Betreten Sie während einer Flugzeugabfertigung ein Flughafenvorfeld, erzählt die um ein Flugzeug gruppierte Ausrüstung eine klare Geschichte. Gepäckschlepper ziehen lange Anhängerzüge zwischen Terminal und Standposition, Bandlader befördern das Gepäck in den Frachtraum, und Bodenstromaggregate sowie Klimasysteme halten das Flugzeug bei abgestellten Triebwerken am Leben. Ein großer Teil dieser Fahrzeuge - allen voran die Gepäck- und Geräteschlepper - ist seit Jahrzehnten batterieelektrisch, und die Elektrifizierung, die bei der Schleppflotte begann, erfasst nun auch die leistungsstärkeren Geräte, die früher ausschließlich mit Diesel liefen. Dieses Paper A eröffnet eine dreiteilige Serie über elektrische Bodendienstgeräte (eGSE) und erläutert, wie Batterieantrieb auf dem Vorfeld tatsächlich funktioniert: welche Fahrzeuge elektrisch sind, nach welchen Normen sie gebaut werden, wie ein echtes Lastspiel aussieht, über welche elektrische Schnittstelle Bodengerät und Flugzeug verbunden sind und was die Batteriechemie leisten muss. Die Papers B und C überführen dieses Betriebsprofil in ein Auswahl- und Dimensionierungsverfahren und anschließend in einen Prüf- und Zertifizierungsweg. Die Grenze sei vorab benannt: Es handelt sich um bodenseitige Geräte, die im Freien des Vorfelds und in Frachtgebäuden arbeiten, nicht um die zertifizierten bordeigenen Notbatterien der früheren Luftfahrt-Serie.

Die elektrische Vorfeldflotte und wo die Batterien sitzen

Bodendienstgeräte ist der Oberbegriff für die Fahrzeuge und ortsfesten Systeme, die ein Flugzeug zwischen zwei Flügen versorgen; darin gliedert sich die elektrifizierte Flotte historisch in zwei Gruppen. Die erste Gruppe war von Anfang an elektrisch. Gepäck- und Geräteschlepper - die kompakten, flachen Zugschlepper, die Züge aus Gepäck-, Fracht- und Postanhängern ziehen - sind üblicherweise Batteriefahrzeuge, da ihre Aufgabe eine leise, wendige Maschine begünstigt, die am Flugsteig keine Abgase erzeugt und zwischen den Schichten geladen werden kann. Die zweite Gruppe elektrifiziert sich gegenwärtig. Dieselemissionen an der Standposition, luftseitische Luftreinhaltungsvorschriften und sinkende Batteriekosten veranlassen die Hersteller, Batterieversionen von Geräten mit weit höherem und dauerhafterem Leistungsbedarf zu bauen: elektrische Bodenstromaggregate, die das Bordnetz des Flugzeugs versorgen, batteriebetriebene Klima- und Vorklimatisierungsgeräte sowie, an der oberen Skala, elektrische Pushback-Schlepper. Dieselben Fahrzeugfamilien werden auch als Hybrid- oder Zweienergiemaschinen angeboten, die einen kleinen Motor nur dann nutzen, wenn eine Batterie allein einen langen Dienst nicht abdecken kann. Für einen Batterielieferanten ergibt sich daraus eine breite und wachsende Palette an Lastprofilen - vom bescheidenen, pulsintensiven Traktionspaket eines Zugschleppers bis zum großen, hochenergetischen Paket eines batterieelektrischen Bodenstromaggregats.

