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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für ein Arbeitsgerät, insbesondere für einen Mobilkran, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Energieversorgungseinheit für ein solches Energieversorgungssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts eines solchen Energieversorgungssystems.
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Auf Baustellen werden elektrisch betriebene Arbeitsgeräte üblicherweise über ein eigenes Stromnetz bzw. spezielle Stromanschlüsse (sog. Baustellenstrom) mit Strom versorgt. Häufig bietet jedoch das Baustellenstromnetz für bestimmte Anwendungen, insbesondere für den Betrieb von Kranen mit Elektromotoren zum Antrieb bestimmter Kranfunktionen, eine zu geringe Leistung.
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So ist es beispielsweise bei Turmdrehkranen bekannt, dass sie auf Baustellen mit Baustellenstrom betrieben werden. Je höher dabei die verfügbare Stromstärke auf der Baustelle, desto schneller und effizienter lässt sich mit dem Turmdrehkran arbeiten, da mehr Leistung zur Verfügung steht. Ein bekanntes Problem hierbei ist, wenn der Turmdrehkran eine Stromstärke von z.B. 125 A verarbeiten möchte, das Baustellennetz aber beispielsweise nur 63 A zur Verfügung stellen kann. Hier sind Maßnahmen am Turmdrehkran notwendig, damit die elektrische Einrichtung auf der Baustelle nicht überlastet wird und sich abschaltet (über Sicherungen). Das Problem wird typischerweise durch einen „Umschalter“ am Turmdrehkran gelöst. Über diesen kann der Kranfahrer manuell umschalten und den Turmdrehkranbetrieb an den Baustellenstrom anpassen, um eine Überlastung zu vermeiden.
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Bei Mobilkranen ist eine analoge Lösung möglich. Allerdings benötigen diese i.d.R. eine höhere Stromstärke, da sie höhere Spitzenleistungen benötigen, und sind daher eher für höhere Stromstärken auszulegen. Um den zur Verfügung stehenden Baustellenstrom auf die benötigten Werte erhöhen zu können, sind daher entsprechende Maßnahmen bzw. Komponenten vorzusehen, welche jedoch das Gesamtgewicht und die Abmessungen des Mobilkrans erhöhen. Dies kann insbesondere für das selbstständige Verfahren des Mobilkrans im öffentlichen Straßenverkehr aufgrund einzuhaltender Abmessungen, Maximalgewichte und Achslasten problematisch sein.
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Sollte der Kranfahrer zudem mit einem derartigen manuellen Umschalter versehentlich weniger als die maximal verfügbare Leistung / Stromstärke einstellen, führt der Kran die Arbeit unnötig langsam aus. Stellt er dagegen eine höhere als die maximal verfügbare Leistung / Stromstärke ein, so kann es zu einer Überlastung des Baustellenstromnetzes und zu einem Abschalten kommen. Bei manuell bedienten Schaltern ist auf Grund von Irrtümern daher immer ein gewisses Fehlerrisiko vorhanden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energieversorgung für Arbeitsgeräte auf der Baustelle bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere soll dabei eine Überlastung des Baustellenstromnetzes vermieden und die zur Verfügung stehenden Stromstärken optimal ausgenutzt werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Demnach wird ein Energieversorgungssystem mit mindestens einem Arbeitsgerät, insbesondere Mobilkran, vorgeschlagen wobei das Arbeitsgerät eine elektrische Antriebseinheit zum Antrieb mindestens eines Verbrauchers des Arbeitsgeräts umfasst. Die elektrische Antriebseinheit ist extern, d.h. von außerhalb des Arbeitsgeräts mit elektrischer Energie versorgbar und mittels einer ersten Steuereinheit des Arbeitsgeräts steuerbar und/oder regelbar.
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Der Begriff „Verbraucher“ ist breit auszulegen und kann jede Art von antreibbarer Komponente des Arbeitsgeräts bezeichnen. Der mindestens eine Verbraucher kann ein Kranaktuator wie beispielsweise ein Wippzylinder, ein Teleskopierzylinder, eine Winde oder ein Drehwerk bzw. Drehwerksmotor sein. Neben der elektrischen Antriebseinheit können weitere Komponenten des Arbeitsgeräts wie beispielsweise eine Steuerung des Arbeitsgeräts bzw. diverse Prozessoren und/oder eine Klimaanlage mit elektrischer Energie versorgbar sein.
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Erfindungsgemäß umfasst das Energieversorgungssystem eine separate, vom Arbeitsgerät getrennt transportierbare Energieversorgungseinheit, welche mit der elektrischen Antriebseinheit des Arbeitsgeräts verbindbar ist, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Energieversorgungseinheit umfasst einen mit einer externen Energiequelle wie beispielsweise einem Baustellenstromnetz verbindbaren Energiespeicher sowie eine zweite Steuereinheit, welche mit der ersten Steuereinheit in kommunikativer Verbindung steht. Die beiden Steuereinheiten sind erfindungsgemäß eingerichtet, über die genannte Kommunikationsverbindung Daten auszutauschen und den Betrieb der elektrischen Antriebseinheit in Abhängigkeit einer von der externen Energiequelle und/oder der Energieversorgungseinheit bereitstellbaren Größe, bei der es sich insbesondere um eine Stromstärke handelt, anzupassen.
