Batterie-Lexikon / Glossar W

 

Walk‑Behind‑Maschinen

Walk‑Behind‑Maschinen sind Maschinen, die zu Fuß geführt werden – im Gegensatz zu Aufsitz‑ oder ferngesteuerten Geräten. Der Bediener läuft also hinter der Maschine her und steuert sie über einen Handgriff oder ein Bedienpult. Diese Bauform ist besonders in der Reinigungstechnik weit verbreitet.

Typische Einsatzbereiche

Walk‑Behind‑Maschinen werden u. a. eingesetzt in:

• Supermärkten und Einkaufszentren
• Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen
• Werkhallen und Produktionsbereichen
• öffentlichen Gebäuden
• Innen‑ und Außenbereichen (je nach Modell)

Beispiele für Walk‑Behind‑Maschinen

• Scheuersaugmaschinen – reinigen und trocknen Böden in einem Arbeitsgang – ideal für glatte, harte Bodenflächen
• Kehrsaugmaschinen – entfernen Staub, Schmutz und grobe Partikel – geeignet für Innen‑ und Außenflächen
• Poliermaschinen / Einscheibenmaschinen – für Pflege, Politur und Grundreinigung von Böden

Batterietechnik in Walk‑Behind‑Maschinen

Viele Walk‑Behind‑Maschinen arbeiten mit:

• Traktionsbatterien (Blei‑Säure, AGM, Gel)
• Lithium‑Ionen‑Batterien

Wichtig sind dabei:

• hohe Zyklenfestigkeit
• zuverlässige Energieversorgung
• robuste Bauweise
• einfache Wartung

Walk‑Behind‑Maschinen sind ein zentraler Bestandteil moderner Reinigungstechnik und werden aufgrund ihrer Flexibilität und Effizienz in nahezu allen Branchen eingesetzt.

Wartungsarm oder wartungsfrei

Die Begriffe wartungsarm und wartungsfrei beschreiben, wie viel Pflege eine Batterie während ihrer Lebensdauer benötigt – insbesondere im Hinblick auf:

• Nachfüllen von Wasser
• Kontrolle des Elektrolytstands
• allgemeine Funktions‑ und Sicherheitsprüfungen

Wichtig ist: Auch wartungsarme und wartungsfreie Batterien benötigen regelmäßige Wartung, z. B. Spannungsprüfung, Temperaturkontrolle oder Sichtprüfung. Normen und Vorschriften (z. B. DIN EN 50272‑2) sind immer einzuhalten.

Wartungsarm

Eine wartungsarme Batterie ist so konstruiert, dass nur selten Wartungsarbeiten erforderlich sind.

Merkmale

• Elektrolytverlust ist reduziert, aber nicht ausgeschlossen
• gelegentliches Nachfüllen von destilliertem Wasser kann notwendig sein
• geeignet für moderate Belastungen
• robust, aber nicht vollständig geschlossen

Wartungsarme Batterien findet man häufig bei:

• klassischen Nassbatterien
• Traktionsbatterien (PzS)
• stationären Industrieanlagen

Wartungsfrei

Eine wartungsfreie Batterie ist versiegelt und so ausgelegt, dass kein Nachfüllen von Wasser über die gesamte Lebensdauer erforderlich ist.

Merkmale

• vollständig geschlossenes System
• Elektrolyt ist gebunden (AGM oder Gel)
• Gasrekombination findet im Inneren statt
• keine Öffnungen zur Elektrolytkontrolle
• dennoch: Ventile zum Druckausgleich (→ VRLA‑Technologie)

Typische wartungsfreie Batterietypen:

• AGM‑Batterien
• Gel‑Batterien
• VRLA‑Batterien (Valve Regulated Lead Acid)

Wichtig

Auch wartungsfreie Batterien benötigen:

• regelmäßige Spannungs‑ und Temperaturkontrollen
• Überprüfung der Ladegeräte
• Sichtprüfung auf Beschädigungen
• Einhaltung der Temperaturkompensation

 

 



 

Wechselstrom (AC – Alternating Current)

Wechselstrom (AC) ist eine Form des elektrischen Stroms, bei der sich die Richtung des Stromflusses periodisch ändert. Im Gegensatz zu Gleichstrom (DC), bei dem die Elektronen kontinuierlich in eine Richtung fließen, bewegen sich die Ladungsträger bei Wechselstrom abwechselnd vor und zurück. Gleichzeitig ändert sich auch die Polarität der Spannung in regelmäßigen Intervallen.

