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Der Pistenbully 600 E+.

Bild: STW

Zwischenkreis in Hybridfahrzeugen stabilisieren FTCAP entwickelt Filmkondensator für Pistenbully

28.09.2018

In Hybridfahrzeugen müssen die Energieströme zwischen den verschiedenen Komponenten genau kontrolliert werden. Eine wichtige Rolle spielen dabei Zwischenkreiskondensatoren, die das Traktionsnetz stabilisieren und puffern. Für Pistenbullies mit Hybridantrieb hat der Hersteller FTCAP modulare Kondensatoren entwickelt, die zyklenfest und temperaturbeständig sind und eine lange Lebensdauer haben.

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In den letzten Jahren hat die mobile elektrische Antriebstechnik und die Elektrifizierung von Fahrzeugen deutlich an Relevanz gewonnen. Der Fokus liegt dabei auf hybriden Antrieben, welche ein wichtiger Zwischenschritt zum vollständig elektrischen Fahren sind. Auch Anwendungen jenseits der Straße, also zum Beispiel Land- und Baumaschinen, können von kombinierten diesel-elektrischen Antrieben profitieren.

Das Unternehmen Kässbohrer Geländefahrzeug, ein Hersteller von Pistenpräparierungsfahrzeugen, entwickelte zusammen mit Sensor-Technik Wiedemann (STW) einen Antrieb für den Pistenbully 600 E+. Der hydrostatische Fahrantrieb wurde durch ein diesel-elektrisches System ersetzt. Die zwei Hydraulikpumpen tauschten die Ingenieure gegen Generatoren, den Hydromotor an jeder Kette gegen eine elektrische Maschine aus. Dadurch und auch durch den generatorischen Betrieb der Motoren beim Bergabfahren und eine Drehzahlregelung je nach Geländebeschaffenheit entstehen Treibstoff-Einsparungen von bis zu 20 Prozent.

Fahrzeugstillstand vermeiden

Im Pistenbully 600 E+ ist die PowerMELA-C-Serie verbaut. Dabei handelt es sich um Motor-Generator-Einheiten mit Frequenzumrichter. „MELA steht für Mobile Elektrische Antriebstechnik“, erläutert Dietmar Schrägle, Senior Sales Manager bei STW. „Wir haben für dieses Programm zahlreiche Komponenten entwickelt, die sich je nach Anwendung baukastenartig zusammenstellen lassen“, ergänzt er.

Wichtig für die Hybrid-Systeme ist das Powermanagement. „In einem Hybrid-Fahrzeug gibt es diverse Energieerzeuger und -verbraucher. Manche Komponenten wie Batterie oder Motor und Generator können sogar abwechselnd Energie aufnehmen oder abgeben“, verdeutlicht Schrägle. „Deshalb müssen die Energieströme kontrolliert werden“, erklärt er. Wenn eine Komponente zu viel Energie entnimmt, wird der Zwischenkreis leergesaugt und das Fahrzeug bleibt stehen. Wird hingegen zu viel eingespeist, steigt die Spannung zu sehr an. Eine wesentliche Rolle bei diesem Balance-Akt spielen Kondensatoren, die STW vom Kondensatorhersteller FTCAP bezieht.

Bei den Hybrid-Antrieben von STW liefert ein Dieselmotor Energie und treibt einen Generator an. Die mechanische Energie des Dieselmotors wird so in elektrische Energie umgewandelt und steht dann im Zwischenkreis zur Verfügung. „Die Kondensatoren haben die Aufgabe, die elektrischen Netze miteinander auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene zu koppeln und den welligen Spannungsverlauf im Zwischenkreis zu stabilisieren und zu puffern“, erläutert Schrägle. Nötig ist das unter anderem, weil die elektrischen Komponenten sehr schnell Energie entnehmen. Der Dieselmotor hingegen reagiert eher träge, sodass ein Energieloch entstehen kann. Hier kommt der Kondensator ins Spiel: Er liefert in den entscheidenden Millisekunden Strom und das System läuft ohne Unterbrechung weiter.

Kundenspezifisch entwickelte Kondensatoren

Der speziellen Anwendung entsprechend sind die Kondensatoren kundenspezifische Lösungen. Gemäß den Anforderungen von STW entwickelte FTCAP einen Filmkondensator mit einem stabilen Edelstahlgehäuse. Die Lösung ist niederinduktiv konstruiert, was zu einer langen Lebensdauer führt. „Besonders niederinduktive Lösungen sind ein Spezialgebiet von FTCAP“, betont André Tausche, Geschäftsführer von FTCAP. „Das Geheimnis liegt in einem ganzheitlichen Ansatz bei der Entwicklung von Kondensator und Schaltungsumfeld.“

Relevant sind sowohl die interne Konstruktion des Kondensators als auch die möglichst gute Anbindung an die Systemumgebung. Hier spielt der Aufbau die zentrale Rolle: Nur eine konsequente Einhaltung von induktionsarmen Konstruktionsregeln führt zum Erfolg. Dazu gehören eine eng anliegende Leiterführung, eine radiale Stromführung an den Wickeln, Parallelschaltungen, niederinduktive Bussysteme und neu entwickelte induktionsarme Kontaktterminals nach außen.

Die Kondensatoren für STW halten Einsatztemperaturen von -40 bis 85 °C stand. Um das erreichen zu können, sind die Lösungen mit einem integrierten Temperaturfühler ausgestattet. „FTCAP kann auf Wunsch Temperaturfühler in die Kondensatoren einbauen“, so Tausche. „Dafür haben wir genau untersucht, wo sich die Hotspots befinden, denn dort erfolgt auch die Temperaturmessung.“ Interessant ist das vor allem für Entwickler. Sie erhalten verlässliche Werte, wie heiß der Kondensator im Betrieb wirklich wird. „Das bedeutet, dass sie sich nicht mehr auf theoretische Berechnungen verlassen müssen“ erläutert Tausche. „Dadurch lässt sich zum Beispiel die Abwärme der Gesamtsysteme genauer berechnen und die Kühlung möglichst gut auslegen.“

STW ist mit den Kondensatoren zufrieden: „Die Kondensatoren sind ganz auf unsere Anforderungen zugeschnitten und erfüllen somit sehr gut ihre Aufgaben“, bestätigt Schrägle. „FTCAPs Entwicklungsmannschaft hat uns konstruktiv sehr gut unterstützt“, fügt er hinzu. Besonders durch den modularen Aufbau der Kondensatoren ist STW für Projekte in vielen Dimensionen gut gerüstet.

Bildergalerie

  • Bei den Hybrid-Systemen von STW stabilisieren Zwischenkreiskondensatoren von FTCAP das Traktionsnetz

    Bild: Sensor-Technik Wiedemann

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