Gabelstapler Batterie: Holen Sie das Maximum aus der Staplerbatterie
Die Preise für Diesel und Treibgas steigen, Umweltauflagen werden immer strenger. Vor diesem Hintergrund entscheiden sich Betreiber von Gabelstaplern und anderen Flurförderzeugen heute häufig für eine Maschine mit Elektroantrieb. Elektrostapler arbeiten emissionsfrei und leise. Zudem sind sie kompakt, wendig und dank moderner Technologien auch sehr leistungsfähig. Bei den Betriebskosten zeigen sie sich günstiger als Stapler mit Verbrennungsmotor.
Allerdings erfordern sie eine höhere Investition bei der Anschaffung. Der Grund liegt in den Kosten für den Akku. Sie können bis zu einem Drittel des Anschaffungspreises ausmachen. Da kommt man bei einem Stapler der 30.000 Euro-Klasse schon auf eine bedeutende Summe. Es macht viel Sinn, die Leistungsfähigkeit der Kraftquelle möglichst lange zu erhalten – und damit den Vorteil bei den Betriebskosten. Heute werden meist Blei-Säure-Akkus oder Blei-Gel-Akkus als Traktionsbatterie in Staplern genutzt.
Die Lebensdauer einer normalen Staplerbatterie in Form eines Blei-Säure-Akkus liegt etwa bei 6.000 Arbeitsstunden. Das entspricht rund fünf bis sechs Jahren Betrieb mit 300 bis 500 Ladezyklen. Dies trifft jedoch nur unter optimalen Bedingungen zu. Falsche Ladung, Überbeanspruchung sowie mangelnde Wartung und Pflege können die Lebensdauer drastisch verkürzen. Manche Staplerbatterie gibt bereits nach weniger als einem Jahr den Geist auf. Die teuere Kraftquelle will sorgfältig behandelt werden.
Funktionsweise einer Batterie
Eine Staplerbatterie funktioniert nicht wie ein Tank, den man mit „Energie“ füllt und diese dann verbraucht. Meist sind Staplerbatterien als wieder aufladbare Blei-Säure-Akkus oder Blei-Gel-Akkus ausgeführt. Die Bezeichnung Akku und Batterie wird der Einfachheit halber im allgemeinen Sprachgebrauch sinngleich nebeneinander verwendet, obwohl mit Akku ursprünglich eine einzelne wieder aufladbare Zelle gemeint war. Eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Akkuzellen wurde als Batterie bezeichnet.
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Hier fließt der Strom
Eine einzelne Akkuzelle ist im Prinzip ein Behälter mit zwei Bleiplatten in einem Elektrolyten aus Schwefelsäure. Im geladenen Zustand bestehen die positive Polplatte aus Bleidioxid und die negative aus blankem Blei. Beim Entladen wird das Blei der negativen Platte in Bleisulfat umgewandelt. Dabei werden 2 Elektronen abgegeben, die zur positiven Platte wandern. Dabei fließt Strom, der genutzt werden kann. Das Bleidioxid der positiven Platte reagiert mit der Schwefelsäure. Es entstehen Bleisulfat und Wasser. Das ist auch der Grund, weshalb die Säurekonzentration abnimmt.
Beim Laden der Batterie wird durch Zuführung elektrischer Energie das Bleisulfat der positiven Platte wieder in Bleidioxid umgewandelt und gibt dabei 2 Elektronen ab. Die wandern zur negativen Platte und setzen das Bleisulfat wieder in Blei um. Es entsteht Schwefelsäure und die Säurekonzentration steigt wieder. Die Prozesse laufen in allen hintereinander geschalteten Akkuzellen ab.
Bei einer unvollständigen Ladung der Batterie wird nicht alles Bleisulfat zurückgewandelt. Es bleibt an den Platten und verkrustet mit der Zeit. Die Batterie verliert an Kapazität. Diese Sulfatierung kann teilweise mit speziellen Ladetechniken wieder aufgehoben werden und die Kapazität der Batterie erholt sich wieder. So lassen sich Batterien regenerieren.
