Eine rasante Zunahme an E-Nutzfahrzeugen darf nicht auf Kosten der Sicherheit geschehen, insbesondere bei der Personensicherheit. Bucher Hydraulics erfüllt diese Anforderungen mit innovativen Lösungen und ermöglicht damit eine Energieversorgung im Nutzfahrzeug, die laut eigenen Angaben sicherer ist als die Stromversorgung im Badezimmer.
Mit der Einführung von fest installierten ePTOs (Electric Power Take-Off, elektrischer Nebenabtrieb) oder elektrischen Steckdosen verändert sich die Art und Weise, wie wir mobile Arbeitsmaschinen nutzen, grundlegend. Solche Entwicklungen erfordern Lösungen vonseiten der Fahrzeughersteller, die eine zuverlässige und sichere Stromversorgung gewährleisten. Diese muss nicht nur Unfälle verhindern, sondern auch sicherstellen, dass das Fahrverhalten des Nutzfahrzeugs durch die zusätzlichen Systeme nicht beeinträchtigt wird.
Dieser Fach-Artikel untersucht, warum traditionelle Sicherheitslösungen aus stationären Anwendungen oft nicht direkt auf mobile Umgebungen übertragbar sind, und präsentiert neue Ansätze, die einen verbesserten Schutz bieten sollen.
Gefahren in stationären und isolierten Stromnetzen
Ein zentrales Element der elektrischen Sicherheit ist der Potential-Ausgleich. Dieser verhindert gefährliche Spannungs-Unterschiede und minimiert die Gefahr eines elektrischen Schlages. In herkömmlichen Gebäuden werden deshalb der Neutralleiter (N) und alle leitfähigen, berührbaren Teile mit der Erde verbunden. Im Fehlerfall wird der Strom zur Erde abgeleitet und bei Überlastung die Sicherung ausgelöst.
Allerdings kommt es vor, dass die Erdung des Versorgungsnetzes unbeabsichtigt zu einem Stromfluss führt, z.B. wenn eine Person einen stromführenden Leiter berührt, der durch eine defekte Abdeckung freigelegt wurde, was zu schweren Verletzungen oder gar zum Tod führen kann. Um solche Risiken zu minimieren, überwachen in geerdeten, stationären Systemen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) ständig den Stromfluss durch die einzelnen Leiter. Sie unterbrechen die Stromzufuhr sofort, wenn sie ein Ungleichgewicht feststellen, das auf eine Ableitung durch Körperkontakt hinweist, und bieten so einen wirksamen Schutz vor Verletzungen durch Körperströme.
Erforderlichkeit eines modernen Überwachungssystems
Im Gegensatz dazu sind die Stromnetze in Fahrzeugen allpolig isoliert und nicht geerdet. Eine Berührung von stromführenden Teilen führt damit nicht zur Stromübertragung auf das Fahrgestell oder den Boden. Diese Isolierung verringert das Risiko eines Stromschlags erheblich, allerdings werden Fehler in der Isolation von den Schutzmechanismen der Überstromsicherungen und Fehlerstrom-Schutzschalter häufig nicht sicher erkannt.
Solche Isolationsfehler sind zwar nicht unmittelbar gefährlich, können aber in Verbindung mit einem zweiten Fehler (z.B. bei Berührung) zu kritischen Situationen führen. Daher ist ein fortschrittliches Überwachungssystem erforderlich, das sicherstellt, dass Isolationsprobleme rechtzeitig erkannt und behoben werden, um die Sicherheit aller Benutzer zu gewährleisten.
Spezial-Monitore gewährleisten Sicherheit
Isolationsmonitore können die erforderliche Überwachung übernehmen. Sie werden auch Insulation Monitoring Devices (IMDs) genannt und sind wesentliche Komponenten zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit in Elektrofahrzeugen. Diese Geräte überwachen kontinuierlich den Isolationswiderstand des elektrischen Systems und stellen sicher, dass dieser stets über den in internationalen Normen wie ISO 6469-3 festgelegten Mindestwerten liegt. Dadurch werden gefährliche Körperströme beim Berühren spannungsführender Teile verhindert.