In den meisten Ländern – darunter Deutschland und ganz Europa – erfolgt diese Richtungsänderung 50‑mal pro Sekunde, also mit einer Frequenz von 50 Hertz (Hz). In anderen Regionen, wie den USA, beträgt die Frequenz typischerweise 60 Hz.

Eigenschaften von Wechselstrom

1. Periodischer Richtungswechsel

• Die Elektronen bewegen sich nicht konstant in eine Richtung, sondern schwingen hin und her.
• Die Spannung wechselt dabei zwischen positiv und negativ.

2. Sinusförmiger Verlauf

• In der Energietechnik wird Wechselstrom fast immer sinusförmig erzeugt.
• Der Sinusverlauf sorgt für effiziente Energieübertragung und geringe Verluste.

3. Frequenz (Hz)

• Gibt an, wie oft pro Sekunde die Richtung wechselt.
• Europa: 50 Hz
• USA: 60 Hz

Warum wird Wechselstrom verwendet?

Wechselstrom ist die weltweit dominierende Form der Energieübertragung, weil er mehrere Vorteile bietet:

1. Effiziente Übertragung über große Entfernungen

• Mit Transformatoren kann die Spannung leicht hoch‑ und heruntertransformiert werden.
• Hohe Spannungen → geringe Verluste → effizienter Transport.

2. Einfache Erzeugung

• Generatoren in Kraftwerken erzeugen Wechselstrom direkt durch rotierende Magnetfelder.

3. Kompatibilität mit Haushaltsgeräten

• Die meisten Haushaltsgeräte sind für AC ausgelegt (230 V in Europa).

 

Wechselstrom in der Batterietechnik

Batterien liefern immer Gleichstrom (DC). Damit Geräte, die Wechselstrom benötigen, betrieben werden können, kommen Wechselrichter (Inverter) zum Einsatz, z. B. in:

• USV‑Anlagen
• Solaranlagen
• mobilen Energiespeichern
• Notstromsystemen

Diese Geräte wandeln den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom (AC) um – meist in einer sauberen Sinuswelle, um empfindliche Elektronik zu schützen.

 

Wirkleistung (P) – gemessen in Watt (W)

Die Wirkleistung ist der Teil der elektrischen Leistung, der von einem Gerät tatsächlich in nutzbare Energieformen umgewandelt wird – etwa in Licht, Wärme, Bewegung oder Rechenleistung. Sie wird in Watt (W) gemessen und beschreibt damit die effektiv verwertbare Leistung, die ein Verbraucher aus dem Stromnetz oder einer USV‑Anlage aufnimmt.

Während die Scheinleistung (VA) die gesamte elektrische Leistung eines Systems beschreibt und die Blindleistung (var) den Anteil umfasst, der zwar im Stromkreis fließt, aber keine Arbeit verrichtet, ist die Wirkleistung der entscheidende Wert für die tatsächliche Energieumwandlung.

Wirkleistung in USV‑Anlagen

In einer USV‑Anlage (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) gibt die Wirkleistung an, wie viel Leistung die angeschlossenen Geräte real benötigen, um betrieben zu werden. Sie ist damit der wichtigste Parameter für die Dimensionierung einer USV.

Beispiele für Wirkleistung:

• Ein Server benötigt 450 W
• Eine Netzwerkkomponente benötigt 30 W
• Eine medizinische Pumpe benötigt 120 W

Die Summe dieser Werte ergibt die erforderliche Wirkleistung, die die USV mindestens bereitstellen muss.

Zusammenhang zwischen Wirkleistung, Scheinleistung und Leistungsfaktor

Die Wirkleistung ist Teil der Gesamtleistung und hängt vom Leistungsfaktor (cos φ) ab. $$P=S\cdot \cos \phi$$

Ein Leistungsfaktor von 1,0 bedeutet: → keine Blindleistung, gesamte Leistung wird in Arbeit umgesetzt.

Ein Leistungsfaktor von 0,6–0,9 ist typisch für viele elektronische Geräte.

Warum ist die Wirkleistung so wichtig?

1. Dimensionierung von USV‑Systemen

Die USV muss die Wirkleistung aller angeschlossenen Geräte zuverlässig liefern können.

2. Energieeffizienz

Nur die Wirkleistung wird tatsächlich in nutzbare Energie umgewandelt – sie bestimmt also den realen Energieverbrauch.