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Die von der elektrischen Antriebseinheit benötigte bzw. geforderte Energie, insbesondere Stromstärke, wird also erfindungsgemäß an die Parameter der an das Arbeitsgerät angeschlossenen Energieversorgung angepasst, sodass es weder zu einer Überlastung noch zu einer ineffizienten Arbeitsweise kommt. Die Anpassung erfolgt durch eine Kommunikation der beiden Steuereinheiten von Arbeitsgerät und Energieversorgungseinheit und eine entsprechende Steuerung / Regelung der elektrischen Antriebseinheit durch die erste Steuereinheit (oder durch eine mit dieser in Verbindung stehende Regelung).
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Erhöht bzw. verstärkt beispielsweise die Energieversorgungseinheit die von der externen Energiequelle bereitgestellte Energie / Stromstärke, so ist es erforderlich den Betrieb der elektrischen Antriebseinheit an die von der Energieversorgungseinheit gelieferte Energie / Stromstärke anzupassen. Ist dagegen die von der externen Energiequelle bereitgestellte Energie / Stromstärke maßgeblich (d.h. die Energieversorgungseinheit fügt keine zusätzliche Energie mehr hinzu), so erfolgt die Anpassung in Bezug auf die externe Energiequelle.
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Selbstverständlich kann auch eine Anpassung sowohl an die externe Energiequelle als auch an die letztendlich durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellte Energie / Stromstärke erfolgen, beispielsweise indem der Betrieb der elektrischen Antriebseinheit aufgrund der höheren der von Energieversorgungseinheit und externer Energiequelle bereitstellbaren Energien / Stromstärken durch einen fixen Grenzwert begrenzt und darüber hinaus dynamisch an eine tatsächlich durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellte Energie / Stromstärke angepasst wird (insbesondere, wenn die maximal von der externen Energiequelle oder der Energieversorgungseinheit bereitstellbare Energie nur teilweise vom Arbeitsgerät genutzt wird, beispielsweise da weitere Baustellenverbraucher versorgt werden).
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Kann beispielsweise die externe Energiequelle eine Stromstärke von 125 A liefern, so kann der Betrieb der elektrischen Antriebseinheit an diese 125 A angepasst werden, z.B. wenn die von der Energieversorgungseinheit gelieferte Energie 125 A beträgt oder wenn sie kleiner als 125 A ist (z.B. wenn die von der Energieversorgungseinheit bereitgestellte Energie auf mehrere Baustellenverbraucher aufgeteilt oder aus anderen Gründen begrenzt wird). Ebenfalls kann die Anpassung an die tatsächlich bereitgestellte Stromstärke der Energieversorgungseinheit erfolgen, beispielsweise wenn Letztere variiert bzw. dynamisch angepasst wird und insbesondere, wenn die Energieversorgungseinheit eine größere Stromstärke als die externe Energiequelle liefert.
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Die Kommunikation der Steuereinheiten kann im einfachsten Fall unidirektional von der zweiten zur ersten Steuereinheit, vorzugsweise jedoch bidirektional erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist die Energieversorgungseinheit nicht in das Arbeitsgerät integriert, sondern stellt eine eigenständige, separate Baueinheit dar, welche zudem unabhängig bzw. getrennt vom Arbeitsgerät transportiert werden kann. Die Energieversorgungseinheit kann entweder bereits an der Baustelle vorhanden sein, wenn das Arbeitsgerät eintrifft, oder für den geplanten Einsatz gleichzeitig zum Arbeitsgerät zur Baustelle transportiert werden. Durch den separaten Transport erhöhen sich das Transportgewicht und die Abmessungen des Arbeitsgeräts nicht. Ferner kann die Energieversorgungseinheit flexibel für eine gleichzeitige Energieversorgung mehrerer Arbeitsgeräte ausgelegt sein.
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Die Anpassung der elektrischen Antriebseinheit an die auf der Baustelle zur Verfügung stehende Energieversorgung erfolgt vorzugsweise automatisch, sodass der Bediener hier nicht manuell einen Schalter umlegen oder Eingaben tätigen muss. Dadurch wird sichergestellt, dass stets die maximal zur Verfügung stehende Energie bzw. Stromstärke genutzt werden kann und gleichzeitig eine Überlastung durch Fehlbedienung vermieden wird.
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Das Arbeitsgerät kann mehrere elektrische Antriebseinheiten aufweisen, von denen einige oder alle durch die Energieversorgungseinheit mit Energie versorgbar sind. Wenn im Folgenden also von der elektrischen Antriebseinheit gesprochen wird, ist auch der Fall mehrerer Antriebseinheiten mit umfasst.
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Die elektrische Antriebseinheit kann einen Verbraucher des Arbeitsgeräts mechanisch antreiben, beispielsweise ein Pumpenverteilergetriebe, welches einen oder mehrere hydraulische Verbraucher wie Hydraulikzylinder und/oder -motoren hydraulisch antreibt. Das Arbeitsgerät kann zusätzlich einen Verbrennungsmotor umfassen. Bei der elektrischen Antriebseinheit kann es sich um einen Elektromotor handeln.
