Bordgeneratoren – Deckung des Strombedarfs

Bordgeneratoren liefern Strom für Werkzeuge und Geräte, die von den in der Höhe arbeitenden Bedienern verwendet werden, ohne dass ein separater tragbarer Generator oder vom Boden verlegte Kabel erforderlich sind.

Harrison Hydra-Gen ist einer von mehreren spezialisierten Zulieferern für Hersteller von Hubarbeitsbühnen und blickt auf eine Geschichte in den Bereichen Feuerwehr und Rettungswesen, Öl und Gas sowie anderen mobilen Geräteanwendungen zurück, die bis ins Jahr 1969 reicht.

„Wir liefern mobile Energie direkt auf die Baustelle. Das ist das Wichtigste“, sagt Jeff Brock, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei Harrison Hydra-Gen.

Das Engagement des Unternehmens im Bereich der Arbeitsbühnen begann vor rund 15 Jahren, als Genie als erster Kunde einen AWP-Generator (Arbeitsbühne) auf einer S-60 installierte. Harrison Hydra-Gen baute anschließend seine Geschäftsbeziehungen zu Herstellern wie Skyjack und MEC weiter aus.

Ein 7,5-kW-Hydraulikgenerator von Harrison Hydra-Gen.

Andere Anbieter wie Dynaset und Fabco Power liefern ebenfalls Generatoren, während OEMs auch ihre eigenen Lösungen anbieten. Der Unterschied bei Harrison Hydra-Gen besteht jedoch darin, dass sich das Unternehmen ausschließlich auf Ausrüstung für Hubarbeitsbühnen konzentriert.

Zwei etablierte Ansätze

Traditionell wurden Bordgeneratoren entweder hydraulisch oder riemengetrieben, obwohl heute auch elektrisch angetriebene Systeme und Wechselrichter zum Angebot gehören.

Hydraulische Systeme nutzen die Energie des Hydraulikkreislaufs der Maschine, um den Generator anzutreiben, während riemengetriebene Systeme die mechanische Energie des Motors über einen Riemen beziehen. Beide benötigen keinen separaten Motor zur Stromerzeugung.

Harrison Hydra-Gen bietet beide Varianten an, wobei die Wahl unter anderem vom verfügbaren Platz und der Motorleistung abhängt. Für Hersteller spielen außerdem Installationsflexibilität, Effizienz und das Zusammenspiel von Stromerzeugung und Auslegerbetrieb eine Rolle.

Gary Crook, Vizepräsident für Ingenieurwesen bei MEC Aerial Work Platforms, erklärt: „Ein riemengetriebener Generator hat einen Effizienzvorteil, da die Kraft mechanisch vom Motor übertragen wird. Diese Einheiten sind jedoch in der Regel groß und schwer und werden direkt am Motor montiert, wo Hitze und Vibrationen Probleme verursachen.“

Hydraulische Systeme bieten verschiedene Vorteile. „Hydraulikgeneratoren geben uns mehr Flexibilität. Wir können sie entfernt von Motorwärme und Vibrationen an einem Ort montieren, der besser zum Gesamtdesign der Maschine passt“, sagt Crook.

„Dies kann einen geringfügigen Einfluss auf die Effizienz haben, da wir mechanische Energie in hydraulische Energie und dann wieder in mechanische Energie umwandeln, um den Generator anzutreiben. Der Generator muss sich jedoch nur dann drehen, wenn elektrische Energie benötigt wird.“

Philip DeCorte, Vizepräsident für Ingenieurwesen bei Harrison Hydra-Gen, erklärt, dass der Integrationsgrad auch zwischen den Herstellern variieren kann.

„Manche Kunden wünschen sich lediglich einen Generator mit Motor und stellen uns die Hydraulik zur Verfügung. Andere wiederum bevorzugen ein Komplettsystem, bei dem wir den Verteiler und alles Weitere liefern, um den Generator antreiben zu können.“

Die Elektroinstallation kann ebenfalls individuell angepasst werden, einschließlich der Bereitstellung und Positionierung der Verteilerkästen.

„Wir wollen den richtigen Generator für die jeweilige Anwendung herstellen“, sagt DeCorte.

Leistungsbedarf

Die von den Herstellern am häufigsten genannten Generatorleistungen liegen bei etwa 3,5 kW, 7,5 kW und 12 kW, wobei kleinere Einheiten für allgemeine Elektrowerkzeuge und größere Systeme vorwiegend für Schweißanwendungen vorgesehen sind.

Kleinere Generatoren werden für Werkzeuge, Beleuchtung und Ladegeräte eingesetzt, während die 7,5-kW- und 12-kW-Versionen je nach Anforderungen der Schweißgeräte ausgewählt werden. Plasmaschneiden ist ein weiteres Anwendungsgebiet für größere Systeme.

Ein Generator an Bord einer MEC-Hubarbeitsbühne. (Bild: MEC).

Laut DeConte sind Veränderungen in der Schweißtechnologie ein Grund für die gestiegene Generatorleistung. Neuere Schweißgeräte von Herstellern wie Miller oder Lincoln liefern höhere Stromstärken, und Kunden fordern zunehmend leistungsstärkere Anlagen.

Auch bei MEC kam es zu einer ähnlichen Veränderung der Kundenspezifikationen.

„Lange Zeit stellte 7,5 kW die Obergrenze der Kundennachfrage dar. Obwohl dies auch heute noch unsere am häufigsten spezifizierte Generatorgröße ist, verzeichneten wir vor etwa drei Jahren eine steigende Nachfrage nach 12-kW-Generatoren für unsere größten Bohrinseln“, sagt Crook.

„Diese Entwicklung hängt maßgeblich mit der Marktnachfrage nach Stahlbauarbeiten zusammen, beispielsweise im Bereich des Rechenzentrumsbaus. Größere Ausleger werden für größere Stahlkonstruktionen eingesetzt, bei denen dickere Stahlverbindungen größere Schweißstäbe und stärkere Schweißraupen erfordern. Diese Anwendungen benötigen mehr Leistung in der Höhe.“

MEC bietet Generatoren mit 3,5 kW, 7,5 kW und 12 kW Leistung an, wobei die 12-kW-Generatoren am häufigsten beim Modell 135-RJ und anschließend beim Modell 85-J nachgefragt werden. Diese Option ist auch für das Modell 66-RJ erhältlich.

Im kleineren Bereich nennt Crook Schleifmaschinen, Trennscheiben und Bohrhämmer als typische Anwendungen.

„Der gemeinsame Vorteil aller drei Größen liegt in der Mobilität. Die Bediener können sich auf der Baustelle frei bewegen und in der Höhe arbeiten, ohne an eine Stromversorgung am Boden gebunden zu sein.“

OEM-Integration

Genie bietet über sein Lift Power-System Generatorlösungen mit unterschiedlichen Konfigurationen an, die auf die jeweilige Maschine und den geografischen Markt abgestimmt sind.

Nick Tupper, Genie-Produktmanager für Ausleger, erklärt, dass die aktuellen Optionen für Hydraulikgeneratoren 3 kW für den Weltmarkt, 7 kW für Australien und 12 kW für Nordamerika betragen.

Diese Systeme verfügen über eine eigene Hydraulikpumpe, während die Hybrid-Arbeitsbühnen S-85 XC FE und die Elektroarbeitsbühnen S-85 XC E von Genie Generatoren mit separaten Elektromotoren nutzen. Letztere Maschinen können zudem über einen DC/AC-Wechselrichter 3 kW Wechselstrom bereitstellen.

Genies erstes Generatorsystem war eine 3 kW starke, riemengetriebene Anlage, die von der Kurbelwellenriemenscheibe des Motors angetrieben wurde.

Lift Power wird als werkseitig eingebaute Option für ausgewählte Gelenk- und Teleskoparbeitsbühnen angeboten, darunter die Modelle Z-45 XC, Z-62, Z-80/60 und ZX-135/70 sowie eine Reihe von S- und SX-Teleskoparbeitsbühnen.

„Da Baustellen immer größer, komplexer und vertikaler werden, verbringen die Bediener immer mehr Zeit in der Höhe“, sagt Tupper.

