VDI 4443-2008 Contactless energy transfer for mobile systems of piece goods conveying.pdf

1、ICS 53.040.01 VDI-RICHTLINIEN Dezember 2008December 2008VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Kontaktlose Energiebertragung fr mobile Systeme der Stckgutfrdertechnik Contactless energy transfer for mobile systems of piece goods conveying VDI 4443 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Versio

2、n dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss Logistik Fachbereich B3 Stckgut Frdertechnik VDI-Handbuch Materialfluss und Frder

3、technik, Band 3: Stetigfrderer fr Stckgut Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 08.06Entwurf, deutsch Former edition: 08/06 Draft, inGerman only Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinA

4、lleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2008 Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich 3 1.1 Einteilung nach Einsatzbereichen 3 1.2 Einteilung nach Frdersystemen 3 2 Kontaktlose Energiebertragung Grundlagen . 4 2.1 Funkti

5、onsprinzip der Energiebertragung . 4 2.2 Elektronik-Primrteil (stationr) 5 2.3 Elektronik-Sekundrteil (mobil) 11 3 Projektierungshinweise kontaktlose Energiebertragung. 13 3.1 Allgemein bliche Umgebungsbeding-ungen fr Strecke und mobile Verbraucher.13 3.2 Bentigte Einspeiseleistung. 13 3.3 Verlegung

6、shinweise Primrleiter. 14 3.4 Projektierung Sekundrteil (Mobilseite) 16 4 Ausfhrungsbeispiele 16 4.1 Baggage Handling 16 4.2 Fahrerloses Transportsystem (FTS). 17 4.3 Sortertechnik 17 4.4 Elektrohngebahn (EHB). 18 4.5 Schubplattform 19 4.6 Palettentransportsystem . 19 4.7 Bereiche mit erschwerten Um

7、gebungs bedingungen 20 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope.3 1.1 Classification according to application areas .3 1.2 Classification according to conveying systems 3 2 Contactless power transfer basics.4 2.1 The functional principle of power transfer 4 2.2 Primary electronics side (stationary

8、)5 2.3 Secondary electronics side (mobile).11 3 Design guidelines for contactless power transfer systems.13 3.1 Common ambient conditions for the track and mobile consumer .13 3.2 Required primary power 13 3.3 Guidlines for primary track installation .14 3.4 Planning the secondary unit (mobile side)

9、 .16 4 Application examples .16 4.1 Baggage Handling16 4.2 Automated Guided Vehicles (AGV) 17 4.3 Sorter technology .17 4.4 Electric monorail systems (EMS) 18 4.5 Skid platform19 4.6 Pallet transport system .19 4.7 Applications with demanding ambient conditions.20 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09

10、DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 4443 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 5 Datenbertragung . 205.1 Drahtlose bertragung. 215.2 Leitungsgebundene kontaktlose bertragung. 215.3 Leitungsgebundene elektrische bertragung. 215.4 Leitungsgebundene optische bertr

11、agung. 216 Gesundheit. 217 Vorschriften, Normen und technische Regeln . 227.1 Vorschriften und technische Regeln fr Planung und Herstellung von kontaktsloser Energiebertragungen fr mobile Systeme . 227.2 Vorschriften und technische Regeln fr den Betrieb kontaktloser Energiebertragungen fr mobile Sys

12、teme 237.3 Besondere Vorschriften und Normen . 24Schrifttum 245 Data Transfer.205.1 Wireless transmission.215.2 Line-bound contactless transmission .215.3 Line-bound electric transmission .215.4 Line-bound optical transmission 216 Health217 Regulations, standarts, and technical rules.227.1 Regulatio

13、ns and technical rules for planning and producing contactless power transfer appliances for mobile systems .227.2 Regulations and technical rules for the operation of contactless power transfer appliances for mobile systems .237.3 Special regulations and standards.24Bibliography.24Vorbemerkung Der I

14、nhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Ric

15、htlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideli

16、ne has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extr

17、acts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Mit Hilfe der kontaktlosen Energieber

18、tragung, deren Entwicklung in den letzten Jahren enormeFortschritte gemacht hat, erffnen sich vllig neueMglichkeiten, mobile Verbraucher mit Energie zuversorgen. Diese Methode der Energiebertragung,die auf der elektromagnetischen Induktion basiert, ermglicht heutzutage bertragungsleistungen, diefr d

19、ie Industrie ausreichend sind. Wesentliche Vorteile sind: Berhrungssicherheit durch isolierte und umschlossene Bauteile Energiebertragung ohne Gefhrdung von Menschen Verschleiarm (kein Abrieb der Schleifkontakte etc.) Wartungsarm Introduction The enormous progress in the development of con-tactless

