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Die Erfindung betrifft eine Trennschaltvorrichtung für eine Energieversorgungseinheit eines Flurförderzeugs sowie ein Flurförderzeug und ein Steuerungsverfahren für ein Flurförderzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Trennschaltvorrichtung für eine Energieversorgungseinheit eines Flurförderzeugs mit einem elektrisch schaltbaren Trennschalter.
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Nach dem Stand der Technik bekannte elektrisch betriebene Flurförderzeuge weisen eine Energieversorgungseinheit, überwiegend als Traktionsbatterie, aber auch in Form von Brennstoffzelleneinheiten, auf und versorgen aus dieser elektrischen Energieversorgungseinheit bzw. Traktionsbatterie eine Mehrzahl von elektrischen Antrieben einschließlich eines Fahrantriebs. Beispiele für weit verbreitete, elektrische Flurförderzeuge sind Elektrogabelstapler, Lagertechnikgeräte und Schlepper mit Traktionsbatterie.
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Bei diesen elektrischen Flurförderzeugen ist es bekannt, zwischen einer Energieversorgungseinheit und den elektrischen Antrieben als Leistungsverbrauchern bzw. dem Fahrzeug an sich einen oder mehrere Hauptschütze anzuordnen, dessen Schaltspulen beispielsweise über eine Fahrzeugsteuerung oder einen Notausschalter angesteuert werden können und durch den die Energieversorgungseinheit getrennt werden kann. Als weitere Möglichkeit, die Energieversorgungseinheit vom Fahrzeug zu trennen, besteht insbesondere bei einer Traktionsbatterie, die als Wechselbatterie für einen Austausch vorgesehen ist, die Möglichkeit, den Batteriestecker abzuziehen, wobei dieser für eine Bedienperson zugänglich sein muss. Hierfür kann der Batteriestecker so angeordnet werden, dass er gleichzeitig als zusätzliche Trennmöglichkeit im Betrieb für eine Bedienperson erreichbar ist. Ebenso können auch manuell bedienbare Trennschalter vorgesehen sein oder ein Hauptschütz kann diese zusätzliche Option aufweisen und muss hierzu in einer gut erreichbaren Position angeordnet sein. In Reihe zu den geschilderten Schaltmöglichkeiten werden noch eine oder mehrere Hauptsicherungen als Schmelzsicherungen vorgesehen, die im Kurzschlussfall oder Überlastfall einen automatischen Schutz für die Leitungen, die elektrischen Antriebe wie auch die Energieversorgungseinheit selbst sicherstellen.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass durch den getrennten Aufbau von Schmelzsicherung und Hauptschütz bei elektrischen Flurförderzeugen mehrfache Kontaktstellen mit den entsprechenden Übergangswiderständen vorhanden sind und sich daher zusätzliche Verluste ergeben. Eine Schmelzsicherung erzeugt bauartbedingt im laufenden Betrieb Verluste, da diese über eine stromabhängig erzeugte Wärmemenge auslöst und somit einen nennenswerten Widerstandswert hat. Auch im Normalbetrieb wird daher eine Verlustwärme erzeugt, die unter den engen Bauraumbedingungen zusätzlichen konstruktiven Aufwand für die Abführung der Verlustwärme und entsprechenden weiteren Bauraum erfordert. Dieser Aufwand ist nicht unerheblich, da beispielsweise die Verlustleistung eingesetzter Schmelzsicherungen im Mittel ca. 1/1000 der durchgeleiteten Gesamtleistung beträgt, die als thermische Verluste anfallen.
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Weiterhin ist nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik, dass Schmelzsicherungen ein toleranzbehaftetes Auslöseverhalten aufweisen. In der Folge muss zwischen dem Nennstrom für die Sicherung, bei dem diese auslöst, und dem zu erwartenden maximalen Strom in dem Betrieb des Flurförderzeugs ein hinreichend großer Abstand gewählt werden. Dieser größere Abstand muss jedoch berücksichtigt werden bei der Auslegung der Leitungen und Aggregate, wie Motoren des elektrischen Flurförderzeugs, insbesondere der thermischen Auslegung. Erst bei dem Nennstrom, der gegenüber dem maximalen im Betrieb zu erwartenden Strom deutlich höher ist, kann mit einer sicheren Auslösung der Schmelzsicherung gerechnet werden und es darf auch in diesem Bereich bzw. bis zu einer Auslösung nicht zu Schäden kommen.
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Die Anforderungen an die Schaltcharakteristik, die den Schutz der elektrischen Anlage in jeder denkbaren Betriebssituation garantieren soll, werden von Schmelzsicherungen nicht in ausreichendem Maß abgedeckt. Es kann in Extremfällen möglich sein, dass die Schmelzsicherung die elektrische Anlage eines elektrischen Flurförderzeugs nicht in ausreichendem Maße schützt und es zum Beispiel kurzzeitig zu sehr hohen Kurzschlussströmen kommen kann.