Der Normenrahmen: EN 1915 und EN 12312

Europäische Bodendienstgeräte werden nach einem Normenpaar konstruiert, und das Verständnis der Aufteilung dieser beiden Normen ist der schnellste Weg, die Qualifizierung der Maschinen zu verstehen. EN 1915, Flugzeug-Bodenabfertigungsgeräte - Allgemeine Anforderungen, enthält die Regeln, die für die gesamte Flotte gelten: Teil 1 behandelt die grundlegenden Sicherheitsanforderungen, Teil 2 die Standsicherheits- und Festigkeitsanforderungen samt Berechnungen und Prüfverfahren, Teil 3 die Verfahren zur Schwingungsmessung und -minderung und Teil 4 die Verfahren zur Geräuschmessung und -minderung. EN 12312, Flugzeug-Bodenabfertigungsgeräte - Besondere Anforderungen, gliedert die Flotte anschließend in gerätespezifische Teile, die jeweils einen Maschinentyp regeln. Für ein elektrisches Vorfeld sind vor allem Teil 3 für Gurtbandförderfahrzeuge (die Bandlader), Teil 15 für Gepäck- und Geräteschlepper, Teil 16 für Luftstartgeräte, Teil 17 für Klimageräte und Teil 20 für elektrische Bodenstromaggregate relevant; weitere Teile decken Enteisungsgeräte, Wartungstreppen und -bühnen, Toilettenservicegeräte und die übrigen Fahrzeugfamilien ab. Die allgemeine Norm liefert die gemeinsame Sicherheits-, Standsicherheits- und Messbasis, während die besondere Norm die Anforderungen hinzufügt, die nur für einen Schlepper, einen Bandlader oder ein Aggregat gelten. Bei einem elektrifizierten Modell ist diese Aufteilung bedeutsam, weil Batterie, Ladegerät und Schutzsysteme sowohl die übergreifenden Sicherheitsregeln als auch die gerätespezifischen Anforderungen erfüllen müssen - etwa die Standsicherheit unter einem schweren Batteriepaket sowie die Geräusch- und Schwingungsgrenzwerte am Bedienplatz.

Die Flugzeugabfertigung: ein Lastspiel aus Spitzen und Leerlauf

Das Wichtigste, das man über ein Vorfeldfahrzeug verstehen muss, ist, dass sein Lastspiel keine gleichmäßige Last ist. Es ist eine Abfolge kurzer, stromstarker Spitzen, getrennt durch lange Phasen mit niedrigem Strom oder Leerlauf. Betrachten Sie einen batterieelektrischen Gepäckschlepper in einer typischen Schicht. Er beginnt am Frachtgebäude, kuppelt an einen Zug beladener Anhänger an und fährt los; im Augenblick des Anfahrens, insbesondere an einer Steigung oder mit schwerem Zug, fließt der höchste Strom des Lastspiels, wenn der Motor Zugkraft entwickelt, um die gesamte rollende Masse zu beschleunigen. Sobald der Zug mit Vorfeldgeschwindigkeit rollt, fällt der Strom stark ab, da weit weniger Drehmoment nötig ist, um ihn in Bewegung zu halten, als um ihn zu starten. Am Flugzeug kuppelt der Fahrer ab; der Schlepper verbringt dann eine lange Zeit mit Rangieren, Neupositionieren und Warten - er nutzt die Inch-Steuerung für präzise Langsambewegungen und steht im Bereitschaftszustand, während Gepäck geladen wird. Anschließend kehrt er mit einem weiteren Zug zurück, und das Muster wiederholt sich; zwischen den Fahrten und zunehmend in planmäßigen Pausen wird das Paket zwischengeladen, statt auf einen einzigen Ladezyklus über Nacht zu warten. Veröffentlichte Spezifikationen machen den Gegensatz zwischen Spitze und Leerlauf greifbar. Ein repräsentativer elektrischer Gepäckschlepper ist um eine 80-V-Batterie mit 500-625 Ah aufgebaut, treibt einen 40-PS- (30-kW-) Wechselstrommotor an und ist für eine Zugkraft in der Größenordnung von 4.000 lb (1.814 kg) ausgelegt, erreicht jedoch eine Reisegeschwindigkeit von bis zu 18 mph (29 km/h) und dreht in einem Radius von etwa 117 Zoll; die schwere Batterie mit rund 1.160-1.510 kg dient selbst als Ballast, der der Maschine Haftung verleiht. Die erste animierte Abbildung unten zeichnet dieses Spitze-Leerlauf-Profil qualitativ über eine Abfertigung nach.