20、power transfer during recent years has opened up new possibilities for providing mobile consumers with energy. Based on electro-magnetic induction, this method of power transfer allows transmission capacities which are sufficient for industrial applications. The principal advantages are: safety by i

21、nsulated and enclosed components power transfer without hazards to persons wear-resistant (no abrasion of sliding contacts,etc.) low maintenance B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 4443 3 Einsatz

22、 unter rauen Umweltbedingungen (z. B. unter Wasser) Einsatz in sensiblen Bereichen (z. B. Lebens-mittelindustrie, Reinrume usw.) keine Beschrnkungen in Geschwindigkeit und Beschleunigung keine Energiespeicher auf mobilen Verbrau-chern erforderlich Reduzierung der Geruschemissionen application under

23、rough ambient conditions (e. g. splash water, underwater applications) application in sensitive areas (e. g. food industry, clean rooms, etc.) no speed or acceleration restrictions no on-board energy storage necessary on mobile consumers reduced noise emission 1 Anwendungsbereich Die vorliegende Ric

24、htlinie erklrt das Funktions-prinzip der kontaklosen Energiebertragung undgibt dem Anwender und Planer Projektierungshin-weise und eine bersicht ber Anwendungen imBereich der Stckgutfrdertechnik. 1.1 Einteilung nach Einsatzbereichen Baggage Handling, Frdersysteme in der Au-tomobilindustrie, Sortier-

25、 und Verteiltechnik,Montagefrdersysteme, Warentrgertransport,Palettentransport, Lagertechnik, rotierende Ma-schinen (z. B. Stretcher), Gepckscanner undverschiedene andere Anwendungen Einsatz in Bereichen mit erschwerten Umge-bungsbedingungen (Schmutz, Chemie, Lebens-mittelindustrie) weitere Einsatzb

26、ereiche in Theaterbranche, Personenbefrderungen (Shuttles, AmusementRides, etc.) Perspektivisch ist auch der Einsatz in Ex-Bereichen unter Bercksichtigung der ATEX-Richtlinien mglich. 1.2 Einteilung nach Frdersystemen Elektrohngebahn (EHB), Elektropalettenbahn (EPB), Elektrotragbahn (ETB), Fahrerlos

27、e Trans-portsysteme (FTS), Destinated Coded Vehicle(DCV), Sorter, Schubpalettensystem (siehe VDI 4423), Regalbediengerte, Krananlagen, Auf-zge (fr Beleuchtung und Tastatur), Vertikalfr-derer/Heber, Umsetzer (z. B. Verschiebewagen), Dreh-; Schwenktische. 1 Scope This guideline describes the functiona

28、l principle of contactless power transfer and provides the user and planner with project guidelines and with an overview of applications in the sector of conveyor technology for piece goods. 1.1 Classification according to application areas baggage handling, conveying systems in the automotive secto

29、r, sorting and distributing tech-nology, assembly systems, product carrier transport, pallet transport, warehouse technol-ogy, rotating machines (e. g. wrappers), bag-gage scanners, and numerous other applications areas with demanding ambient conditions (dust, chemicals, food industry) other fields

30、of application are possible in the theatre sector, passenger transport (shuttles, amusement rides, etc.) The application in potentially explosive atmosphere could also be envisaged in compliance with the ATEX directive. 1.2 Classification according to conveying systems Electric monorail systems (EMS

31、), electric pallet conveyors, inverted electric monorail systems, automated guided vehicles (AGV), destination coded vehicles (DCV), sorters, skid platforms (see VDI 4423), racking storage and retrieval vehicles, crane systems, lifting systems (for lighting appli-ances and auxiliaries), people mover

32、s, vertical con-veyors, weight lifters, transfer cars, rotary and tilt-ing tables. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI 4443 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 Kontaktlose Energiebertragung Grundlagen 2.1 Funktionsprinzip

33、der Energiebertragung Die kontaklose Energiebertragung besitzt imdeutschen Sprachgebrauch mehrere verschiedeneBezeichnungen, z. B. induktive Energiebertra-gung, berhrungslose Energiebertragung usw. Bei der kontaktlosen Energiebertragung wirdelektrische Energie auf einen oder mehrere mobileVerbrauche

34、r kontaktlos bertragen. Dabei wird dasPrinzip der induktiven Energiebertragung voneinem fest verlegten Leiter auf einen oder mehreremobile Verbraucher genutzt. Die elektromagneti-sche Kopplung erfolgt ber einen Luftspalt hinweg wodurch diese Art der Energiebertragung aufmobile Verbraucher als wartun