Von 2 Volt auf die gewünschte Spannung
Die Spannung einer einzelnen Zelle beträgt etwa 2 V. Nennspannung, Wirkungsgrad und Energiedichte hängen von der Art der verwendeten Materialien ab. Bei einer Staplerbatterie sind viele einzelne Zellen hintereinander geschaltet, um die benötigte Betriebsspannung von beispielsweise 24 V, 48 V oder 80 V zu erzielen. Kapazität und Stromstärke werden nicht durch Parallelschaltung erzielt, sondern durch die Dimensionierung des Akkus.
Batterien unterliegen einer Selbstentladung. Diese hängt von verschiedenen Faktoren ab: Batterietyp, Temperatur und der richtigen Pflege der Batterie. Eine geladene Batterie sollte bei niedrigen Temperaturen gelagert werden. Da die Zellen einer Batterie in Reihe geschaltet sind, hängt die Qualität von der schwächsten Zelle ab. Hier müssen die noch geladenen Zellen den Strom durch bereits entladene Zellen „pumpen“. Durch den Innenwiderstand der schwachen Zellen kommt es zu einer Zellerwärmung, die einen Teil der elektrischen Energie „frisst“ und für den Antrieb des Staplers nicht verfügbar ist. Die Selbstentladung der Batterie wird durch Verschmutzungen deutlich erhöht.
Batterien richtig nutzen
Wird eine Batterie mit nur geringer Restladung weiter beansprucht, erhöht sich ihre Temperatur. Auch die elektrischen Komponenten des Staplers können dabei überhitzen. Bleibende Schäden bis zum Motorausfall sind nicht selten die Folge. Zudem sinken Hub- und Zugkraft der Maschine deutlich. Moderne Gabelstapler verfügen über eine integrierte Schutzschaltung gegen Tiefentladung. Ab einem Ladezustand unterhalb einer eingestellten Grenze wird die Hubfunktion abgeschaltet. Die Fahrfunktion bleibt erhalten, damit die Maschine zum Laden oder Wechseln der Batterie zur Ladestation gefahren werden kann.
Anbaugeräte als Energieräuber
Beim Betrieb mit Anbaugeräten zeigt sich häufig eine deutlich kürzere Nutzungszeit der Batterie bis die nächste Ladung erforderlich ist. Der Strombedarf steigt durch Anbaugeräte mit elektrischem oder hydraulischem Antrieb teilweise stark an. Besonders Greifer und Drehgeräte können sich als Energiefresser herausstellen. Eine Ursache für eine ungewöhnlich schnelle Entladung der Antriebsbatterie kann darin liegen, dass das Anbaugerät nicht richtig ausgewählt wurde. Ein weiterer Grund ist beispielsweise die falsche Einstellung von Pumpen oder anderen Aggregaten für das Anbaugerät. Hier ist der Fachmann gefragt, zum Beispiel vom Serviceteam des Lieferanten eines Anbaugerätes. Ansonsten hilft nur das regelmäßige Laden oder der Austausch der Batterie gegen eine frisch geladene.
Batterien richtig laden
Beim Laden einer Traktionsbatterie gibt es bestimmte Dinge, auf die man einfach verzichten sollte. Mal eben schnell nachladen gehört dazu. Die oft geübte Praxis rettet vielleicht den Staplerbetrieb bis zum Schichtende, trägt aber stark dazu bei, die Batterie dauerhaft zu schädigen. Eine Ladung sollte immer vollständig durchgeführt werden. Unterladung bekommt Traktionsbatterien nicht. Der Alterungsvorgang beschleunigt sich. Ebenso schädlich ist eine Ladung mit zu hohen Strömen, wie sie manchmal bei Schnellladegeräten verwendet werden. Dabei erwärmen sich die Batterien. Auch das verkürzt die Lebensdauer und kann sogar zum vollständigen Ausfall führen. Bei modernen Ladegeräten passt eine Automatik mit Temperatursensor die Ladung ständig an die Batterietemperatur an. Das Überladen einer Batterie mit zu hoher Spannung führt schnell zu deren Zerstörung.