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In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Steuereinheit ein Regelungsmittel umfasst oder mit einer Regelungseinheit verbunden ist, welches / welche eingerichtet ist, die von der elektrischen Antriebseinheit erzeugte Leistung an eine von der Energieversorgungseinheit zur Verfügung gestellte Stromstärke anzupassen. Die Anpassung der elektrischen Antriebseinheit kann also durch ein in die erste Steuereinheit integriertes Regelungsmittel oder durch ein mit der ersten Steuereinheit verbundenes, separates Bauelement in Form einer Regelungseinheit erfolgen. Das Regelungsmittel oder die Regelungseinheit sorgt insbesondere dafür, dass die für die Erzeugung der angepassten Leistung maximal benötigte Stromstärke der elektrischen Antriebseinheit kleiner oder gleich der von der externen Energiequelle und/oder der Energieversorgungseinheit maximal zur Verfügung stellbaren Stromstärke ist.
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Die Regelungseinheit kann nicht nur die Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Antriebseinheit übernehmen, sondern gleichzeitig ein Bauelement darstellen (bzw. in ein solches implementiert sein), welches die tatsächlich an die elektrische Antriebseinheit gelieferte Stromstärke begrenzt. Alternativ kann diese Funktion eine separate Begrenzungseinheit übernehmen, welche zwischen einem Anschluss für die externe Energieversorgung des Arbeitsgeräts und der elektrischen Antriebseinheit angeordnet ist.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Energiespeicher ein chemischer Energiespeicher, insbesondere eine wiederaufladbare Batterie bzw. ein Akku, oder ein hydropneumatischer Speicher ist.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Energiespeicher durch die externe Energiequelle unabhängig von einem Betriebszustand des Arbeitsgeräts, insbesondere von einem aktuellen Strombedarf, aufladbar ist. Dies gilt selbstverständlich nur dann, wenn nicht sämtliche Energie, die von der externen Energiequelle bereitstellbar ist, durch das Arbeitsgerät bzw. die elektrische Antriebseinheit verbraucht wird. Wird aber beispielsweise durch das Arbeitsgerät bzw. die elektrische Antriebseinheit weniger Energie benötigt als durch die externe Energiequelle zur Verfügung steht, so kann der Energiespeicher durch diese Differenz aufgeladen werden. Dies kann automatisch und parallel zum Betrieb des Arbeitsgeräts erfolgen. Zusätzlich kann ein separater Ladeanschluss an der Energieversorgungseinheit vorgesehen sein, welcher ausschließlich dem Laden des Energiespeichers dient.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit aus mehreren miteinander verbindbaren Baueinheiten zusammengesetzt ist. Beispielsweise kann eine der Baueinheiten einen Energiespeicher und eine andere Baueinheit die zweite Steuereinheit umfassen. Weitere Baueinheiten für zusätzliche Komponenten wie beispielsweise elektrische Leistungsanschlüsse oder einen Kühler können ebenfalls vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Energieversorgungseinheit einen modularen Aufbau aufweisen, beispielsweise mit mindestens einem einen Energiespeicher umfassenden Energiespeichermodul und/oder einem die zweite Steuereinheit umfassenden Steuerungsmodul. Dadurch kann je nach geplantem Einsatz und eingesetztem Arbeitsgerät eine entsprechend konfigurierte Energieversorgungseinheit zusammengebaut werden. Denkbar ist beispielsweise, die Anzahl der Energiespeichermodule an den geplanten Einsatz bzw. die benötigten Stromstärken anzupassen. Die Energieversorgungseinheit kann zu diesem Zweck einen Rahmen mit entsprechenden Modulaufnahmen aufweisen, in die die jeweiligen Module eingebaut werden können.
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Die Energieversorgungseinheit kann ein auf der Baustelle geeignet platziertes, unbewegliches Element sein. Alternativ kann die Energieversorgungseinheit verfahrbar sein, beispielsweise mittels eines integrierten Fahrwerks oder indem die Energieversorgungseinheit auf einem fahrbaren Untersatz gelagert ist. Dadurch kann die Position der Energieversorgungseinheit auf der Baustelle verändert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit mindestens einen Anschluss zum Verbinden der Energieversorgungseinheit mit einem Stromnetzanschluss umfasst. Der Anschluss kann eine Verbindungsleitung bzw. Leistungsverbindung mit einem entsprechenden Anschlusselement umfassen.
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Der Anschluss kann über den Energiespeicher mit einer die Energieversorgungseinheit mit dem Arbeitsgerät verbindenden Leistungsverbindung verbunden sein (serielle Anordnung der Anschlüsse und des Energiespeichers). Alternativ kann eine direkte Verbindung des Anschlusses zum Stromnetz mit der Leistungsverbindung vorgesehen sein, wobei bei Bedarf Strom zum Energiespeicher (zum Aufladen) oder vom Energiespeicher zur Leistungsverbindung geleitet werden kann. Bei einer solchen parallelen Anordnung von Leistungsverbindung und Energiespeicher kann der Stromfluss durch eine entsprechende Kontrolleinheit gesteuert werden, welche wiederum mit der zweiten Steuereinheit verbunden sein kann.