„Die Möglichkeit, innerhalb der Plattform auf Strom zuzugreifen, spart Zeit, da die Bediener nicht ständig zum Boden zurückkehren müssen, um eine Stromquelle für Werkzeuge zu suchen.“

Das Hydrauliksystem von Genie verfügt außerdem über eine separate Pumpe, wodurch Verzögerungen beim Anlaufen des Generators vermieden werden, wenn der Ausleger bewegt werden muss.

MEC hat das gleiche Problem durch eine andere Betriebsregelung angegangen.

„Bei einigen hydraulisch angetriebenen Systemen müssen die Bediener warten, bis der Generator heruntergefahren ist, bevor sie den Ausleger bewegen können, und dann warten, bis er wieder hochgefahren ist, bevor sie die Arbeit wieder aufnehmen können“, sagt Crook.

„Das kann eine Verzögerung von etwa fünf Sekunden in jede Richtung bedeuten, oder zehn Sekunden Wartezeit jedes Mal, wenn der Bediener eine kleine Positionskorrektur vornimmt, was störend sein kann.“

Die Lösung von MEC ermöglicht gleichzeitige Auslegerbewegungen mit reduzierter Geschwindigkeit, während der Generator in Betrieb ist.

„Für einen Stahlbaumonteur, der von einer Schweißverbindung zur nächsten wechselt, entfällt dadurch das wiederholte Warten, das mit dem Abschalten und Wiederanfahren des Generators verbunden ist. Diese kleinen Unterbrechungen summieren sich im Laufe eines Arbeitstages.“

Unterschiedliche Märkte, unterschiedliche Spezifikationen

Skyjack bietet riemengetriebene und hydraulische Generatorsysteme mit einer Leistung von 3,5 kW bis 12 kW für seine größeren, motorbetriebenen Geländescheren, Teleskopausleger und Gelenkausleger an.

In Nordamerika können ausgewählte Skyjack-Scheren- und Auslegerarbeitsbühnen mit dem Welder Ready Package ausgestattet werden, das die Plattform mit Drehstrom versorgt.

Laut Skyjack ist etwa jede zweite ihrer Ausleger in Nordamerika mit der größten Generatoroption und dem Welder Ready Package ausgestattet, das insbesondere bei Stahlbauunternehmen beliebt ist.

Skyjacks Schweißgerätepaket. (Bild: Skyjack).

Generatoren sind weiterhin als werkseitige Bestelloption für die motorbetriebenen Scheren- und Auslegerarbeitsbühnen erhältlich.

Brock bezeichnet Nordamerika als den Hauptmarkt für Generatoren mit höherer Leistung und schätzt, dass der Anteil der Generatoren an Auslegern in den letzten 15 Jahren von rund 50 % auf etwa 80 % gestiegen ist.

„Es scheint sich zum Standard zu entwickeln. Die Vermietungsfirmen wollen anscheinend nur noch die Auslegerkrane mit Generatoren“, sagt er.

Er bringt diese Nachfrage mit Schweißanwendungen im Bauwesen in Verbindung, darunter Rechenzentren, Brücken und Infrastrukturprojekte.

Außerhalb Nordamerikas verzeichnet Brock eine steigende Nachfrage nach kleineren Generatoren für Werkzeuge und Geräte. Harrison Hydra-Gen bietet 50-Hz- und 60-Hz-Systeme für verschiedene Märkte an, wobei Brock auch ein Wachstumspotenzial in Asien hervorhebt.

MEC berichtet von einer besonders hohen Nachfrage nach Generatoren bei seinen größten Maschinen.

„Bei unseren größten Auslegerkranen schätzen wir, dass etwa 90 % mit einem Generator bestellt werden, im Vergleich zu weniger als 50 % bei kleineren Auslegerkranen“, sagt Crook.

Die Generatoren von MEC sind optional und können nachgerüstet werden, obwohl Crook die werkseitige Installation empfiehlt.

„Wenn sich rund neun von zehn Kunden, die sich für einen unserer größten Ausleger entscheiden, auch für einen Generator entscheiden, zeigt uns das, wie zentral die Bordstromversorgung für die Arbeit mit diesen Maschinen geworden ist.“

Für Genie spiegelt die nordamerikanische Nachfrage auch die Anforderungen an externe Kabel und Geräte wider.