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Es sind weiterhin Flurförderzeuge, insbesondere Gabelstapler, mit einem verbrennungsmotorisch-elektrischem Antrieb bekannt. Bei diesen wird durch einen Verbrennungsmotor ein Generator angetrieben, der einen elektrischen Zwischenkreis, insbesondere einen Gleichspannungszwischenkreis speist, aus dem wie bei einem batterie-elektrischen Flurförderzeug die elektrischen Leistungsverbraucher, insbesondere Antriebsmotoren für Arbeitshydraulik, Fahrantrieb usw. gespeist werden. Nach dem Stand der Technik wird bei solchen verbrennungsmotorisch-elektrisch betriebenen Flurförderzeugen die elektrische Leistungszufuhr nur über die elektronische Steuerung des Verbrennungsmotors, insbesondere über das Motorsteuergerät, durch Abschalten des Verbrennungsmotors getrennt.
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Es ist weiterhin bekannt, einen elektrisch ansteuerbaren und schaltbaren Trennschalter für eine elektrische Energieversorgungseinheit, insbesondere eine elektrische Traktionsbatterie, über eine Steuerung eines Flurförderzeugs in bestimmten Betriebssituationen anzusteuern. Dies kann beispielsweise bei einer durch eine Steuervorrichtung des Flurförderzeugs erkannten Gefahrsituation als Notabschaltung der Fall sein.
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Ebenfalls sind Flurförderzeuge bekannt, bei denen der über eine Hauptversorgungsleitung aus einer Energieversorgungseinheit, insbesondere einer Traktionsbatterie, fließende Strom durch einen Sensor erfasst werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trennschaltvorrichtung für eine Energieversorgungeinheit eines Flurförderzeugs, ein Flurförderzeug mit einer solchen Trennschaltvorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Flurförderzeugs zur Verfügung zu stellen, die eine sichere und zuverlässige Abschaltung der Energieversorgungseinheit bei gleichzeitig geringer Verlustleistung ermöglichen und mit denen die zuvor geschilderten Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Trennschaltvorrichtung für eine Energieversorgungseinheit eines Flurförderzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Flurförderzeug mit einer Trennschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Flurförderzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Trennschaltvorrichtung für eine Energieversorgungseinheit eines Flurförderzeugs mit einem elektrisch schaltbaren Trennschalter, ein Stromsensor zur Messung des Stroms in einer von dem Trennschalter geschalteten Hauptleitung sowie eine Auswerteelektronik vorgesehen sind, wobei die Auswerteelektronik abhängig von dem durch den Stromsensor gemessenen Strom den Trennschalter öffnen kann und durch eine Fahrzeugsteuerung des Flurförderzeugs über einen Schaltanschluss der Auswerteelektronik der Trennschalter geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Die Hauptleitung verbindet die Energieversorgungseinheit mit dem oder den elektrischen Antrieben bzw. elektrischen Leistungsverbrauchern des Flurförderzeugs. Dabei wird durch den Stromsensor der Strom von der Energieversorgungseinheit zu den elektrischen Antrieben, beispielsweise der Summenstrom aller Verbraucher oder zum Beispiel auch nur ein Stromanteil der wesentlichen Leistungsverbraucher, wie beispielsweise aller Antriebe, gemessen. Dies kann beispielsweise umgesetzt werden, indem noch vor dem Stromsensor ein entsprechender Abzweig der Hauptleitung vorgesehen wird. In der Auswerteelektronik wird dabei ein Teil oder die gesamte elektrische bzw. elektronische Ansteuerung des Trennschalters zusammengefasst. In der Auswerteelektronik wird die Charakteristik, die Sicherungsschaltschwelle und somit die Auslöseschaltschwelle des Trennschalters realisiert. Der Stromsensor kann grundsätzlich in der Hauptleitung auf der Seite der Energieversorgungseinheit oder auf der Seite des Flurförderzeugs angeordnet sein. Vorteilhaft beinhaltet die Trennschaltvorrichtung auch die Sicherungsfunktion und eine Schmelzsicherung kann entfallen. Dabei können die Komponenten der Trennschaltvorrichtung einschließlich des Stromsensors und der Auswerteelektronik zu einer einzigen Baueinheit zusammengefasst werden, die als Ganzes in das Flurförderzeug eingesetzt werden kann. Diese Baueinheit kann auch in einem Gehäuse zusammengefasst sein. Vorteilhaft entfallen Kontaktstellen, die beispielsweise für die Zuleitung zu einer Schmelzsicherung erforderlich sind, da diese nunmehr nicht mehr erforderlich ist. Dies reduziert die Übergangswiderstände und die Verluste durch die Sicherung. Dabei kann beispielsweise erwartet werden, dass sich eine Reduzierung des Energieverbrauchs abhängig von den Spannungen, mit denen das Flurförderzeug betrieben wird, im Bereich von 0,1 bis 0,3% erreichen lässt. Bei der erfindungsgemäßen Trennschaltvorrichtung kann der Trennschalter nach einem als Sicherungsfunktion erfolgten Abschalten wieder zurückgesetzt werden und es entfällt somit auch im Auslösefall einer Sicherungsfunktion der anderenfalls bei einer Schmelzsicherung erforderliche Austausch der Sicherung. Durch den Stromsensor und die Auslöseelektronik kann auch der Abstand eines Nennstroms für die Auslösung gegenüber einem maximal zu erwartenden Strom im normalen Betrieb des Flurförderzeugs kleiner gewählt werden, da sich der Nennstrom in einem engeren Fenster einstellen lässt. Dies zieht nach sich, dass auch die übrigen elektrischen Komponenten eines Flurförderzeugs enger angepasst ausgelegt werden können und keine Reservedimensionierungen erforderlich sind. Durch den Entfall der Schmelzsicherung reduziert sich auch die Anzahl der mechanischen Bauteile, der erforderliche Bauraum und es ergibt sich durch die Reduzierung der Verlustleistung die Möglichkeit eines kompakteren Aufbaus sowie verringerten Aufwands für die Abführung von Verlustwärme. Es ist denkbar, eine Trennschaltvorrichtung vorzusehen, die nicht über einen Schaltanschluss verfügt und sich allein auf eine Sicherungsfunktion beschränkt, indem die Trennschaltvorrichtung nicht zugleich als ansteuerbarer Hauptschalter genutzt werden kann. Ebenso ist es denkbar, anstatt einer Schaltbarkeit über den Schaltanschluss nur eine rein mechanische Schaltbarkeit durch eine Bedienperson vorzusehen.