Wie sich eine Abfertigung in Lastzustände gliedert (qualitativ)

Die elektrische Flugzeugschnittstelle: 28,5 V und 400 Hz

Während ein Traktionsfahrzeug Batterieenergie in mechanische Zugkraft umwandelt, wandelt ein Bodenstromaggregat sie in genau die elektrische Leistung um, die das Flugzeug erwartet; diese Schnittstelle hat zwei ausgeprägte Formen. Die Gleichstromform ist das 28-V-System: Flugzeug-Gleichstromnetze werden als 28 V Nennspannung beschrieben, wobei die Versorgung auf etwa 28,5 VDC geregelt ist, und ein Gleichstrom-Bodenstromaggregat speist den Bus während der Wartung und unterstützt in vielen Anlagen den Triebwerksstart. Die Wechselstromform ist das 400-Hz-System: Flugzeug-Wechselstrom hat 115/200 V, dreiphasig, mit einer Frequenz von 400 Hz statt der 50 oder 60 Hz bodenseitiger Netze, und ein Wechselstrom-Bodenstromaggregat erzeugt diese Hochfrequenzleistung aus der Batterie über einen Wechselrichter. Einige Militärflugzeuge nutzen stattdessen ein 270-VDC-Netz. Die Nennwerte realer Batterieaggregate zeigen, wie anspruchsvoll diese Umwandlung ist. Gleichstromgeräte sind für Wartung und Start mit sauberem Dauerstrom spezifiziert - bis zu mehreren hundert Ampere bei den größeren mobilen Modellen -, während batterieelektrische Wechselstromgeräte im Bereich von mehreren zehn bis hundert Kilovoltampere bemessen sind, um das gesamte Flugzeugnetz zu speisen; ein breit eingeführtes batterieelektrisches Bodenstromaggregat liefert beispielsweise 400-Hz-Leistung im Bereich 90-180 kVA nebst 28-V- und 270-V-Ausgängen und ist für bis zu 100 Triebwerksstarts pro Ladung ausgelegt. Die beiden Formen verbindet die ingenieurtechnische Disziplin, dass das Paket auf Abruf hohen Strom liefern muss - den kurzen Startstoß oder die Sprunglast beim Zuschalten von Systemen -, während es seine Ausgangsspannung in einem engen Band hält; diese Anforderung führt direkt auf dasselbe Puls-und-Dauer-Profil zurück, das die Traktionsflotte aufweist.

Was das Paket leisten muss: Puls, Ausdauer und Kaltverhalten auf dem Vorfeld

Die Zusammenführung von Lastspiel und Schnittstelle definiert die Anforderungen, die die Chemie erfüllen muss; fünf Eigenschaften dominieren. Die erste ist die hochratige Pulsabgabe: Das Paket muss Anfahr- und Startstöße liefern, ohne dass seine Klemmenspannung unter die Abschaltung des Reglers oder die Unterspannungsschwelle des Flugzeugs einbricht. Die zweite ist nutzbare Energie und Ausdauer über eine volle Schicht, denn ein Fahrzeug, das vor getaner Arbeit zum Ladegerät zurückkehrt, ist wirtschaftlich untauglich, selbst wenn jeder einzelne Puls erfüllt wird. Die dritte, auf einem offenen Vorfeld oft entscheidende, ist das Kaltverhalten: Niedrige Temperatur verringert zugleich die lieferbare Kapazität einer Zelle und erhöht ihren Innenwiderstand, was den Spannungseinbruch unter einem Puls vertieft; ein bei Raumtemperatur dimensioniertes Paket kann in einer winterlichen Frühschicht unzureichend sein. Die vierte ist die Beständigkeit in rauer Umgebung - anhaltende Schwingungen durch Stahlräder auf Beton, die Einwirkung von Regen und Enteisungsflüssigkeiten sowie wiederholte Mehrschichtzyklen über eine Lebensdauer von Jahren. Die fünfte ist Sicherheit und Handhabung in dichten, teilweise geschlossenen Betriebsbereichen, von Frachtgebäuden bis zu belegten Flugsteigkomplexen, in denen der abgasfreie Betrieb genau der Grund ist, warum die Geräte elektrisch sind. Diese Eigenschaften sind gekoppelt, nicht unabhängig: Kälte erhöht den Widerstand, was die Pulsspannung verschlechtert; hochratige Zyklen beschleunigen den Verschleiß, was die Ausdauer mindert; und die Art, wie ein Hersteller sie ausbalanciert, unterscheidet gerade ein gut abgestimmtes Paket von einem unterdimensionierten.

Blei, Lithium und NiMH: ein Chemievergleich für das Vorfeld

In modernen elektrischen Bodendienstgeräten treten drei Batteriechemien auf, die jeweils einen anderen Punkt im Spannungsfeld der Kompromisse einnehmen. Der traditionelle elektrische Zugschlepper nutzt ein geflutetes Blei-Säure-Paket - die über eine Tonne schwere 80-V-Batterie mit 500-625 Ah der repräsentativen Maschine ist kennzeichnend für diesen Typ -, das preiswert ist und nützlichen Ballast liefert, aber schwer ist, Bewässerung und Wartung erfordert und bei Kälte sowie hohen Pulsraten an nutzbarer Kapazität einbüßt. Neuere elektrische Fahrzeuge, einschließlich Hochvolt-Schleppern und modernsten Batterieaggregaten, nutzen Lithium-Ionen-Pakete, die leichter sind, Schnell- und Zwischenladen zulassen und wenig Wartung benötigen, jedoch das thermische Verhalten mit sich bringen, das ein sorgfältiges Batteriemanagement erfordert, sowie die für Lithium geltenden Lufttransport- und Handhabungsregeln. Nickel-Metallhydrid (NiMH) nimmt als qualifizierte Alternative dazwischen Platz und ist keine Neuheit: Es unterstützt hochratige Pulsentladung für Zugkraft- und Startspitzen, verhält sich bei niedriger Temperatur gut, bietet lange Zyklen- und Lebensdauer und nutzt einen wässrigen, nicht brennbaren Elektrolyten, der kein Lithium-artiges thermisches Durchgehen zeigt; zugleich entfällt die lithiumspezifische Transportbelastung, wenn Ersatzpakete zwischen Außenstationen bewegt werden. Die ehrliche Einschränkung lautet, dass NiMH in der heutigen eGSE-Flotte nicht die dominante Chemie ist - Blei-Säure hat die installierte Basis aufgebaut und Lithium führt viele neue Programme -, aber seine Eigenschaftskombination macht es zu einer glaubwürdigen Wahl, wo Kaltleistung, Pulsbetrieb, lange Lebensdauer und Eigensicherheit Gewicht haben. Die zweite animierte Abbildung zeichnet die Energiekette vom Netz zum Vorfeld nach, und die Tabelle unten fasst den Vergleich zusammen.

Weijiang Power

Weijiang Power fertigt versiegelte Nickel-Metallhydrid-Zellen und darauf abgestimmte Industriepakete für Bodendienstgeräte und Transportanwendungen, neben einer breiten Palette industrieller NiMH-Pakete für Luftfahrt, Schifffahrt, Medizintechnik und ortsfeste Geräte, und beliefert OEM- und Betreiberpartner mit einer vollständigen Nachweisdokumentation: hochratige Pulscharakterisierung, Kapazitäts- und Widerstandsdaten bei niedriger Temperatur, Zyklenlebensdauer- und Ausdauerergebnisse, Paketzeichnungen mit geschweißten Fähnchen und Thermoschutz, Mitvalidierung der Ladesteuerung sowie eine klare Nicht-Lithium-Transportbescheinigung. Senden Sie uns Ihr Lastspiel - die Zugkraft- oder Startspitzen, die Reise- und Bereitschaftsströme, die Schichtlänge und das Ladefenster, die niedrigste Vorfeldtemperatur und die Normen, denen das Fahrzeug genügen muss -; unsere Ingenieure dimensionieren und validieren ein Paket, das seine Spannung durch jeden Puls hält und die Schicht mit Reserve beendet. Sehen Sie sich das Zellen- und Paketangebot auf der Produktseite an.