Zur Elektrifizierung von Bussen und anderen schweren Fahrzeugen wie Bau- und Landmaschinen fertigt ROSE Systemtechnik individuelle Hochvoltverteiler © ROSE Systemtechnik

Mit Elektro-Power in die Zukunft

Der Technologiekonzern Voith fertigt unter anderem elektrische Antriebslösungen für Stadt- und Überlandbusse. Ein Bestandteil der Systeme sind sogenannte High Voltage Distribution Units (HVDU): Sie übernehmen die Leistungsverteilung im Fahrzeug.

Gehäuse von ROSE Systemtechnik schützen die empfindliche Elektronik vor Witterungseinflüssen.

Das Vorhaben ist ambitioniert: Bis 2030 soll nach den Vorstellungen der Bundesregierung jeder zweite Stadtbus in Deutschland elektrisch unterwegs sein. Um diesen Plan erfolgreich umsetzen zu können, braucht es allerdings effiziente, leistungsstarke Antriebstechnologien. Bei der Voith GmbH & Co. KGaA Im baden-württembergischen Heidenheim beschäftigt man sich bereits seit Jahren mit genau diesem Thema. 2019 stellten die Spezialisten des Konzernbereichs Transport & Automotive ihr innovatives Voith Electrical Drive System (VEDS) vor – den effizientesten elektrischen Antriebsstrang weltweit. „Unsere Lösung verbraucht bis zu 20 Prozent weniger Energie als vergleichbare Produkte“, erzählt Markus Hochmüller, Head of Field Testing Embedded Electrics/Electronics bei Voith.

Öffentliche Verkehrsmittel weltweit fahren mit dem System

Das VEDS besteht aus einem wassergekühlten Permanentmagnet-Motor, einem hocheffizienten Wechselrichter sowie Steuerungssoftware. Die Antriebslösung ist mit Batteriesystemen unterschiedlichster Hersteller kompatibel und auch für den Einsatz in Brennstoffzellen-EV-Antriebssträngen vorbereitet.

Da das VEDS sehr kompakt baut, lässt es sich einfach in Chassis integrieren, die ursprünglich für Verbrennungsmotoren ausgelegt wurden. Deshalb können auch Busse mit konventionellem Diesel-, Hybrid- oder Gasantrieb leicht auf das VEDS umgerüstet werden. Das geringe Gewicht des Voith Electric Drive Systems sorgt zudem für einen relativ geringen Energieverbrauch der Fahrzeuge, wodurch sich deren Reichweite deutlich erhöht.

2021 bringt Voith schließlich die Ausführung „Medium Duty“ (MD) auf den Markt – eine Variante des VEDS für Solobusse und LKW bis zu einem Gewicht von 19 t. Diese Antriebslösung ist besonders für den innerstädtischen Einsatz geeignet. Inzwischen treibt das VEDS viele E-Busse rund um den Globus an – alleine in London sind rund 20 Prozent dieser Fahrzeuge mit dem System ausgestattet.

High Voltage Distribution Unit ist das Herzstück

Eine wesentliche Komponente des VEDS ist das Hochvoltverteilsystem, auch High Voltage Distribution Unit (HVDU) oder HV Power Distribution Unit (HV PDU) genannt. Die HVDU sorgt für die Verteilung der Hochspannungsenergie von der Batterie oder dem Stromabnehmer an die elektrischen Verbraucher im Bus.

Hochvoltverteiler gewährleisten zudem die Absicherung aller Ein- und Ausgänge an den Polen und schützen die einzelnen Elemente sowie die Verbindungen vor Überlastung.

Für die sichere Kapselung der in den HVDUs verbauten Elektronik wählte Voith Gehäuse von ROSE Systemtechnik. Das Unternehmen hat über 50 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Fertigung widerstandsfähiger Gehäuselösungen für industrielle Anwendungen.

„Wir beziehen für Applikationen in unseren Unternehmensbereichen Wasserkraft und Papierherstellung schon seit langem Gehäuse von ROSE und schätzen die hohe Qualität der Produkte“, begründet Markus Hochmüller die Entscheidung.

ROSE produziert Gehäuse aus Aluminium, Edelstahl, Polyester, ABS und Polycarbonat. Die Klemmenkästen schützen die verbauten elektronischen Komponenten vor Wasser und Fremdkörpern und besitzen mindestens die Schutzart IP65. Speziell für Hochvoltverteiler gibt es darüber hinaus eine Produktrange, die über die Schutzarten IP67 und IP69K, Netzleitungsschutz sowie eine Sicherheitsabschaltung verfügt. Darüber hinaus bieten diese Gehäuse einen sehr hohen EMV-Schutz und widerstehen selbst korrosiven Belastungen.