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Häufig sind auf einer Baustelle mehrere Stromanschlüsse vorhanden, welche unterschiedliche Stromstärken liefern. Für diesen Fall kann die Energieversorgungeinheit nicht nur einen, sondern mehrere Anschlüsse aufweisen, welche mit den unterschiedlichen Baustellenstromanschlüssen verbunden bzw. verbindbar sind. Über die jeweiligen Anschlüsse können unterschiedliche Stromstärken bereitgestellt werden.
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Die zweite Steuereinheit der Energieversorgungseinheit kann in diesem Fall je nach angeforderter bzw. benötigter Stromstärke des Arbeitsgeräts einen der entsprechenden Anschlüsse auswählen bzw. mit dem Energiespeicher und/oder Arbeitsgerät verbinden. Hierfür kann die zweite Steuereinheit ein Leistungsmanagementmittel aufweisen. Alternativ kann dies von einer separaten Leistungsmanagementeinheit übernommen werden, die mit der zweiten Steuereinheit verbunden ist.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Steuereinheit eingerichtet ist, den Wert einer durch den Stromnetzanschluss (d.h. durch das mit dem entsprechenden Anschluss verbundene Baustellenstromnetz) bereitstellbaren Stromstärke an die erste Steuereinheit zu übermitteln. Diese kann dann entsprechend eine leistungsorientierte Anpassung des Betriebs der elektrischen Antriebseinheit vornehmen. Der Wert der bereitstellbaren Stromstärke kann der zweiten Steuereinheit beispielsweise über ein Eingabegerät der Energieversorgungseinheit mitgeteilt werden, z.B. über einen Schalter / Knopf, ein Touch-Display oder eine Tastatur. Ebenfalls ist denkbar, dass der Wert der Stromstärke der zweiten Steuereinheit durch Übermittlung eines Signals über eine Kommunikationsverbindung bereitgestellt wird, beispielsweise durch eine Auswahl oder Eingabe auf einem mobilen Gerät wie z.B. einem Mobiltelefon, welches die Daten drahtlos an die zweite Steuereinheit übermittelt. Auch eine kabelgebundene Übertragung ist hier denkbar.
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Idealerweise ist die zweite Steuereinheit jedoch eingerichtet, den Wert der durch den Stromnetzanschluss bereitstellbaren Stromstärke automatisch zu ermitteln. In diesem Fall ist das Fehlerrisiko minimal und elektrischen Antriebseinheit immer optimal an die zur Verfügung stehende Energieversorgung angepasst.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Energiespeicher über den Anschluss aufladbar ist, wobei die zweite Steuereinheit vorzugsweise eingerichtet ist, den Ladevorgang anhand mindestens eines definierten Kriteriums zu beginnen, zu beenden und/oder zu verändern. Bei dem mindestens einen Kriterium kann es sich beispielsweise um einen Ladezustand des Energiespeichers und/oder einen Strombedarf eines zusätzlich zum Arbeitsgerät an die Energieversorgungseinheit angeschlossenen Baustellenverbrauchers (z.B. ein (weiterer) Mobilkran, ein Betonmischer, ein Rüttler, usw.) handeln. Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise völlig unabhängig vom Arbeitsgerät und dessen Arbeitszustand bzw. -belastung.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektrischen Antriebseinheit über den Energiespeicher zumindest zeitweise eine höhere Stromstärke als eine von der externen Energiequelle maximal zur Verfügung stellbare Stromstärke bereitstellbar ist. Dadurch können auch Arbeitsgeräte mit hohem Strombedarf wie beispielsweise Mobilkrane oder bestimmte Kranfunktionen mit ausreichend Energie versorgt werden, wofür typische Baustellenstromnetze in der Regel nicht ausgelegt sind. Je nach Strombedarf können bei einer modularen Ausführung der Energieversorgungseinheit entsprechend viele Stromspeichermodule zusammengeschaltet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit über eine elektrische Leistungsverbindung mit dem Arbeitsgerät verbindbar ist, wobei die Leistungsverbindung vorzugsweise für eine Stromstärke ausgelegt ist, welche mindestens einer von der externen Energiequelle maximal zur Verfügung stellbaren Stromstärke entspricht. Kann die Energieversorgungseinheit wie zuvor dargelegt eine höhere Stromstärke als die angeschlossene externe Energiequelle liefern, so muss die Leistungsverbindung entsprechend ausgelegt sein.
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Die Leistungsverbindung kann einen Anschluss umfassen, über welchen die Energieversorgungseinheit vom Arbeitsgerät trennbar ist. Dieser Anschluss kann am Arbeitsgerät vorgesehen sein.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit mindestens eine weitere elektrische Leistungsverbindung aufweist, über welche neben dem Arbeitsgerät mindestens ein weiterer Baustellenverbraucher (z.B. ein (weiterer) Mobilkran, ein Betonmischer, ein Rüttler, usw.) gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgbar ist, wobei vorzugsweise die zweite Steuereinheit oder eine mit dieser verbundene Managementeinheit ausgelegt ist, die von der Energieversorgungseinheit bereitgestellte Energie zwischen den angeschlossenen Baustellenverbrauchern aufzuteilen und insbesondere diese im Bedarfsfall für einen oder mehrere Baustellenverbraucher auf einen Maximalwert zu begrenzen. Die Aufteilung bzw. Begrenzung der Energie kann anhand festgelegter Kriterien und/oder Bedienereingaben erfolgen. Ebenfalls können einige oder alle angeschlossenen Baustellenverbraucher eine entsprechende Steuereinheit aufweisen, welche der zweiten Steuereinheit der Energieversorgungseinheit den jeweiligen Strombedarf mitteilen, sodass eine entsprechende Aufteilung erfolgen kann.