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Vorteilhaft ist der Trennschalter ein elektromechanischer Schalter, insbesondere ein Schütz.
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Diese stehen kostengünstig und in zuverlässige Ausführungsform als Bauelemente zur Verfügung.
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Vorteilhaft ist der Trennschalter durch elektronische Leistungsbauelemente gebildet ist, insbesondere Mosfet- oder IGBT- oder Transistorelemente.
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Vorteilhaft entfällt bei Verwendung von Halbleiter-Bauelementen bzw. Schaltelementen als Trennschalter eine mögliche Zündquelle durch Abrissfunkenbildung beim Öffnen des Trennschalters. Dies ermöglicht den Einsatz eines Flurförderzeugs, das mit einer solchen Trennschaltvorrichtung ausgestattet ist, in explosionsgefährdeter Umgebung ohne zusätzliche Maßnahmen für die Hauptsicherung oder einen Hauptschalter vorsehen zu müssen. Es ist auch denkbar in entsprechenden Anwendungsfällen und soweit erforderlich, dass die Leistungsbauelemente nur eine Stromrichtung sperren und somit zugleich eine Diodenfunktion ausüben. Soweit eine elektronische Ansteuerung der Leistungsbauelemente erfolgt, beispielsweise indem die Auswerteelektronik einen Controller und entsprechende Ansteuerungsmöglichkeiten bietet, kann der Stromverlauf während des Trennvorgangs beim Öffnen des Trennschalters optimiert werden, beispielsweise indem auf das Ziel der Reduzierung einer möglichen Überspannung hingewirkt wird.
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Vorteilhaft kann in der Hauptleitung vor und/oder nach dem Trennschalter ein Spannungssensor angeordnet sein.
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Dadurch wird es möglich, eine Vorladung in einem Zwischenkreis beim Einschalten zu überprüfen. Der Zwischenkreis, insbesondere ein Gleichspannungszwischenkreis, von elektrischen Flurförderzeugen oder verbrennungsmotorisch-elektrisch angetriebenen Flurförderzeugen enthält zumeist größere Kapazitäten bzw. Glättungskondensatoren. Durch Spannungssensoren, insbesondere durch zwei Spannungssensoren, die vor und nach dem Trennschalter angeordnet sind, kann der Spannungsanstieg beim Einschalten und somit die Vorladung des Zwischenkreises überwacht werden. Dies ermöglicht auch eine gezielte Steuerung und das Vermeiden einer stoßartigen Aufladung. Die Vorladeschaltung, die bei Zwischenkreisen mit einem Umrichter zur Ansteuerung eines Motors oftmals Bestandteil der Leistungselektronik in dem Umrichter ist, kann dann effektiv in die Auswerteelektronik integriert werden.
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In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auswerteelektronik einen Controller, der abhängig von weiteren Messwerten und/oder Steuerbefehlen, die von einer Fahrzeugsteuerung übertragen werden, das Öffnen des Trennschalters steuern kann.
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Der Controller kann programmierbar sein, um verschiedene Charakteristika des Schaltverhaltens umzusetzen.
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Dies ermöglicht ein programmierbares oder durch in Abhängigkeit von weiteren Werten parametrierbares Sicherungsverhalten der Trennschaltvorrichtung. Dadurch können Verbraucher, Hauptleitung und Energieversorgungseinheit effektiver geschützt werden. Weiterhin kann die Auslösecharakteristik des Trennschalters betriebsbedingt durch die Fahrzeugsteuerung eingeschränkt oder verändert werden. Stromgrenzen können genauer überwacht werden und der thermische Schutz kann besser an die Gegebenheiten, etwa durch eine Modellierung des Verhaltens oder Messwerte der Umgebung wie Außentemperatur, angepasst werden.
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Die Messwerte und/oder Steuerbefehle von der Fahrzeugsteuerung können über den Schaltanschluss übertragen werden.
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Auch die bei einem Controller zusätzlich erforderlichen Messwerte und/oder Steuerbefehle können über dieselbe Schaltleitung wie die Schaltbefehle der Fahrzeugsteuerung für die Trennschaltvorrichtung als Ganzes übertragen werden. Dadurch werden zusätzliche Verbindungen eingespart und die Verkabelung vereinfacht. Dies ist insbesondere bei Bussystemen möglich, bei denen Informationen digital übertragen werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Stromsensor ein Hall-Sensor oder ein Shunt-Widerstand.