Traditionell werden solche Monitore in hochverfügbaren Notstromnetzen eingesetzt. In Elektrofahrzeugen werden sie als „Warning Devices“ klassifiziert, was bedeutet, dass sie nur Warnungen ausgeben und das Hochvoltnetz nicht automatisch abschalten, da dies zu gefährlichen Fahr-Zuständen führen könnte. Eine Warnung des Isolationsmonitors kann jedoch den Start des Fahrzeugs verhindern, um die rechtzeitige Behebung des Isolationsfehlers sicherzustellen.
Allerdings wird bei Elektrofahrzeugen durch zusätzliche Abdeckungen der elektrischen Anlagen sichergestellt, dass aktive Teile während der Fahrt nicht berührt werden können, wodurch die Gefahr eines elektrischen Schlages minimiert wird. Im Falle eines Unfalls, z.B. beim Auslösen eines Airbags, wird das Hochvoltsystem sofort abgeschaltet – unabhängig davon, ob ein Isolationsfehler erkannt wurde. Eine solche Abschaltung des Hochvoltsystems ist die einzige definitive Methode zur Beseitigung elektrischer Gefahren.
Kurzschluss-Sicherheit bei elektrischen Fahrzeugen
Moderne Leistungs-Elektroniken in E-Fahrzeugen verfügen fast immer über einen sehr wirksamen Kurzschluss-Schutz, um die empfindlichen Halbleiter-Bauelemente zu schützen. Anders als in stationären Anlagen, wo herkömmliche Schmelzsicherungen den Stromfluss bei Überlastung unterbrechen, ist deren Einsatz in Fahrzeugen nicht erforderlich.
In der Fahrzeug-Elektronik wird der Stromfluss automatisch und nahezu augenblicklich unterbrochen, wenn ein Kurzschluss erkannt wird, was schneller geschieht, als Schmelzsicherungen reagieren könnten. Diese rasche Reaktion schützt auch die Verkabelung oder angeschlossene Verbraucher und trägt zur Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Fahrzeugs bei.
Installation elektrischer Steckdosen
Stromanschlüsse in Nutzfahrzeugen erweitern die Funktionalität erheblich und ermöglichen den Betrieb verschiedener Geräte wie Elektrowerkzeuge, Batterieladegeräte, Kühl- und Heizgeräte sowie Beleuchtungs-Einrichtungen. Außerdem können z.B. leistungsstarke Kompressoren betrieben werden, was den Einsatzbereich der Fahrzeuge erweitert. Eine Installation elektrischer Steckdosen in Nutzfahrzeugen stellt besondere Sicherheits-Anforderungen. Um die Risiken zu minimieren, insbesondere wenn ungeschultes Personal Zugang hat, sind moderne Schutzmaßnahmen erforderlich.
Für den sicheren Betrieb eines Fahrzeugs ist die Nutzung der elektrischen Steckdosen nicht entscheidend. Daher ist es sinnvoll und notwendig, die Steckdose bereits beim Auftreten eines ungefährlichen Erstfehlers abzuschalten. Dies wird durch die Kombination von Isolationsüberwachung und Abschaltautomatik ermöglicht, womit der Isolationsmonitor zum „Safety Device“ wird. Der defekte Verbraucher (mit dem Isolationsfehler) wird vom Traktionsnetz des Fahrzeugs getrennt, wodurch ein Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs verhindert wird.
Es muss unbedingt verhindert werden, dass ein defekter Verbraucher zu einer unsicheren Fahrsituation führt. Allerdings können dadurch verderbliche Waren in einem Kühlfahrzeug unbrauchbar werden, wenn der Fahrer nicht schnell genug eine Lösung für den Defekt findet.
