderfahrzeuge für die Lagertechnik entwickelt und produziert. Von diesen gibt es viele Arten und Typen. Darunter auch sogenannte Gabelstapler, die in der Hamburger Niederlassung auch gebaut und getestet werden.
Die Antriebsart der Flurförderfahrzeuge unterscheidet sich zwischen batteriebetriebenen Elektromotoren und gas- bzw. dieselbetriebenen Verbrennungsmotoren. Je nach Anforderung stehen für Elektro-Gabelstapler die Batterien mit 24, 48 und 80V Spannung zur Verfügung.
Etwas kleinere Variante, die meist in großen Geschäften und Verkaufshallen ihren Nutzungsbereich findet, wird in der Lagerungstechnik Deichselfahrzeug genannt. Solche werden auch elektrisch mit den 12, 24 und 48V Batterien angetrieben.
Die Elektronik-Entwicklungsabteilung der Firma beschäftigt sich mit Neu- und Weiterentwicklung der elektrotechnischen Komponenten eines batteriebetriebenen Fahrzeugs, deren Funktionstest, eventuelle Fehlersuche und Fehlerbehebung. Eine dieser Komponenten ist ein Leistungssteller, der die Batterieleistung in den 3-phasigen Wechselstrom für den Antriebs-Elektromotor umwandelt.
Vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen für den Automobilsektor werden kostengünstige MOSFET-Chips in Standardgehäusen angeboten, die aufgrund ihres vollautomatischen Fertigungsprozesses sehr zuverlässig sind. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, nach den Datenvorgaben (sogenanntes Lastspiel) der französischen Kollegen, auf Basis dieser MOSFETs ein kostengünstig produzierbarer Leistungssteller hoher Zuverlässigkeit für die Leistungsklasse 2kW zu entwickeln, der für den Einsatz in einem 24V batteriebetriebenen Deichselfahrzeug geeignet ist. Der Aufbau soll für Zuverlässigkeits- und Lebensdaueruntersuchungen verwendet werden. Ein Bestandteil dieser Arbeit ist eine Simulation der Funktionen mit Pspice und Herleitung aller betriebsrelevanten Kenngrößen.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Arbeit unter Betreuung zwei Ingenieure in der STILL-Fabrik in Hamburg durchgeführt wurde. Sie unterliegt dem Betriebsgeheimnis und der Klausel von Nichtveräußerung gegenüber Dritten (betreuender Professor und Prüfungsausschuss-Mitglieder ausgenommen).
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Einleitung <br>
In einem Deichselfahrzeug sind mehrere Elektromotoren am Wirken: Gleichstrom-Motoren für die Lenkung und den Hydraulik-Pumpensteller und ein Wechselstrom-Motor für den Antrieb. Da die Fahrzeugbatterie nur einen Gleichstrom bestimmter Stärke begrenzt zur Verfügung stellt, muss für den Antrieb ein Leistungssteller verwendet werden. Dieser liefert einen 3-phasigen sinusförmigen Wechselstrom an den Antriebsmotor. Der momentane Spitzenwert des Anker-Stromes zu verschiedenen Zeiten hängt von der Betriebssituation ab: Beschleunigen oder Abbremsen, Fahrt rückwärts oder vorwärts, mit Last und ohne und andere. Außerdem sind die Werte für die Batterie-Spannung und –Strom sowie andere Kenngrößen für die Entwicklung des Leistungsstellers relevant. <p>
Deswegen wurden im Vorfeld von dem Auftragsgeber einige Simulationen bzw. Versuche am Stand durchgeführt und alle auslegungswichtige Betriebsparameter in einem Lastspiel festgehalten. Diese Spezifikation beinhaltet die Abhängigkeit der jeweiligen Größe von der Zeit in einer bestimmten Betriebssituation.
Zunächst gilt es diese Daten zu vereinfachen, um die notwendigen Näherungen und Entscheidungen treffen zu können. Danach wird die Prinzipschaltung eines Leistungsumrichters mit Hilfe dieser Näherungen und Pspice-Programms für eine und für drei Phasen simuliert. Aus den gewonnenen Erkenntnissen folgt dann die Auslegung der elektronischen Schaltern, des Zwischenkreises und des Kühlkörpers. Anschließend wird mit Hilfe eines 3D- und Layout-Zeichners ein niederinduktiver Aufbau der Komponenten unter Berücksichtigung der Fertigbarkeit erarbeitet.
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Entwicklung und Aufbau eines 3-phasigen 24 V, 2 kW Leistungsstellers für batteriebetriebene Flurförderfahrzeuge
( Lagertechnik ). <br>
Vor dem Hintergrund aktueller Entwicklungen für den Automobilsektor werden kostengünstige MOSFET-Chips in Standardgehäusen angeboten, die aufgrund ihres vollautomatischen Fertigungsprozesses sehr zuverlässig sind. Auf Basis dieser MOSFETs soll ein kostengünstig produzierbarer Leistungssteller hoher Zuverlässigkeit für die Leistungsklasse 24V/2kW entwickelt werden, der für den Einsatz in Flurförderzeugen geeignet ist. Der Aufbau soll für Zuverlässigkeits- und Lebensdaueruntersuchungen verwendet werden.
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Arbeitsumfang <br>
1. Aufbereitung des Lastspiels <br>
Simulation, Vereinfachung, Herleitung und Berechnung der betriebs- und
auslegungsrelevanten Kenngrößen. <br>
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2. Auswahl und Dimensionierung von Bauelementen <br>
2.1. Leistungsschalter <br>
Auswahlkriterien: Spannungs- und Stromfestigkeit
Schaltverhalten (Verluste, Ansteuerenergie)
Thermisches Verhalten. <p>
2.2. Zwischenkreis <br>
Lebensdauerbetrachtung, Dimensionierung der Zwischenkreis-Kondensatoren und der Stromverschienung.
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3. Erarbeitung eines niederinduktiven Aufbaus der Komponenten
des Leistungsteils unter Berücksichtigung der Fertigbarkeit.
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3.1. elektrisch <br>
Schaltplan und Layout von Leistungsendstufe (S6-Brücke),
Treiber und Sensorik.
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3.2. mechanisch <br>
Kühlkörper. |