„Auf Baustellen in ganz Nordamerika werden zunehmend Vorschriften zur Verhinderung von herabfallenden Gegenständen und Plattformstürzen eingeführt, was die Nachfrage nach integrierten Stromversorgungslösungen wie Lift Power erhöht, die die Notwendigkeit externer Stromkabel überflüssig machen“, sagt Tupper.

Mietanforderungen

Laut MEC sind für Vermietungsunternehmen die Generatorleistung und deren Auswirkungen auf den Maschinenbetrieb im Allgemeinen wichtiger als die Antriebsanordnung.

„Vermietungsfirmen kommen in der Regel mit einer bestimmten Anforderung an die Generatorleistung zu uns. Sie fragen nach einer bestimmten kW-Leistung, aber es interessiert sie normalerweise nicht, ob der Generator hydraulisch oder mechanisch angetrieben wird“, sagt Crook.

„Entscheidend ist, dass die Maschine die Leistung liefert, die ihre Kunden benötigen, und ihnen ein effizientes Arbeiten ermöglicht.“

Genie legt ebenfalls Wert auf die sofortige Verfügbarkeit von Strom.

„Obwohl nicht auf allen Baustellen Hubarbeitsbühnen mit integrierter Stromversorgung benötigt werden, erwarten Vermietungsfirmen und Betreiber, dass Generatoren bei Bedarf auf Knopfdruck Strom erzeugen“, sagt Tupper.

Die elektrische Alternative

Die Elektrifizierung beeinflusst auch die Art und Weise, wie Hersteller die Stromversorgung in der Höhe sicherstellen. Spezielle Elektromotoren und Wechselrichter bieten Alternativen zu herkömmlichen, motorbetriebenen Systemen.

DeCorte erklärt, dass Harrison Hydra-Gen Generatoren mit Elektromotoren antreiben kann, die von Maschinenbatterien gespeist werden. Das Unternehmen liefert außerdem Systeme für Hybridgeräte, darunter Generatoren zum Aufladen von Batterien.

Für MEC besteht die Herausforderung darin, aus dem Gleichstromsystem einer elektrischen Maschine effizient ausreichend Wechselstrom zu erzeugen.

„Bei einer elektrischen Maschine besteht das Ziel darin, die Gleichstromenergie der Batterie mit möglichst geringen Umwandlungsverlusten in nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln“, sagt Crook.

„Die Festkörper-Invertertechnologie bietet einen möglichen Lösungsansatz, aber es gilt, Herausforderungen zu bewältigen, insbesondere bei den höheren Leistungspegeln, die zum Schweißen erforderlich sind.“

Als besondere Einflussfaktoren nennt er die Wärmeerzeugung, die Einschaltdauer des Schweißgeräts und die Kosten.

Bei niedrigeren Leistungsstufen sieht MEC in einigen Regionen auch eine Nachfrage nach kompakten Wechselrichtern, die etwa 1 kW einphasigen Wechselstrom für batteriebetriebene Hubarbeitsbühnen im Innenbereich liefern, hauptsächlich zum Laden von Akkus für Akkuwerkzeuge.

Skyjack bietet eine Power-to-the-Platform-Funktionalität für seine batterieelektrischen Scheren- und Auslegerkrane, wodurch eine externe Stromversorgung am Fuß der Maschine angeschlossen werden kann.

Mit Blick auf die Zukunft geht Crook davon aus, dass die Bordstromversorgung bei verschiedenen MEWP-Konfigurationen zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.

„Jedes Mal, wenn ein Bediener die Arbeit unterbrechen, die Maschine unnötigerweise bewegen oder zum Stromanschluss auf den Boden zurückkehren muss, entstehen Produktivitätseinbußen“, sagt er.

„Das übergeordnete Ziel von MEC ist es, diese Ausfälle bei den von uns angebotenen Hubarbeitsbühnen zu reduzieren, was sowohl den Bedienern der Maschinen als auch den Vermietungsunternehmen, die sie bereitstellen, zugutekommt.“