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Der Schaltanschluss kann eine Datenbusverbindung sein, insbesondere ein CAN-Bus.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Flurförderzeug mit einer Trennschaltvorrichtung mit einem elektrisch schaltbaren Trennschalter für eine Energieversorgungseinheit des Flurförderzeugs, einem Stromsensor zur Messung des Stroms in einer von dem Trennschalter geschalteten Hauptleitung, über die die Energieversorgungseinheit angeschlossen ist, wobei eine Auswerteelektronik vorgesehen ist, die Auswerteelektronik abhängig von dem durch den Stromsensor gemessenen Strom den Trennschalter öffnen kann und der Trennschalter durch eine Fahrzeugsteuerung des Flurförderzeugs geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Das Flurförderzeug mit einer Trennschaltvorrichtung weist die bereits in Bezug auf die Trennschaltvorrichtung allein geschilderten Vorteile auf. Zusätzlich ist es vorteilhaft möglich, den Stromsensor an einer beliebigen Stelle in dem Flurförderzeug anzuordnen und somit extern zu einer Baueinheit einer Trennschaltvorrichtung. Insbesondere ist es möglich, bereits vorhandene Stromsensoren zu verwenden. Dadurch wird es möglich, zweckmäßigerweise die Anzahl von Sensoren zu minimieren und solche nur dann mehrfach anzuordnen, wenn dies beispielsweise aus Sicherheitsgründen erforderlich ist. In dem Flurförderzeug werden die Messwerte des Stromsensors dann für verschiedene Zwecke bereitgestellt und es ergibt sich eine Minimierung der Kosten. Ebenso kann auch die Auswerteelektronik getrennt von einer Baueinheit einer Trennschaltvorrichtung an beliebiger Stelle in dem Flurförderzeug angeordnet werden.
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Vorteilhaft ist der Trennschalter ein elektromechanischer Schalter, insbesondere ein Schütz.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Trennschalter durch elektronische Leistungsbauelemente gebildet, insbesondere Mosfet- oder IGBT- oder Transistorelemente.
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Auch hier ergeben sich die bereits in Bezug auf eine Trennschaltvorrichtung allein genannten Vorteile.
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Es kann in der Hauptleitung vor und/oder nach dem Trennschalter ein Spannungssensor angeordnet sein.
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Es ergeben sich hier ebenso die bereits in Bezug auf eine Trennschaltvorrichtung allein genannten Vorteile, wobei einer oder beide Spannungssensoren getrennt von einer Baueinheit der Trennschaltvorrichtung in dem Flurförderzeug angeordnet werden können. Auch hier können die Sensoren zugleich für andere Zwecke des Flurförderzeugs eingesetzt werden und bereits vorhandene Sensoren genutzt werden. Insbesondere stehen für eine Umrichteransteuerung oftmals bereits ein Stromsensor und/oder Spannungssensoren des Zwischenkreises zur Verfügung. Ebenso können aus einer Umrichteransteuerung und weiteren Sensoren die entsprechenden Werte oft indirekt bestimmt werden.
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Vorteilhaft wird die Auswerteelektronik durch die Fahrzeugsteuerung gebildet.
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Moderne Fahrzeugsteuerungen weisen genügend Rechenkapazität auf und sind ausreichend leistungsfähig, um auch die Funktion der Auswerteelektronik extern zu einer Baueinheit der Trennschaltvorrichtung zu erfüllen. Somit kann grundsätzlich jedes der zuvor beschriebenen Elemente Stromsensor, des oder der optional vorhandenen Spannungssensoren sowie der Auswerteelektronik extern zu einer Baueinheit der Trennschaltvorrichtung in dem Flurförderzeug angeordnet sein. Alternativ können der Stromsensor, die gegebenenfalls vorhandenen Spannungssensoren und der Trennschalter in die Fahrzeugsteuerung teilweise oder vollständig integriert werden. In der Fahrzeugsteuerung kann die Auswerteelektronik allein durch Software verwirklicht werden, wenn die Fahrzeugsteuerung die entsprechenden Sensorwerte zur Verfügung hat bzw. den Trendschalter ansteuern kann.
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Der Stromsensor kann ein Hall-Sensor oder ein Shunt-Widerstand sein.
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Einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennschaltvorrichtung des Flurförderzeugs eine Trennschaltvorrichtung wie sie zuvor beschrieben wurde.
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Vorteilhaft sind bei dieser Trennschaltvorrichtung der Stromsensor wie auch die Auswerteelektronik in einer Baueinheit zusammengefasst. Dadurch kann die Trennschaltvorrichtung als ein Bauteil in ein Flurförderzeug eingebaut werden. Auch die weiteren zuvor in Bezug auf die Trennschaltvorrichtung beschriebenen Komponenten, Bauelemente und Merkmale können zu einer Baueinheit zusammengefasst sein. Das mit einer solchen Trennschaltvorrichtung ausgestattete Flurförderzeug weist dann die bereits in Bezug auf die Trennschaltvorrichtung allein geschilderten Vorteile auf.
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Vorteilhaft ist die Energieversorgungseinheit eine elektrische Traktionsbatterie.
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Ebenso ist es möglich, die Energieversorgungseinheit als Brennstoffzelle auszuführen.
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In einer günstigen Ausgestaltung ist die Energieversorgungseinheit ein Verbrennungsmotor mit verbundenem Generator.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Flurförderzeugs mit einer Trennschaltvorrichtung mit einem elektrisch schaltbaren Trennschalter für eine Energieversorgungseinheit des Flurförderzeugs, einem Stromsensor zur Messung des Stroms in einer von dem Trennschalter geschalteten Hauptleitung, über die die Energieversorgungseinheit angeschlossen ist, und einer Fahrzeugsteuerung, durch die der Trennschalter geöffnet oder geschlossen werden kann, wobei die Fahrzeugsteuerung abhängig von dem durch den Stromsensor gemessenen Strom bei Überschreiten eines Nennstroms den Trennschalter öffnet.
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Das Flurförderzeug kann ein Flurförderzeug sein, wie es zuvor beschrieben wurde.
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Wenn alle Elemente, insbesondere Stromsensor und Auswerteelektronik, extern zu einer Baueinheit der Trennschaltvorrichtung durch sonstige Bauelemente und Komponenten des Flurförderzeugs verwirklicht werden, die bereits bei Flurförderzeugen vorhanden sind, so kann das Verfahren auf kostengünstige und einfache Art und Weise umgesetzt werden. Dies gilt insbesondere bei einer entsprechend leistungsfähigen und programmierbaren Fahrzeugsteuerung, die allein durch Anpassung der Software sowie Anschluss eines Trennschalters an ein Bussystem der Fahrzeugsteuerung, insbesondere einen CAN-Bus, das erfindungsgemäße Verfahren umsetzen kann.
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Durch eine Anbindung einer der zuvor beschriebenen Trennschaltvorrichtung an die Fahrzeugsteuerung können weitere Funktionen der Auswerteelektronik bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Ergebnisse eines Selbsttests der Trennschaltvorrichtung.
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Durch die Auswerteelektronik bzw. die Trennschaltvorrichtung kann auch gegebenenfalls der Strom in der Hauptleitung an die Fahrzeugsteuerung bereitgestellt werden und es kann ein Energiemanagement für den/die Antrieb(e) durchgeführt werden, das zur Reduzierung des Stroms durch Leistungs- oder Funktionsbegrenzung führt und ein Auslösen der Trennschaltvorrichtung in der Sicherungsfunktion verhindert. Diese Messwerte für den Batteriestrom und dien Batteriespannung können in der Fahrzeugsteuerung auch für weitere Funktionen zur Verfügung gestellt werden, insbesondere wenn die Energieversorgungseinheit eine Batterie ist für die Bestimmung des Ladezustands SOC der Batterie (State-Of-Charge), die Erkennung von Fehlfunktionen, die energieeffiziente Steuerung und eine Regelung der Antriebe.
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Ferner können bei paralleler Stromversorgung der Antriebe auch einzelne Messungen oder Berechnungen der Batterieteilströme zum Umrichter in die Überwachung einbezogen werden. Damit kann der jeweilige Zweig unabhängig überwacht werden und bei Überschreitung der zulässigen Belastung kann die Trennschaltvorrichtung geöffnet werden.
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Durch eine leistungsfähige Auswerteelektronik, insbesondere als programmierbarer Controller, sind auch weitere Überwachungsmöglichkeiten gegeben, wie eine Lebensdauerüberwachung des Trennschalters beispielsweise durch Zählen der Schaltzyklen oder eine Funktionsprüfung sowie eine Eigendiagnose des Trennschalters. Durch Beobachtung von Stromänderungen lässt sich auf einen Fehlerfall schließen, etwa Kurzschluss oder thermische Überlastung, o. ä. Es besteht auch die Möglichkeit der Bereitstellung der Bereitstellung der Messgrößen und Zustände an eine überlagerte Fahrzeugsteuerung und für die Diagnose zur Unterstützung der Fehlersuche bei dem Flurförderzeug.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 ein erfindungsgemäßes batterie-elektrisches Flurförderzeug in Form eines Elektrogabelstaplers,
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2 als elektrisches Funktionsschema ein erstes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung
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3 als elektrisches Funktionsschema ein zweites Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung
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4 als elektrisches Funktionsschema ein drittes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung
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5 als elektrisches Funktionsschema ein viertes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung
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6 als elektrisches Funktionsschema ein fünftes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung und
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7 als elektrisches Funktionsschema ein sechstes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes batterie-elektrisch betriebenes Flurförderzeug 1 in Form eines Elektrogabelstaplers 2. An einem Hubmast 3 ist als Lastaufnahmevorrichtung 4 eine Lastgabel 5 angeordnet, die an dem Hubmast 3 höhenbeweglich geführt ist. Zwischen einer Vorderachse 6 und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eines Elektrogabelstaplers einzelnen Hinterrad 7 unterhalb eines Gegengewichts 8 ist ein Batterieraum 9 mit einer hier nicht näher dargestellte Traktionsbatterie angeordnet, die als Energieversorgungseinheit dient. Unter einem Fahrerschutzdach 10 befindet sich ein Fahrerarbeitsplatz 11 mit einem Fahrersitz 12. Aus der Traktionsbatterie wird über einen Zwischenkreis ein ebenfalls nicht näher dargestellter elektrischer Antriebsmotor des einzelnen Hinterrades 7 gespeist. Das dargestellte Beispiel eines batterie-elektrischen Flurförderzeugs 1 ist der Elektrogabelstapler 2 in der Ausführungsform als Dreiradstapler mit einem einzelnen, gelenkten und zugleich angetriebenen Hinterrad 7. Die nachfolgend beschriebenen elektrischen Funktionsschema des Flurförderzeugs sind jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und können genauso bei einem Vierradstapler mit angetriebenen Rädern der Vorderachse 6 oder einem verbrennungsmotorisch-elektrisch angetriebenen Gabelstapler sowie jeglichem anderen Flurförderzeug mit elektrischer Energieversorgungseinheit, wie Lagertechnikgeräten, Gabelhubwagen und ähnlichem zum Einsatz kommen.
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Die 2 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein erstes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs 1 mit einer erfindungsgemäßen Trennschaltvorrichtung 13. Eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Traktionsbatterie 14 ausgebildete elektrische Energieversorgungseinheit ist über eine Hauptleitung 15 mit einem Umrichter 17 verbunden, der über einen Zwischenkreis 16 verfügt. Der Umrichter 17 steuert einen elektrischen Antrieb, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Antriebsmotor 18 in Form eines asynchronen Drehstrommotors 19 speist. Die Trennschaltvorrichtung 13 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen integrierten und mit dieser eine Baueinheit bildenden Stromsensor 20 auf, der in der Hauptleitung 15 und nach einem ebenfalls in die Trennschaltvorrichtung 13 integrierten Trennschalter 21 angeordnet ist. Das Signal des Stromsensors 20 wird einer Auswerteelektronik 22 zugeführt, die den Trennschalter 21 ansteuert. Eine Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 ist über einen Schaltanschluss und eine Schaltleitung 24, die eine CAN-Busverbindung 25 sein kann, mit der Auswerteelektronik 22 verbunden.
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Alternativ zu einem integrierten Stromsensor 20 kann der Stromsensor 20 außerhalb der Trennschaltvorrichtung 13 angeordnet werden und beispielsweise über die Fahrzeugsteuerung 23 ausgewertet werden. Der Auswerteelektronik 22 kann hierbei das Messsignal des Stromsensors 20 über den Schaltanschluss 24 von der Fahrzeugsteuerung 23 bereitgestellt werden.
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Die Auswerteelektronik 22 steuert den Trennschalter 21 entsprechend den Befehlen der Fahrzeugsteuerung 23 an. Dadurch kann die Fahrzeugsteuerung 23 in die Funktion eines Einschaltens für den Trennschalters eingebunden sein und auch das Öffnen bzw. das Schließen des Trennschalters 21 kann von der Fahrzeugsteuerung 23 ausgelöst werden. Unabhängig hiervon löst die Auswerteelektronik 22 im Fall eines zu hohen Stroms entsprechend einer Sicherungscharakteristik den Trennschalters 21 aus. Dadurch ersetzt die Trennschaltvorrichtung 13 sowohl einen Hauptschalter wie auch eine Sicherung.
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Die 3 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein zweites Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs 1 mit Trennschaltvorrichtung 13. Den Elementen des vorherigen Ausführungsbeispiels entsprechende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen. Eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Traktionsbatterie 14 ausgebildete elektrische Energieversorgungseinheit ist über eine Hauptleitung 15 mit einem Umrichter 17 verbunden, der über einen Zwischenkreis 16 verfügt. Der Umrichter 17 steuert einen elektrischen Antrieb, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Antriebsmotor 18 in Form eines asynchronen Drehstrommotors 19 speist. Die Trennschaltvorrichtung 13 weist den integrierten und mit dieser eine Baueinheit bildenden Stromsensor 20 auf, der in der Hauptleitung 15 und nach dem ebenfalls in die Trennschaltvorrichtung 13 integrierten Trennschalter 21 angeordnet ist. Die Auswerteelektronik 22 steuert den Trennschalter 21 und ist mit der Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 ist über den Schaltanschluss und die Schaltleitung 24 verbunden, die hier beispielsweise als eine CAN-Busverbindung 25 ausgeführt ist. Zusätzlich gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist ein erster Spannungssensor 26 vor dem Trennschalter 21 in der Hauptleitung 15 und ein zweiter Spannungssensor 27 nach dem Stromsensor 20 in der Hauptleitung 15 angeordnet. Durch die Spannungssensoren 26, 27, deren Signal der Auswerteelektronik 22 zugeführt wird, kann die entsprechend leistungsfähig ausgelegte Auswerteelektronik 22 eine Vorladung des Zwischenkreises 16 überwachen und steuern. Ferner kann durch die Signalwerte der Spannungssensoren 26, 27 die Funktionsfähigkeit des Trennschalters 21 im ein- und im ausgeschalteten Zustand durch die Auswerteelektronik 22 überprüft werden. Die Spannungssensoren 26, 27 können wie dargestellt in die Trennschaltvorrichtung 13 integriert sein oder alternativ extern angeordnet sein.