35、gs- und verschlei-frei angesehen werden kann. Das System der kon-taktlosen Energiebertragung wird in stationreund mobile Komponenten unterteilt (sieheBild 1). Die kontaktlose Energiebertragung basiert aufdem Prinzip eines Schwingkreises bei Resonanz-frequenz, bei dem sich die kapazitiven und dieindu

36、ktiven Blindwiderstnde gegenseitig zweckseiner effizienten Energiebertragung aufheben sollten. 2 Contactless power transfer basics 2.1 The functional principle of power transfer The commonly used term contactless power trans-fer is also known as inductive power transfer. Contactless power transfer (

37、also known as induc-tive power transfer) means that electrical energy is transferred to one or more mobile consumers with-out physical contact. In doing so, the principle of inductive power transfer from a fixed primary con-ductor to one or more secondary mobile consumers is utilised. Electromagneti

38、c coupling takes place across an air gap, thus this type of power transfer to mobile consumers can be considered as mainte-nance-free and wear-free. A distinction is made between systems with stationary and mobile com-ponents (see Figure 1). Contactless power transfer is based on the principle of a

39、resonant circuit operating at its resonance fre-quency, in which the capacitive and inductive reac-tances should cancel each other, thereby achieving an efficient energy transfer. Bild 1. Schematische Darstellung der kontaktlosen Energiebertragung B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD

40、 - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 4443 5 Figure 1. Schematic diagram of contactless power transfer 2.2 Elektronik-Primrteil (stationr) 2.2.1 Primrelektronik Die Primrelektronik dient dazu, die Sekundr-komponenten des Systems der kontaktlosen Ene

41、r-giebertragung mit Energie zu versorgen und wan-delt die aus dem Drehstromnetz aufgenommeneniederfrequente Wechselspannung (50 Hz/60 Hz) in eine mittelfrequente Wechselspannung (15 kHz bis 25 kHz sind bliche Frequenzen) um. Dadurchwird ein magnetisches Feld um den Primrleitererzeugt, das es ermglic

42、ht, die Abnehmer galva-nisch getrennt mit Energie zu versorgen. Bei der Platzierung der Primrelektronik muss austhermischen Grnden dafr gesorgt werden, dassein ungehinderter Luftstrom zur Abfuhr der durchdie Primrelektronik entstandenen warmen Luftsicher gestellt ist. Zudem sollte sich die Primrelek

43、tronik nahe an der bertragungsstrecke befinden, um sowohl die Anzahl der gegebenenfalls bentig-ten Kompensationsmodule als auch die Verlustleis-tung in der Litzleitung, bedingt durch die Einspeise-strecke, auf ein Minimum zu reduzieren. Bei Einsatz mehrerer Primrelektroniken in einerAnlage, in welc

44、her sich die mobilen Verbraucherzwischen den Einspeisebereichen bewegen kn-nen, mssen zwecks optimaler Energiebertragung an den bergangsstellen die Phasen der einzelnen Primrelektroniken synchronisiert werden. Wirddies nicht getan, kann es an den bergangsstellen schlimmstenfalls zur Phasenauslschung

45、 und somit zu einem kompletten Leistungsverlust bei der kon-taktlosen Energiebertragung kommen. 2.2 Primary electronics side (stationary) 2.2.1 Primary electronics In order to supply the secondary components of the contactless power transfer system with energy, the primary electronics convert the lo

46、w-frequency al-ternating current drawn from the three-phase power system (50 Hz/60 Hz) to a medium-frequency al-ternating current (15 kHz to 25 kHz are common frequencies). In doing so, a magnetic field is cre-ated around the primary conductor, which makes it possible to supply the pickups with ener

47、gy while retaining galvanic isolation. When positioning the primary electronics unit, an unhindered air flow has to be ensured for thermal reasons (dissipating the heat generated by the pri-mary electronics). In addition, the primary elec-tronics unit should be positioned close to the con-veying tra

48、ck in order to reduce the number of com-pensation modules possibly required, as well as the power loss within stranded wires over the length of the feed line, to a minimum. If multiple primary electronics units are used to supply multiple segments within one system, where the mobile consumers can mo

49、ve between these systems, the phases of the individual primary elec-tronics units must be synchronised to permit an optimised power transfer at the transition points. Lack of synchronisation can, in the worst case, cause phase cancellation which will result in a totalloss of power for the contactless power transfer. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD