Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Integratives Konzept für ein Flurförderzeug-Hubgerüst mit elektrischen Antrieben

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Konzeptentwicklung für ein Flurförderzeug-Hubgerüst, das nur aus wenigen Verschleißteilen besteht, leicht ist und ausschließlich elektrisch angetrieben wird, wodurch eine bessere Rekuperation als bei gegenwärtigen, hydraulisch angetriebenen Systemen erreicht wird. Hierfür ist eine neue Herangehensweise in der Gestaltung der Hubgerüstprofile erforderlich. Ein erster Ansatz ist die Gestaltung eines inneren, feststehenden Hubrahmens aus Stahl und eines äußeren, ausfahrenden Hubrahmens in Leichtbaukonstruktion. Die Idee verfolgt den Zweck, die Steifigkeit der Hubrahmen zu gewährleisten und dabei die Eigenmasse zu verringern, wodurch u. a. eine verbesserte Standsicherheit des Flurförderzeugs angestrebt wird. Das geplante Hubgerüst soll insbesondere bei Hochhubwagen und kleinen Gabelstaplern mit Einfach- sowie Zweifachteleskop-Hubgerüst Anwendung finden. Bei der Bearbeitung des Projekts werden Rekuperationsmöglichkeiten, Hubrahmenkonstruktionen, Zugmittel und Bremseinheiten unter der Maßgabe der geforderten Sicherheit analysiert, bewertet und daraus eine Vorzugsvariante ausgewählt, welche dimensioniert und mit einem parametrisierbaren Simulationsprogramm modelliert wird. Für letzteres sind experimentelle Teiluntersuchungen zur Validierung notwendig. Als Ergebnis liegt ein Vergleich zu konventionellen Hubgerüsten sowie zwischen Einfach- und Zweifachteleskop-Hubgerüsten vor. Die Ergebnisse sind aufgrund der Modellbildung auf ähnliche Hubgerüste übertragbar. Mit dem angestrebten Leichtbau in Verbindung mit dem Einsatz rein elektrischer Antriebe wird das Ziel verfolgt, höchste Energieeffizienz mit größtmöglicher Sicherheit zu vereinen. Für den Flurförderzeugbetreiber, der häufig ein KMU ist, erwachsen daraus geringere Wartungs- sowie Energiekosten, eine größere Betriebssicherheit bei deutlich umweltfreundlicherem Betrieb durch Vermeidung von Fluiden und Schmierstoffen. Für Zulieferer entstehen neue Produktbereiche und Absatzmöglichkeiten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurden Konzepte für Flurförderzeug-Hubgerüste, die ausschließlich elektrisch-mechanisch betrieben werden, entwickelt und miteinander verglichen. Eine Besonderheit ist, dass der äußere Hubrahmen in Längsrichtung verschoben wird und der innere fest mit dem Rahmen des Flurförderzeugs verbunden ist. Es wurden neuartige Lösungen für die Gestaltung des Antriebs – Motor mit Steuerung, Übertragungsglied, Bremse – gefunden. Als Übertagungsglied dient ein Zugmittel, das sich innerhalb des Rahmens befindet. In der Vorzugsvariante werden die folgenden Komponenten verbaut. Ein längenoptimierter, synchroner Servo-Getriebemotor wird von einem Umrichter gesteuert. Neu ist, dass eine Schubkette als Übertragungsglied die Antriebsenergie des Motors über den äußeren Hubrahmen auf den Gabelträger überträgt. Zum Halten der Last dient eine Lösebremse, die an der Antriebswelle angreift. Die Komponenten werden zu einer sehr kompakten Antriebseinheit zusammengesetzt. Das entwickelte Flurförderzeug-Hubgerüst besteht nur aus wenigen Verschleißteilen und hat eine geringe Eigenmasse, die sich günstig auf die Standsicherheit auswirkt.

Die Vorzugsvariante wurde sowohl in einem parametrisierbaren Simulationsmodell als auch an einem Demonstrator mit folgenden Kenngrößen umgesetzt: Tragfähigkeit 1000 kg, maximale Hubhöhe 2,0 m, Freihub 0,83 m, maximale Hubgeschwindigkeit 0,3 m/s. In Tests am Demonstrator wurden die Funktionsfähigkeit des Konzepts nachgewiesen und das Modell validiert. So wird sichergestellt, dass die Ergebnisse sind auf weitere Baugrößen übertragbar sind.

Zur Erhöhung der Energieeffizienz ist im Antriebskonzept die Rückgewinnung von potentieller und kinetischer Energie in einen Speicherkondensator integriert.

Der Vergleich mit konventionellen Hubgerüsten mit hydraulischem Antrieb zeigt, dass das entwickelte Elektrohubgerüst insbesondere bei Hochhubwagen und kleinen Gabelstaplern mit Einfach- sowie Zweifachteleskop-Hubgerüst Anwendung finden kann.