Gute Ladegeräte zahlen sich aus
Moderne Ladegeräte tragen dazu bei, Fehler beim Laden zu vermeiden. Sie sind in der Anschaffung zunächst etwas teurer als einfache Geräte, rentieren sich jedoch durch eine verlängerte Lebensdauer der Batterien. Teilweise verfügen sie über umschaltbare Ladekennlinien für unterschiedliche Batterietypen. Wegen der Anschaffungskosten und der Bedeutung für den Betriebsablauf macht es auch Sinn, Ladegeräte so aufzubewahren oder aufzustellen, dass sie nicht versehentlich – zum Beispiel durch Stapler – beschädigt werden können. Das gilt auch für Stecker und Kabel, die leicht einmal überfahren werden können.
Eine interessante Entwicklung haben so genannte HF-Ladegeräte angestoßen. Die Hochfrequenzladegeräte bieten eine um etwa 15 Prozent höhere Leistung gegenüber den normalen Geräten für 50-Hz-Betrieb. Zudem sind sie sehr kompakt und leicht. Die Mehrkosten spielen sich in etwa einem Jahr wieder ein.
Vorsicht Knallgas!
Gegen Ende des Ladevorgangs ist das Bleisulfat zum größten Teil wieder umgewandelt. Eine weitere Energiezufuhr erhöht die Batterieladung nicht mehr. Die Zellen beginnen, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Es bildet sich so genanntes Knallgas, das bereits in einer geringen Konzentration von 4 % eine Explosionsgefahr darstellt. Daher sind Zündquellen von der Batterie fern zu halten und der Raum ausreichend zu belüften. Ein Unternehmen, das auf Nummer sicher gehen möchte, kann für Batterieladebereiche Sensoren, Controller und Warnmittel verwenden, die vor Explosionen durch Knallgasentzündung schützen.
Anforderungen an Batterieladeanlagen
Es ist nicht damit getan, einen Stapler zur Ladung der Batterie einfach irgendwo an ein Ladegerät anzuschließen. Der Raum, in dem die Batterieladungen erfolgen, muss bestimmte Voraussetzungen erfüllen. Man unterscheidet Batterieladeräume, Batterieladestationen und Einzelladeplätze. Nach BGI 5017 soll der Raum oder Bereich „frei von Erschütterungen, trocken, frostfrei und kühl sein. Unmittelbare Sonneneinstrahlung und Temperaturunterschiede im Raum sind zu vermeiden. Die Raumtemperatur sollte vorzugsweise zwischen +10 °C und maximal +25 °C liegen. Anzustreben ist eine Temperatur von +20 °C“.
Ausreichende Belüftung
Weiterhin fordern die Vorschriften eine ausreichende Belüftung des Raums oder Bereichs. Sie kann durch natürliche Lüftung – beispielsweise durch Decken-/Wandöffnungen, Fenster und Türen, Abzugsrohre oder -kanäle erfolgen. Bei nicht ausreichender natürlicher Lüftung muss sie durch technische Maßnahmen sichergestellt sein. Auch für Zündquellen gibt es genaue Vorschriften. So ist beispielsweise eine Raumheizung mit offener Flamme oder mit Glühkörpern unzulässig. Oberflächen von Heizkörpern dürfen nicht höher als 200 °C betragen. Es gibt einen vorgeschriebenen Mindestabstand zwischen den Batterien und den Ladegeräten sowie zu Steckern, Schaltern und Elektromotoren.
Batterieladeanlagen sind zu kennzeichnen – mit dem Warnzeichen „Warnung vor Gefahren durch Batterie“ und dem Verbotszeichen „Feuer, offenes Licht und Rauchen verboten“.