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Die Leistungsverbindungen können lösbar mit der Energieversorgungseinheit verbunden sein, wobei letztere mehrere Anschlüsse für die verschiedenen Leistungsverbindungen aufweist. Je nach Strombedarf der angeschlossenen Baustellenverbraucher können die Leistungsverbindungen für unterschiedliche Stromstärken ausgelegt sein. Ebenfalls ist denkbar, dass alle Leistungsverbindungen für eine höchste zu erwartende Stromstärke (beispielsweise 125 A oder höher) ausgelegt sind.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kommunikationsverbindung kabelgebunden ist. Die Kommunikation kann im einfachsten Fall mittels einer Freischaltung über einzelne Kontakte erfolgen. Ebenfalls kann eine digitale Kommunikation, beispielsweise über einen Bus, insbesondere Feldbus, erfolgen. Alternativ kann die Kommunikation zwischen erster und zweiter Steuereinheit drahtlos erfolgen, wobei sowohl das Arbeitsgerät als auch die Energieversorgungseinheit entsprechende Sende- und/oder Empfangseinrichtungen aufweisen können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Energieversorgungseinheit eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems. Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem, weshalb an dieser Stelle auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird. Die obigen Ausführungen hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen der Energieversorgungseinheit gelten daher entsprechend.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsgeräts, insbesondere eines Mobilkrans, eines erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems mit den folgenden Schritten:
- - Bereitstellen des Arbeitsgeräts an einem Einsatzort,
- - Bereitstellen der Energieversorgungseinheit am Einsatzort, wobei das Arbeitsgerät und die Energieversorgungseinheit separat transportiert werden,
- - Anschließen der Energieversorgungseinheit an mindestens eine externe Energiequelle, insbesondere an ein Stromnetz bzw. Baustellenstromnetz,
- - Anschließen der Energieversorgungseinheit an das Arbeitsgerät, insbesondere über eine elektrische Leistungsverbindung mit entsprechendem Anschluss, und
- - Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Antriebseinheit des Arbeitsgeräts mittels der Energieversorgungseinheit.
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Hierbei wird erfindungsgemäß der Betrieb der elektrischen Antriebseinheit des Arbeitsgeräts an die Energieversorgung angepasst, insbesondere an eine von der externen Energiequelle und/oder der Energieversorgungseinheit maximal bereitstellbare Energie / Stromstärke.
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Dabei ergeben sich offensichtlich dieselben Vorteile und Eigenschaften wie für das erfindungsgemäße Energieversorgungssystem, weshalb auf eine wiederholende Beschreibung verzichtet wird.
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In einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energieversorgungseinheit der elektrischen Antriebseinheit eine Stromstärke liefert, welche größer ist als eine von der externen Energiequelle maximal zur Verfügung stellbare Stromstärke.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die durch die elektrische Antriebseinheit erzeugte Leistung derart begrenzt wird, dass die zu deren Bereitstellung von der elektrischen Antriebseinheit maximal benötigte Stromstärke kleiner oder gleich der von der Energieversorgungseinheit maximal zur Verfügung stellbaren Stromstärke ist.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
- 1: eine schematische Seitenansicht eines Arbeitsgeräts mit angeschlossener Energieversorgungseinheit des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2: eine schematische Darstellung der Komponenten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 3: eine schematische Darstellung der Komponenten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 4: eine schematische Darstellung der Komponenten des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt ein an eine Energieversorgungseinheit 20 angeschlossenes Arbeitsgerät 1 des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer schematischen Seitenansicht. Bei dem Arbeitsgerät 1 handelt es sich um einen Mobilkran 1 mit einem fahrbaren Unterwagen 2, einem drehbar auf dem Unterwagen 2 gelagerten Oberwagen 3 und einem mittels eines oder mehrerer Wippzylinder 6 schwenkbar am Oberwagen 3 befestigten Ausleger 4.
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Der Mobilkran 1 weist einen Elektromotor 5 als elektrische Antriebseinheit auf, welcher die Kranaktuatoren, z.B. den Wippzylinder 6 und/oder einen oder mehrere Teleskopierzylinder (nicht gezeigt), mit Energie versorgt. Dies kann auch über eine Zwischenstufe mittels hydraulischer Energie erfolgen. In diesem Fall treibt der Elektromotor 5 z.B. ein Pumpenverteilergetriebe an, dessen Öl die Kranaktuatoren mit Energie versorgt. Weiter weist der Mobilkran 1 einen Fahrantrieb auf (nicht gezeigt). Dieser Fahrantrieb ist vorzugsweise konventionell über einen Verbrennungsmotor versorgt. Selbstverständlich kann mehr als ein Elektromotor 5 vorgesehen sein. Der Mobilkran 1 weist eine erste Steuereinheit 12 auf, deren Funktion weiter unten beschrieben wird.
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Der Mobilkran 1 ist nach dem Erreichen auf der Baustelle über den mindestens einen Elektromotor 5 emissionsfrei betreibbar. Hierzu ist erfindungsgemäß eine vom Mobilkran 1 getrennte Energieversorgungseinheit 20 mit einem Energiespeicher 24 vorgesehen, welche elektrische Energie für den Elektromotor 5 des Mobilkrans 1 liefern kann. Der Mobilkran 1 wird über eine elektrische Leistungsverbindung 10 mit der Energieversorgungseinheit 20 verbunden. Wie in der 1 dargestellt, kann die Leistungsverbindung 10 einen Anschluss 13 umfassen, über welchen die Energieversorgungseinheit 20 vom Mobilkran 1 getrennt bzw. mit diesem verbunden werden kann.
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Der Anschluss 13 kann direkt in die Energieversorgungseinheit 20 integriert sein, wobei die Leistungsverbindung 10 fest oder durch einen weiteren Anschluss 13 mit dem Mobilkran 1 verbunden ist. Ebenso kann der Anschluss 13 in den Mobilkran 1 integriert sein, wobei die Leistungsverbindung 10 fest oder durch einen weiteren Anschluss 13 mit der Energieversorgungseinheit 20 verbunden ist. Entsprechend der Darstellung in der 1 können aber auch sowohl der Mobilkran 1 als auch die Energieversorgungseinheit 20 Teile der Leistungsverbindung 10 aufweisen, welche über den Anschluss 13 miteinander verbindbar sind (z.B. Stromkabel mit einem entsprechenden Anschlussstück 13). Ferner können mehrere Anschlüsse 13 für mehrere Leistungsverbindungen 10 an der Energieversorgungseinheit 20 vorgesehen sein, um mehrere Arbeitsgeräte bzw. Baustellenverbraucher mit Energie versorgen zu können.
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Die Leistungsverbindung 10 ist derart ausgelegt, dass sie mindestens die maximal auf der Baustelle zu erwartende Stromstärke für den Mobilkran 1 übertragen kann (beispielsweise 32 A, 63 A oder 125 A, wobei auch andere Werte denkbar sind). Sie kann aber auch für höhere Stromstärken ausgelegt sein.
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Die Energieversorgungseinheit 20 kann schon auf der Baustelle vorhanden sein. Alternativ kann sie auch speziell für den Kraneinsatz oder beim Einrichten der Baustelle angeliefert worden sein. Ein wesentliches Merkmal ist aber, dass der Mobilkran 1 und die Energieversorgungseinheit 20 zwei getrennte Baueinheiten sind und nicht gemeinsam verfahren werden müssen.
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Auf der Baustelle kann eine Verbindung der Energieversorgungseinheit 20 mit einem vorhandenen Stromnetz (= externe Energiequelle), insbesondere einem Baustellenstromnetz bzw. -anschluss 100 oder 101, hergestellt werden. Hierfür umfasst die Energieversorgungseinheit 20 eine Verbindungsmöglichkeit bzw. einen Anschluss 21. Da auf der Baustelle häufig mehrere Baustellenstromanschlüsse 100, 101 mit unterschiedlichen Stromstärken vorgesehen sind (z.B. 63 A und 125 A), weist die Energieversorgungseinheit 20 vorzugsweise mehrere Anschlüsse 21 auf, um bei Bedarf die unterschiedlichen Stromstärken aufnehmen bzw. bereitstellen zu können. Alternativ kann ein einziger Anschluss 21 vorgesehen sein, welche mit den verschiedenen Stromanschlüssen 100, 101 kompatibel ist. Ebenfalls können Verbindungsstücke bzw. Leistungsadapter vorgesehen sein, um jeweils einen der vorhandenen Stromanschlüsse 100, 101 mit der Energieversorgungseinheit 20 zu verbinden.
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Weiter umfasst die Energieversorgungseinheit 20 eine zweite Steuereinheit 22, welche über eine Kommunikationsverbindung 11 mit der ersten Steuereinheit 12 des Mobilkrans 1 kommunikativ verbunden ist, d.h. es können Daten ausgetauscht werden. Diese Kommunikation 11 kann drahtlos oder auch kabelgebunden stattfinden. Inhalt dieser Kommunikation 11 ist zumindest die Stromstärke, die die Energieversorgungseinheit 20 dem Mobilkran 1 bzw. dem Elektromotor 5 zur Verfügung stellen kann. Dies können beispielsweise 125 A, 63 A oder 32 A sein.
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Die Kommunikation 11 kann im einfachsten Fall mittels Freischaltung über einzelne Kontakte erfolgen. Alternativ ist ebenso eine digitale Kommunikation über Feldbus (z.B. CAN-Bus) denkbar. Jedoch kann jegliche Form kabelgebundener oder drahtloser Kommunikation zum Einsatz kommen.
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An der Energieversorgungseinheit 20 kann ein Eingabemittel vorgesehen sein, über welches eingestellt werden kann, welche Stromstärke und somit welche Leistung auf der Baustelle verfügbar ist (im Ausführungsbeispiel der 1: Baustellenstrom 100 mit 63 A und Baustellenstrom 101 mit 125 A; auch andere Stromstärken wären möglich). Alternativ kann die verfügbare Stromstärke der zweiten Steuereinheit 22 über eine hier nicht dargestellte Kommunikationsverbindung (kabelgebunden oder drahtlos) mitgeteilt werden, beispielsweise durch Eingabe eines entsprechenden Werts in ein mobiles Gerät.
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Bevorzugt kann die zweite Steuereinheit 22 die verfügbare Stromstärke des angeschlossenen Stromnetzes 100, 101 selbstständig und automatisch ermitteln, sodass hier keine Bedienereingabe erfolgen muss. Hierfür kann die Energieversorgungseinheit 20 eine entsprechende Messeinrichtung, beispielsweise eine Strom- und/oder Spannungsmesseinrichtung, umfassen.
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Ab dem Anschließen der Energieversorgungseinheit 20 an den Baustellenstrom 100 oder 101 lädt sich der Energiespeicher 25 der Energieversorgungseinheit 20 mit dem für ihn verfügbaren Strom auf. Dieser Ladevorgang kann bis zu 24 Stunden am Tag erfolgen. Die zweite Steuereinheit 22 hat weiter die Aufgabe, den Ladevorgang anhand definierter Kriterien zu verändern oder ganz zu beenden. Dies kann zum Beispiel ein geeigneter Ladezustand des Energiespeichers 25 sein oder auch der Strombedarf von anderen Verbrauchern auf der Baustelle (Baustellenverbrauchern). Dieser Vorgang erfolgt völlig unabhängig vom Mobilkran 1 und dessen Arbeitszustand / -belastung.
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Der Mobilkran 1 weist eine erste Steuereinheit 12 auf, die kranseitig die Kommunikation mit der Energieversorgungseinheit 20 übernimmt. Dies kann auch neben anderen Aufgaben der ersten Steuereinheit 12 wie beispielsweise der Steuerung / Regelung des Elektromotors 5 und ggf. weiterer Komponenten erfolgen. Weiter weist die erste Steuereinheit 12 eine Regelung 14 auf, die eine leistungsorientierte Anpassung der vom Mobilkran 1 mit seinem elektrischen Antrieb 5 verarbeiteten Stromstärke an die durch die Energieversorgungseinheit 20 bereitgestellte Stromstärke vornimmt. So stellt sich der elektrische Antrieb 5 auf die zur Verfügung stehende Stromstärke ein und eine Überlastung des Baustellenstroms 100 oder 101 ist vermieden. Ebenso ist sichergestellt, dass der Mobilkran 1 stets unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Baustellenstroms 100 oder 101 effizient arbeitet.
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Die oben erwähnten drei Stufen von zur Verfügung stehenden Stromstärken (32 A, 63 A, 125 A) sind ausschließlich als Beispiel zu verstehen. Es können auch mehr oder weniger Stufen vorgesehen sein. Denkbar wäre auch eine variable, bis hin zur stufenlosen Anpassung der Stromstärke durch die Energieversorgungseinheit 20. Letztere bietet vorzugsweise auch die Möglichkeit, eine höhere Amperezahl bereitzustellen als der Energiespeicher 25 selbst vom Baustellenstrom 100 oder 101 aufnimmt. Dies ist zumindest über eine gewisse Zeitspanne möglich. Auch ist, wie oben erwähnt, nicht zu erwarten, dass dem Energiespeicher 25 stets die maximal mögliche Amperezahl zur Verfügung steht. Es sind auf der Baustelle in der Regel auch andere elektrische Verbraucher vorhanden, die den zur Verfügung stehenden Strom anderweitig nutzen.
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Ebenso wäre denkbar, dass der Energiespeicher 20 mehrere Leistungsverbindungen 10 (und ggf. mehrere entsprechende Anschlüsse 13) aufweist. In diesem Fall wäre nicht nur der Mobilkran 1 durch die Energieversorgungseinheit 20 versorgbar, sondern auch andere elektrische Verbraucher, wie z.B. Betonmischer, Rüttler, usw. Hierzu kann die zweiten Steuereinheit 22 ein entsprechendes Leistungsmanagementmittel 24 umfassen (oder eine separate, mit der zweiten Steuereinheit 22 verbundene Leistungsmanagementeinheit 24 vorgesehen sein), das den zur Verfügung stehenden Strom verteilt und im Bedarfsfall begrenzt.
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Der Energiespeicher 25 kann auch aus mehreren einzelnen Baueinheiten bzw. Energiespeichermodulen bestehen. Durch einen modularen Aufbau der Energieversorgungseinheit 20 ließe sich die durch die Energieversorgungseinheit 20 bereitstellbare Stromstärke an die jeweiligen Bedingungen und Verbraucher der Baustelle anpassen. Auch kann sich dadurch der Transport vereinfachen.