3. Kostenberechnung

Stromkosten basieren auf Wattstunden (Wh) bzw. Kilowattstunden (kWh) – also auf der Wirkleistung.

4. Schutz vor Überlastung

Eine USV, die zu wenig Wirkleistung bereitstellt, kann:

• überlasten
• abschalten
• Geräte nicht mehr versorgen

Beispiele aus der Praxis

• Ein Monitor mit 100 W Wirkleistung benötigt 100 W echte Leistung, aber je nach Leistungsfaktor z. B. 130 VA Scheinleistung.
• Ein Server mit 600 W Wirkleistung kann eine USV mit 600 W / 1000 VA benötigen, wenn der Leistungsfaktor 0,6 beträgt.
• LED‑Beleuchtung hat oft einen schlechten Leistungsfaktor → hohe Scheinleistung, aber geringe Wirkleistung.

Im Gegensatz zur Scheinleistung (in VA), die die gesamte von der USV gelieferte Leistung angibt, berücksichtigt die Wirkleistung den Leistungsfaktor, der angibt, wie viel von der gelieferten Energie tatsächlich genutzt wird.


 

 

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad beschreibt, wie effizient Energie umgewandelt, gespeichert oder übertragen wird. Er gibt das Verhältnis zwischen nutzbarer Energie und zugeführter Energie an und wird in der Regel als Prozentwert (%) angegeben. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet, dass nur wenig Energie verloren geht – ein entscheidender Faktor bei Batterien, Ladegeräten und USV‑Systemen.

Wirkungsgrad bei Batterien

Batterien wandeln elektrische Energie in chemische Energie und später wieder zurück. Dabei entstehen Verluste, die den Gesamtwirkungsgrad beeinflussen.

1. Lade‑Wirkungsgrad

Er beschreibt, wie viel der zugeführten Energie tatsächlich in der Batterie gespeichert wird.

Beispiel:

• Lade‑Wirkungsgrad = 90 % → 10 % gehen als Wärme oder Nebenreaktionen verloren.

2. Entlade‑Wirkungsgrad

Er beschreibt, wie viel der gespeicherten Energie beim Entladen wieder nutzbar ist.

Beispiel:

• Entlade‑Wirkungsgrad = 95 % → 5 % gehen durch Innenwiderstand und chemische Verluste verloren.

3. Gesamtwirkungsgrad einer Batterie

Er ergibt sich aus der Multiplikation beider Werte:

→ 85,5 % Gesamtwirkungsgrad

Das bedeutet: Von 100 % eingespeister Energie stehen später nur 85,5 % wieder zur Verfügung.

Einflussfaktoren

• Temperatur
• Ladeverfahren
• Batterietyp (Blei‑Säure, Lithium‑Ionen, NiMH etc.)
• Alter und Zustand der Batterie
• Entladestrom und Ladegeschwindigkeit

 

Wirkungsgrad bei USV‑Anlagen

USV‑Systeme (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) wandeln Energie mehrfach um:

1. Netzstrom (AC) →
2. Gleichstrom (DC) →
3. Batterieladung →
4. Wechselstrom (AC) für Verbraucher

Jede Umwandlung verursacht Verluste durch:

• Gleichrichter
• Wechselrichter
• Elektronik im Standby
• Batterieladeverluste

Wirkungsgrad nach USV‑Typ

1. Online‑USV (VFI – Voltage and Frequency Independent)

• arbeitet im Doppelwandler‑Prinzip
• wandelt Strom ständig um
• Wirkungsgrad: ca. 94–97 %
• höchste Schutzklasse, aber höhere Verluste

2. Line‑Interactive‑USV (VI – Voltage Independent)

• wandelt nur bei größeren Netzstörungen
• besitzt AVR‑Regler
• Wirkungsgrad: bis zu 98 %

3. Offline‑USV (VFD – Voltage and Frequency Dependent)

• wandelt nur bei Netzausfall
• einfachste Bauform
• Wirkungsgrad: bis zu 98 %

Warum ist der Wirkungsgrad wichtig?

1. Energieeffizienz

Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet geringere Stromkosten und weniger Wärmeentwicklung.

2. Dimensionierung

Bei USV‑Anlagen beeinflusst der Wirkungsgrad die benötigte Batteriekapazität und die Auslegung der gesamten Anlage.

3. Lebensdauer

Weniger Verluste → weniger Wärme → längere Lebensdauer von Elektronik und Batterien.

4. Nachhaltigkeit

Hohe Effizienz reduziert Energieverbrauch und CO₂‑Emissionen.