Wasser und Abwasser
Weitere wichtige Punkte sind u.a. ein Wasseranschluss mit Schlauch zur Raumreinigung und zur Reinigung der Batterie sowie Fußboden, Decken und Wände mit elektrolytbeständigem Belag. Für Wartungsarbeiten wie das Nachfüllen von Wasser und die Kontrolle der Elektrolytkonzentration ist es erforderlich, geeignete Schutzkleidung aus Brille, Schuhen, Handschuhen und Schürze sicher bereit zu stellen und auch zu verwenden.
Elektrolyt darf nicht in die öffentliche Kanalisation gelangen. Es muss in speziellen Behältern gesammelt und neutralisiert werden. Ist Elektrolyt ausgelaufen, muss saugfähiges bzw. neutralisierendes Bindemittel vorhanden sein.
Weiterführende Informationen und Vorschriften rund um das Laden von Batterien finden Sie unter folgenden Links:
- Betriebsanweisung Batterien des BGHW
- Batterieladeanlagen für Flurförderzeuge, BGHW
- Batterie-Ladeanlagen, VdS Schadenverhütung GmbH
Wasser und Säure nachfüllen
Da die Säurekonzentration einer Batterie abhängig ist vom Ladezustand und durch Knallgasbildung Wasser verloren geht, muss die Elektrolytmenge nach jedem Ladevorgang kontrolliert werden. Nach jeweils etwa fünf bis zehn Ladevorgängen ist Batteriewasser nachzufüllen – destilliertes Wasser oder entmineralisiertes Wasser. Bei zu niedrigem Wasserstand kann das aktive Bleimaterial austrocknen und verkrusten. Die Folge: bleibende Schäden. Zu viel Wasser ist aber ebenfalls nicht hilfreich. Deshalb nur bis zur Markierung nachfüllen. Für gehobene Ansprüche stehen auch automatische Befüllsysteme zur Verfügung.
Empfehlenswert ist es, die Elektrolytkonzentration regelmäßig zu prüfen. Am besten alle zwei Monate. Denn es kann auch sein, dass zu wenig Säure vorhanden ist. Die muss dann nachgefüllt werden. Bei allen Arbeiten an Batterien – besonders beim Nachfüllen von Säure ist es erforderlich, geeignete Schutzkleidung zu tragen.
Pflege der Batterie
Im Betriebsalltag bleiben Verschmutzungen an Gabelstaplern nicht aus. Davon ist auch die Antriebsbatterie betroffen, selbst wenn sie unter einer Abdeckung vor dem Gröbsten geschützt sind. Staubablagerungen treten mit der Zeit immer auf. Zudem enthalten die Kraftquellen Säure, die im Gebrauch auch schon einmal Spuren hinterlässt. Und spätestens dort wird Sauberkeit nicht nur zu einem optischen Merkmal, sondern zu einem Faktor, der die Leistungsfähigkeit und Sicherheit beeinflusst.
Bereits geringe Mengen austretender Elektrolytpartikel können eine Schicht auf den Batteriezellen oder den Blockdeckeln bilden. Gerade beim Laden kann sich eine solche Schicht bilden. Diese Schicht ist schwach elektrisch leitend. Durch sie fließen so genannte Kriechströme. Die Folge: die Batterien oder einzelne Zellen entladen sich von selbst. Oft bemerken Staplerfahrer nach einem Wochenende, dass die Kapazität der Batterie nachgelassen hat. Fließen hohe Kriechströme besteht auch die Gefahr einer Knallgasexplosion.
Batteriereinigung
Vielfach ist es ausreichend, der Batterie täglich etwas Zuwendung zu geben, indem man Staub, Schmutz und mögliche Verkrustungen von den Oberflächen abwischt. Bei der Gelegenheit kann man auch gleich schauen, ob die Batterie eine mechanische Beschädigung aufweist, oder ob eventuell ausgetretener Elektrolyt im Batterietrog vorhanden ist.