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In den 2-4 sind drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems im Hinblick auf die verschiedenen Komponenten und deren Verbindungen dargestellt. Darin sind beispielhaft drei Verbraucher 9 des Mobilkrans 1 gezeigt, welche vom Elektromotor 5 angetrieben werden. Weitere Details wie ein ggf. vorgesehenes Pumpenverteilergetriebe sind hier nicht gezeigt. Der Energiespeicher 25 der Energieversorgungseinheit 20 ist über den Anschluss 21 mit dem Baustellenstrom 100 verbunden, welcher in den hier gezeigten Beispielen eine Stromstärke von 63 A liefert. Über eine elektrische Leistungsverbindung 10 ist der Energiespeicher 25 mit dem Mobilkran 1 bzw. dem Elektromotor 5 verbunden und stellt diesem elektrische Energie zur Verfügung. Obwohl hier nicht dargestellt, kann die Leistungsverbindung 10 ebenfalls über einen entsprechenden Anschluss am Mobilkran 1 angeschlossen und beispielsweise als Kabel ausgebildet sein. Die Steuereinheiten 12 und ein 22 kommunizieren über die Kommunikationsverbindung 11 miteinander.
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Bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Steuereinheit 12 eine Regelungsmittel 14, welches die leistungsorientierte Anpassung des Elektromotors 5 in Abhängigkeit der zur Verfügung gestellten Energie übernimmt.
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Die zweite Steuereinheit 22 umfasst ein Leistungsmanagementmittel 24, welches bei mehreren angeschlossenen Baustellenverbrauchern die Verteilung und ggf. Begrenzung der durch den Energiespeicher 25 bereitgestellten Energie steuert. Die Steuerung der Verbindungen des Energiespeichers 25 mit den jeweiligen Anschlüssen 13 kann über ein von der zweiten Steuereinheit 22 gesteuertes Schaltelement 26 erfolgen, welches die jeweiligen Verbindungen herstellen und trennen und ggf. die jeweils bereitgestellte Stromstärke einstellen kann. Die zweite Steuereinheit 22 und das Schaltelement 26 können in eine Einheit integriert sein oder, wie hier gezeigt, zwei separate Einheiten darstellen.
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Die zweite Steuereinheit 22 kontrolliert zudem den Ladevorgang des Energiespeichers 25. Hierzu ist eine Ladeeinheit 28 vorgesehen, welche den Energiespeicher 25 mit dem Anschluss 21 verbinden und besagte Verbindung trennen kann und welche von der zweiten Steuereinheit 22 gesteuert wird. Die zweite Steuereinheit 22 und die Ladeeinheit 28 können in eine Einheit integriert sein oder, wie hier gezeigt, zwei separate Einheiten darstellen.
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Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die leistungsorientierte Anpassung bzw. Regelung des Betriebs des Elektromotors 5 über eine separate Regelungseinheit 14, welche mit der ersten Steuereinheit 12 in Verbindung steht. Auf Seiten der Energieversorgungseinheit 20 ist eine separate Leistungsmanagementeinheit 24 vorgesehen, welche sowohl mit der zweiten Steuereinheit 22 als auch mit dem Schaltelement 26 in Verbindung steht. Alternativ könnten die Bauteile 24 und 26 in eine gemeinsame Einheit integriert sein.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 zeigt schließlich eine Variante, bei der der Mobilkran 1 eine Begrenzungseinheit 16 umfasst, welche von der ersten Steuereinheit 12 gesteuert wird und eine von der Energieversorgungseinheit 20 bereitgestellte Stromstärke begrenzen oder eine Verbindung zwischen Energieversorgungseinheit 20 und Elektromotor 5 herstellen bzw. trennen kann. Auch hier können die Elemente 12 und 16 in eine Einheit integriert sein.
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Die in den 2-4 gezeigten Ausführungen des Mobilkrans 1 und der Energieversorgungseinheit 20 sind nicht zwingend miteinander verknüpft und können in beliebiger Kombination verwendet werden. So kann beispielsweise der Mobilkran 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 und die Energieversorgungseinheit 20 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 ausgebildet sein.
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In den 1-4 stellen die gestrichelten Linien Kommunikationsverbindungen und die durchgezogenen fetten Linien Energieversorgungsleitungen dar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsgerät (Mobilkran)
- 2
- Unterwagen
- 3
- Oberwagen
- 4
- Ausleger
- 5
- Elektrische Antriebseinheit (Elektromotor)
- 6
- Wippzylinder
- 9
- Verbraucher
- 10
- Leistungsverbindung
- 11
- Kommunikationsverbindung
- 12
- Erste Steuereinheit
- 13
- Anschluss
- 14
- Regelungsmittel / -einheit
- 16
- Begrenzungseinheit
- 20
- Energieversorgungseinheit
- 21
- Anschluss
- 22
- Zweite Steuereinheit
- 24
- Leistungsmanagementmittel / -einheit
- 25
- Energiespeicher
- 26
- Schaltelement
- 28
- Ladeeinheit
- 100
- Baustellenstromanschluss (externe Energiequelle / Stromnetzanschluss)
- 101
- Baustellenstromanschluss (externe Energiequelle / Stromnetzanschluss)
