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Kondensatoren in innovativen Hybrid-Antriebssystemen

Kondensatoren in innovativen Hybrid-Antriebssystemen

Die elektrische Leistungs- und Antriebstechnik der Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW) bewährt sich nicht nur in Elektrofahrzeugen und -bussen, sondern auch in Landmaschinen, Schiffen und Pistenbullys. Eine wesentliche Rolle bei den diesel-elektrischen Hybrid-Systemen von STW spielen Zwischenkreis-Kondensatoren, die das Traktionsnetz stabilisieren und puffern. Der Husumer Kondensatorenspezialist FTCAP liefert dafür modulare Lösungen, die sich durch Zyklenfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und eine lange Lebensdauer auszeichnen.

Die Erfolgsgeschichte der Sensor-Technik Wiedemann GmbH begann mit der Entwicklung eines hochgenauen Druckmessgerätes und dem gleichzeitigen Aufbau einer Elektronikfertigung. Ausgehend davon entwickelte der familiengeführte Betrieb zahlreiche Produkte für verschiedene Anwendungen und Branchen. Heute agiert das Unternehmen mit mehr als 400 Mitarbeitern international und bedient Kunden aus zahlreichen Branchen. STW entwickelt, fertigt und vertreibt eine breite Palette von Produkten aus den Bereichen der Mess- und Steuerungstechnik, der Telemetrie und der Elektrifizierung des Antriebsstrangs und der Nebenantriebe. Zudem bietet das Unternehmen Unterstützung in der Systemkonzeption und -realisierung. Das Portfolio wird ergänzt um Software-Lösungen für Protokolle, Steuerungsfunktionalitäten und die Inbetriebnahme, Überwachung und Wartung der Produkte.

Bei den diesel-elektrischen Hybrid-Systemen von STW stabilisieren kundenspezifische Zwischenkreis-Kondensatoren von FTCAP das Traktionsnetz (Bild: FTCAP]

Ein diesel-elektrisch angetriebener Pistenbully

„In den Bereichen elektronische Steuerungen und Sensorik sind wir bereits einer der Marktführer“, schildert Dietmar Schrägle, Senior Sales Manager bei STW. „In den letzten Jahren hat jedoch ein neuer Geschäftsbereich immer mehr an Relevanz gewonnen, der sich mit mobiler elektrischer Antriebstechnik und der Elektrifizierung von Fahrzeugen beschäftigt.“ Der Fokus liegt dabei auf hybriden Antrieben. Die Kombination aus Verbrennungs- und elektrischem Antrieb ist ein wichtiger Zwischenschritt auf dem Weg zum vollelektrischen Fahren. Auch und gerade Anwendungen „jenseits der Straße“, also zum Beispiel Land- und Baumaschinen, können von den kombinierten diesel-elektrischen Antrieben profitieren – das beweist die Kundenliste von STW.

So gehört beispielsweise die Firma Kässbohrer Geländefahrzeug AG zu den Referenzen von STW. Zusammen mit dem renommierten Hersteller von Pistenpräparierungsfahrzeugen entwickelte STW eine Antriebslösung für den neuartigen Pistenbully 600 E+, bei dem der hydrostatische Fahrantrieb durch ein diesel-elektrisches System ersetzt wurde. Dafür wurden die zwei Hydraulikpumpen entfernt und durch Generatoren ersetzt; zugleich tauschten die Experten den Hydromotor an jeder Kette gegen eine elektrische Maschine aus. Auch die Fräse für die Pistenbearbeitung wird elektrisch angetrieben – unterstützt mit der Energie, die durch den generatorischen Betrieb der Motoren beim Bergabfahren entsteht. Ein weiterer positiver Effekt bei der Talfahrt: Der Dieselmotor lässt sich im optimalen Drehzahlbereich halten, denn die Drehzahl wird bedarfsgerecht geregelt – je nach Geländebeschaffenheit und Schneetiefe. „Das resultiert in Treibstoff-Einsparungen von bis zu 20 Prozent“, erläutert Dietmar Schrägle.

Mobile Antriebstechnik mit Powermanagement

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. „Wir haben für dieses Programm zahlreiche Komponenten entwickelt, die sich je nach Anwendung baukastenartig zusammenstellen lassen.“ Je nach Anforderung stehen den Kunden mobile elektrische Antriebe, Wechselrichter, Batterien inklusive Batterie-Management, elektrisches Powermanagement sowie Sicherheits-, Verbindungs- und Anschlusstechnik zur Verfügung.

Besonders wichtig für die Hybrid-Systeme ist das Powermanagement. „In einem Hybrid-Fahrzeug gibt es diverse Energieerzeuger und -verbraucher, manche Komponenten wie Batterie oder Motor/Generator können sogar abwechselnd Energie aufnehmen oder abgeben“, verdeutlicht Dietmar Schrägle. „Deshalb müssen die Energieströme kontrolliert werden.“ Keine Komponente darf zu viel Energie entnehmen – denn dann wird der Zwischenkreis leergesaugt und das Fahrzeug bleibt stehen. Wird hingegen zu viel eingespeist, steigt die Spannung zu an. Eine Rolle bei diesem Balance-Akt spielen Kondensatoren, die STW vom Husumer Kondensatorenspezialisten FTCAP bezieht.

Kundenspezifisch entwickelte Kondensatoren

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 Dietmar Schrägle. Nötig ist das unter anderem, weil die elektrischen Komponenten 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, das System läuft ohne Unterbrechung weiter.

Der speziellen Anwendung entsprechend kommen auch die Kondensatoren nicht „von der Stange“ – es handelt sich um kundenspezifische Lösungen. Gemäß den Anforderungen von STW entwickelte FTCAP einen Filmkondensator mit einem robusten Edelstahlgehäuse. Die Lösung ist besonders niederinduktiv konstruiert, was in einer langen Lebensdauer resultiert. „Besonders niederinduktive Lösungen sind ein Spezialgebiet von FTCAP“, betont Dr. Thomas Ebel, Geschäftsführer von FTCAP. „Das Erfolgsgeheimnis liegt in einem ganzheitlichen Ansatz bei der Entwicklung von Kondensator und Schaltungsumfeld.“ Relevant sind sowohl die interne Konstruktion des Kondensators als auch die optimale 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.

Modular und temperaturbeständig

Die maßgeschneiderten Kondensatoren für STW halten Einsatztemperaturen von -40 bis +85 Grad Celsius stand. Um das erreichen zu können, sind die Lösungen mit einem integrierten Temperaturfühler ausgestattet. „FTCAP kann auf Wunsch Temperaturfühler in die Kondensatoren einbauen“, so Dr. Thomas Ebel. „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 Dr. Thomas Ebel. „So lässt sich zum Beispiel die Abwärme der Gesamtsysteme genauer berechnen und die Kühlung optimal auslegen.“

STW ist mit den Kondensatoren rundum zufrieden: „Die Kondensatoren sind ganz auf unsere Anforderungen zugeschnitten und erfüllen somit wunderbar ihre Aufgaben“, bestätigt Dietmar Schrägle. „FTCAP hat eine tolle Entwicklungsmannschaft, die uns konstruktiv gut unterstützt.“ Positiv für STW ist zudem, dass die Kondensatoren modular aufgebaut sind – so ist das Unternehmen für Projekte in jeglichen Dimensionen gut gerüstet.

Quelle: FTCAP

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Veröffentlicht von

Redaktion ANTRIEBSTECHNIK

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