Nach der Vorschrift DIN EN 50272-3 muss der Isolationswiderstand von Traktionsbatterien mindestens 50Ω je Volt Nennspannung betragen. Bei Batterien für Elektroflurförderzeuge nach DIN EN 1175-1 darf der Isolationswiderstand nicht kleiner als 1000Ω sein. Bei verschmutzten Batterien und Batterietrögen ist dies nicht gewährleistet. Um die geforderte Isolation wiederherzustellen sowie Korrosionsschäden und Kriechströme zu vermeiden, ist in solchen Fällen eine gründliche Batteriereinigung nötig.
Dazu wird zunächst die Batterie aus dem Stapler ausgebaut werden. Da bei der Reinigung elektrolythaltiges Spülwasser entsteht, ist dafür Sorge zu tragen, dass es vorschriftsmäßig entsorgt werden kann. Das Tragen von Schutzkleidung ist auch hier erforderlich. Die Batteriestopfen müssen dicht geschlossen sein. Gelangt Flüssigkeit in den Batterietrog, ist sie abzusaugen. Die Kunststoffteile der Batterie dürfen nur mit Wasser gereinigt werden. Mit Druckluft oder Putztüchern sollte die Batterie anschließend getrocknet werden.
Kärchern gestattet
Es lässt sich sogar ein Hochdruckreiniger einsetzen, wenn bestimmte Maßnahmen getroffen sind. Dazu gehört es, vorher die Zellenverbinder auf festen Sitz zu kontrollieren bzw. fest anzuziehen. Reinigungsmittel dürfen nicht verwendet werden. Um eine Überhitzung von Teilen der Batterie zu vermeiden, ist es erforderlich, die Temperatur am Hochdruckgerät so einzustellen, dass die Temperatur rund 30 cm hinter der Austrittsdüse 60 °C nicht übersteigt und der Druck auf 50 bar begrenzt wird. Die Entfernung sollte auch nicht geringer sein. Eine Stelle sollte nicht länger als wenige Sekunden gestrahlt werden, um eine örtliche Überhitzung zu vermeiden. Nach dem vollkommenen Trocknen, sollte die Batterie wieder fit sein für die kommenden Belastungen.
Erste Hilfe…
Eine Tiefentladung kann schwer wiegende Schäden an der Traktionsbatterie verursachen und ist stets zu vermeiden. Wird eine Batterie dennoch einmal tiefentladen, kann versucht werden, die Leistung zumindest teilweise wieder herzustellen. Dazu lädt man die Batterie mit einem geringen Ladestrom über einen längeren Zeitraum. Zur Vermeidung einer Unterladung wird die Batterie anschließend mit einer Ausgleichsladung vorsichtig weiter geladen. Dabei kann die Ladespannung leicht ansteigen, ohne dass Ladestrom fließt. Und mit etwas Glück gelingt es, die isolierende Bleisulfatschicht zu durchbrechen. Vorausgesetzt, die Sulfatbildung ist noch nicht zu stark fortgeschritten und die Säure noch nicht ganz verbraucht. In jedem Fall schadet es der Batterie, wenn sie in entladenem Zustand aufbewahrt wird. Ein Ladeversuch sollte zum frühest möglichen Zeitpunkt erfolgen.
…oder Intensivstation
Als letzter Weg zur Rettung einer sulfatierten Batterie kann versucht werden, die Sulfatierung mit speziellen Techniken aufzubrechen. Beispielsweise mit einem so genannten Pulser, zum Beispiel Megapuls, der in der Frequenz auf das Bleisulfat abgestimmt wird. Diese Verfahren sind etwas für Spezialisten, die die entsprechenden Geräte vorhalten und durch ihre Erfahrung auch in schwierigen Fällen eine Regenerierung der Batterie erreichen können.