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Die 4 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein drittes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs 1 mit einer Trennschaltvorrichtung 28. Eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Traktionsbatterie 14 ausgebildete elektrische Energieversorgungseinheit ist über eine Hauptleitung 15 mit einem Umrichter 17 verbunden, der über einen Zwischenkreis 16 verfügt. Der Umrichter 17 steuert einen elektrischen Antrieb, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Antriebsmotor 18 in Form eines asynchronen Drehstrommotors 19 speist. Der Stromsensor 20 ist in der Hauptleitung 15 zusammen mit dem Trennschalter 21 und dem ersten Spannungssensor 26 sowie dem zweiten Spannungssensor 27 angeordnet. Die Auswerteelektronik 22 ist in die Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 integriert und rein durch Hardware und Software umgesetzt. Dabei bilden erster und zweiter Spannungssensor 26, 27, der Trennschalter 21, der Stromsensor 20 und die Fahrzeugsteuerung 23 in ihrer Funktion als Auswerteelektronik 22 eine Trennschaltvorrichtung 28. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Stromsensor 20, der Trennschalter 21 sowie die gegebenenfalls vorhandenen Spannungssensoren 26, 27 extern und getrennt von der Fahrzeugsteuerung 23 angeordnet. Alternativ können der Stromsensor 20, der Trennschalter 21 sowie die gegebenenfalls vorhandenen Spannungssensoren 26, 27 teilweise oder vollständig in die Fahrzeugsteuerung 23 integriert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind erster und zweiter Spannungssensor 26, 27, der Stromsensor 20 sowie die Auswerteelektronik 22 extern gegenüber dem Trennschalter 21. Alternativ ist es jedoch auch möglich diese in allen denkbaren Kombinationen mit dem Trennschalter 21 zu einer Baueinheit zusammenzufassen und nur die übrigen Elemente extern auszuführen. Im Übrigen kann das Ausführungsbeispiel der 4 dieselben Funktionen erfüllen wie dasjenige der 3, da es ebenfalls den ersten und zweiten Spannungssensor 26, 27 aufweist.
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Die 5 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein viertes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs 1 mit Trennschaltvorrichtung 13. Eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Traktionsbatterie 14 ausgebildete elektrische Energieversorgungseinheit ist über eine Hauptleitung 15 mit einem Umrichter 17 verbunden, der über einen Zwischenkreis 16 verfügt. Der Umrichter 17 steuert einen elektrischen Antrieb, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Antriebsmotor 18 in Form eines asynchronen Drehstrommotors 19 speist. Die Trennschaltvorrichtung 13 weist den integrierten und mit dieser eine Baueinheit bildenden Stromsensor 20 auf, der in der Hauptleitung 15 und nach dem ebenfalls in die Trennschaltvorrichtung 13 integrierten Trennschalter 21 angeordnet ist. Die Auswerteelektronik 22 steuert den Trennschalter 21 und ist mit der Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 ist über den Schaltanschluss und die Schaltleitung 24 verbunden, die hier beispielsweise als eine CAN-Busverbindung 25 ausgeführt ist. Die Auswerteelektronik 22 besteht aus einer Signalaufbereitung 29 für den Stromsensor 20. Die Signalaufbereitung 29 kann ein Batteriestrommesssignal 30 an die Schaltleitung 24 weiterleitet, über die eine Verbindung zu der Fahrzeugsteuerung 23 besteht. Nach der Signalaufbereitung 29 wird das Signal des Stromsensors 20 von einer Sicherungscharakteristik 31 bewertet. Im Falle eines den Nennstrom übersteigenden Stromwerts löst die Sicherungscharakteristik 31 aus und über eine Ansteuerung 32 wird der Trennschalter 21 geöffnet. Die Trennschaltvorrichtung 13 wirkt in diesem Fall wie eine Sicherung. Über die Schaltleitung 24 kann auch die Fahrzeugsteuerung 23 auf die Ansteuerung 32 durch ein Ansteuersignal 33 einwirken und ein Öffnen bzw. Schließen des Trennschalters 21 bewirken. In diesem Fall wirkt die Trennschaltvorrichtung 13 wie ein durch die Fahrzeugsteuerung 23 angesteuerter Hauptschalter. Die Auswerteelektronik 22 ist hier rein in Hardware ohne einen programmierbaren Controller ausgeführt.