Aluminiumgehäuse kapseln die empfindliche Elektronik

Zum Schutz der elektronischen Bauteile der HVDU nutzt Voith Aluminium-Standardgehäuse von ROSE in den Abmessungen 310x600x181 mm. In den Gehäusen befindet sich neben der HV-Platine, dem HV-Relais, Sicherungen und einem Isolationswächter auch ein Mess-Shunt. Er erfasst die Temperatur an der Bauteil-Oberfläche, die Stromstärke und die Spannung.

ROSE liefert für die HVDUs allerdings keine Gehäuse von der Stange. Es handelt sich zwar um ein Standardmodell – das wird aber nach den Vorgaben von Voith individuell bearbeitet. Bei dem Gehäusespezialisten ist das keine Besonderheit, sondern ein ganz normaler Service. „Etwa 14.000 kundenspezifische Gehäuse verlassen unser Werk in Porta Westfalica pro Woche“, erzählt Frank Dorpmüller, Leiter Qualitätsmanagement bei ROSE.

Individuelle Bearbeitung gehört zum Standard

Zu den Bearbeitungsoptionen bei ROSE gehören Fräsen, Bohren, Gravieren oder Gewindeschneiden. Die Gehäuse können aber auch sandgestrahlt, passiviert und pulverbeschichtet oder im Corporate Design des Kunden lackiert werden. Bei Bedarf übernimmt ROSE darüber hinaus die Konfektionierung der Gehäuse mit der erforderlichen Elektronik. Auf Wunsch kümmern sich die Gehäusespezialisten zudem um die Beschaffung der benötigten Baugruppen und Komponenten.

Die Aluminiumgehäuse für Voith werden gefräst sowie mit Bohrungen, Stehbolzen und Befestigungslaschen versehen. Zum Schluss erhalten sie noch eine kundenspezifische Lackierung. „Es ist für uns sehr praktisch, die Gehäuse, die Bearbeitung und die Konfektionierung aus einer Hand zu bekommen“, so Markus Hochmüller. „Das spart uns viel Zeit.“

Hohe Anforderungen an die Produktqualität

Eine zentrale Anforderung von Voith an die Gehäuse von ROSE ist die Robustheit, denn die Hochvoltverteiler der E-Busse müssen sowohl rauen Witterungsverhältnissen als auch Erschütterungen standhalten. Das Unternehmen prüft deshalb regelmäßig u. a. mit Salzwasser- und Dichtigkeitstests die Materialqualität und Produkteigenschaften der Aluminiumgehäuse. Zusätzlich werden die Klemmenkästen mit einem sogenannten Shaker in Schwingung versetzt, um festzustellen, ob sie vibrationsfest sind.

Bauweise ermöglicht hohe Stabilität

Aluminiumgehäuse von ROSE eignen sich besonders gut für den Schutz der Elektronik von High Voltage Distribution Units. Das hängt mit ihrer Bauweise zusammen: Sie sind nach dem Feder-Nut-Prinzip konstruiert und damit absolut dicht. Der Anwender hat die Wahl zwischen einer großen Bandbreite an Dichtungen z. B. aus Polyurethan (PUR) oder Chloropren (CR). Auf Anfrage können die Gehäuse aber auch mit Sonderdichtungen jeder Art ausgestattet werden.

Für eine hohe Robustheit sorgt zudem das Fertigungsverfahren: Aluminium-Standardgehäuse von ROSE werden im Druckguss aus einer hochwertigen Aluminium-Gusslegierung AC-AlSi 12 (Fe) hergestellt (nach DIN-EN 1706). Dadurch sind die Gehäuse sowohl leicht als auch sehr stabil und können in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden. Das Druckgussverfahren hat aber noch einen weiteren Vorteil: Es sorgt für eine gleichmäßige Struktur und hohe Festigkeit der Gehäusewände.

Hohe Nachfrage nach Alu-Gehäusen für E-Busse

Voith ist mit den Aluminium-Standardgehäusen von ROSE sehr zufrieden. Das zeigt sich
u. a. an den steigenden Stückzahlen, die das Heidenheimer Unternehmen für seine HVDUs ordert. „In den letzten eineinhalb Jahren sind die Abnahmemengen stark gestiegen“, berichtet Jochen Schäfer, der Voith als Gebietsverkaufsleiter betreut. Der Außendienstmitarbeiter von ROSE ist sich sicher, dass der Trend anhält: „Das Thema Elektrobusse wird in den kommenden Jahren immer wichtiger werden.“

Quelle: www.rose-systemtechnik.com