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Die 6 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein fünftes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs 1 mit Trennschaltvorrichtung 13. Die Traktionsbatterie 14 ist über die Hauptleitung 15 mit dem Zwischenkreis 16 verbunden, der über den Umrichter 17 den Antriebsmotor 18 als asynchronen Drehstrommotor 19 speist. Die Trennschaltvorrichtung 13 weist den integrierten und mit dieser eine Baueinheit bildenden Stromsensor 20 auf, der in der Hauptleitung 15 und nach dem ebenfalls in die Trennschaltvorrichtung 13 integrierten Trennschalter 21 angeordnet ist. Die Auswerteelektronik 22 steuert den Trennschalter 21 und ist mit der Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 über den Schaltanschluss und die Schaltleitung 24 verbunden, die hier beispielsweise als eine CAN-Busverbindung 25 ausgeführt ist. Die Auswerteelektronik 22 besteht aus einem programmierbaren Controller und kann in ihrem Verhalten durch Software gesteuert werden. Als funktionale Einheiten der Auswerteelektronik 22 besteht auch hier eine Signalaufbereitung 29, die ein Batteriestrommesssignal 30 an die Schaltleitung 24 weiterleitet kann, über die eine Verbindung zu der Fahrzeugsteuerung 23 besteht. Nach der Signalaufbereitung 29 wird das Signal des Stromsensors 20 von einer Recheneinheit 34 bewertet. Im Falle eines den Nennstrom übersteigenden Stromwerts löst die Recheneinheit 34 aus und über eine Ansteuerung 32 wird der Trennschalters 21 geöffnet. Die Trennschaltvorrichtung 13 wirkt in diesem Fall wie eine Sicherung. Über die Schaltleitung 24 kann auch die Fahrzeugsteuerung 23 auf die Ansteuerung 32 durch ein Ansteuersignal 33 einwirken und ein Öffnen bzw. Schließen des Trennschalters 21 bewirken. In diesem Fall wirkt die Trennschaltvorrichtung 13 wie ein durch die Fahrzeugsteuerung 23 angesteuerter Hauptschalter. Durch die Realisierung des Sicherungsfunktion in einer Recheneinheit 34 und indem die Auswerteelektronik 22 einen Mikrocontroller aufweist, können verschiedene Anforderungen an beispielsweise das thermische Verhalten als Regeln oder als thermisches Modell hinterlegt und abgebildet werden. Das Auslösen der Sicherungsfunktion kann dann bei Überschreiten eines Schwellwertes abhängig von diesen hinterlegten Regeln oder dem thermischen Modell erfolgen. Ebenso kann auch beispielsweise ein Auslösen bei Überschreiten eines zeitlichen Stromverlaufes erfolgen.
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Die 7 zeigt als elektrisches Funktionsschema ein sechstes Ausführungsbeispiel des Flurförderzeugs mit Trennschaltvorrichtung 13 und einer integrierten Vorladeschaltung von Zwischenkreisen der Umrichter. Eine im dargestellten Ausführungsbeispiel als Traktionsbatterie 14 ausgebildete elektrische Energieversorgungseinheit ist über eine Hauptleitung 15 mit einem Umrichter 17 verbunden, der über einen Zwischenkreis 16 verfügt. Der Umrichter 17 steuert einen elektrischen Antrieb, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Antriebsmotor 18 in Form eines asynchronen Drehstrommotors 19 speist. Die Trennschaltvorrichtung 13 weist den integrierten und mit dieser eine Baueinheit bildenden Stromsensor 20 auf, der in der Hauptleitung 15 und nach dem ebenfalls in die Trennschaltvorrichtung 13 integrierten Trennschalter 21 angeordnet ist. Die Auswerteelektronik 22 steuert den Trennschalter 21 und ist mit der Fahrzeugsteuerung 23 des Flurförderzeugs 1 über den Schaltanschluss und die Schaltleitung 24 verbunden, die hier beispielsweise als eine CAN-Busverbindung 25 ausgeführt ist. Die Auswerteelektronik 22 besteht aus einem programmierbaren Controller und kann in ihrem Verhalten durch Software gesteuert werden. Als funktionale Einheiten der Auswerteelektronik 22 besteht die Signalaufbereitung 29, die ein Batteriestrommesssignal 30 an die Schaltleitung 24 leitet, über die eine Verbindung zu der Fahrzeugsteuerung 23 besteht. Nach der Signalaufbereitung 29 wird das Signal des Stromsensors 20 von der Recheneinheit 34 bewertet. Im Falle eines den Nennstrom übersteigenden Stromwerts löst die Recheneinheit 34 aus und über eine Ansteuerung 32 wird der Trennschalter 21 geöffnet. Die Trennschaltvorrichtung 13 wirkt in diesem Fall wie eine Sicherung. Über die Schaltleitung 24 kann auch die Fahrzeugsteuerung 23 auf die Ansteuerung 32 durch ein Ansteuersignal 33 einwirken und ein Öffnen des Trennschalters 21 bewirken. In diesem Fall wirkt die Trennschaltvorrichtung 13 wie ein durch die Fahrzeugsteuerung 23 angesteuerter Hauptschalter. Zusätzlich gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist ein erster Spannungssensor 26 vor dem Trennschalter 21 in der Hauptleitung 15 und ein zweiter Spannungssensor 27 nach dem Stromsensor 20 in der Hauptleitung 15 angeordnet. Durch die Spannungssensoren 26, 27, deren Signal der Auswerteelektronik 22 und der Signalaufbereitung 29 zugeführt wird, kann die entsprechend leistungsfähig ausgelegte Auswerteelektronik 22 eine Vorladung des Zwischenkreises 16 überwachen und in eine Vorladesteuerung 35 steuern. Eine Vorladung erfolgt nur bei geöffnetem Trennschalter 13. Dabei wird die Kapazität des Zwischenkreises 16 des Umrichters 17 aufgeladen. Der Trennschalter 13 wird erst geschlossen, wenn die Sekundärseite eine hinreichend große Spannung aufweist, die durch den zweiten Spannungssensor 27 erfasst werden kann. Damit wird beim Einschalten ein stoßartiges Laden des Zwischenkreises 16 verhindert. Die Vorladesteuerung 35 kann auf einfache und effektive Weise in die Trennschaltvorrichtung 13 integriert werden.
