Eine Publikation der Binkert Medien AG
Dynamische Energiespeicher und -versorgung für die Aktorenebene: Ausgabe 02/2014, 08.10.2014

Drillinge sorgen für Effizienz und Schutz

Energieeffizienz und Schutz vor Spannungsschwankungen oder -unterbrechungen sind auf der Antriebsebene von zentraler Bedeutung. Die Michael Koch GmbH hat darum Energiespeicher-Drillinge entwickelt. Die Produkte des deutschen KMU optimieren den Energiehaushalt von Umrichtern und Servoreglern und minimieren die Risiken negativer Folgen einer Netzunterbrechung.

Im Dauerbetrieb setzt ein Umrichter den Netzstrom dauerhaft so um, dass die angeschlossenen Motoren in der passenden Drehrichtung und Geschwindigkeit rotieren. Fällt die Spannung ab oder wird sie gar unterbrochen, trudelt der Motor aus. Benötigt die Anwendung einen Wechselbetrieb, also Geschwindigkeits- und/oder Drehrichtungsänderungen, kommt Bremsenergie mit ins Spiel. Das heisst, dass der Motor kurzzeitig zum Generator wird – mit dem Effekt, dass die Spannung im System steigt und ein Bremswiderstand oder eine Netzrückspeisung die Energie abführen muss. Die Folgen für die Netzqualität bleiben dabei unklar. Genau hier setzen die Produkte «Dynamischer Energiespeicher DES», «Dynamische Energieversorgung DEV», und «DEK», eine Kombination der beiden Ersten, an.

Dynamischer Energiespeicher gleicht Zwischenkreisspannung aus
In seiner Standardausführung besitzt der Dynamische Energiespeicher DES eine Speicherkapazität von rund 1,6 kJ und eignet sich damit für viele Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik. Ausgelegt für Umrichter mit Zwischenkreisspannungen bis 800 VDC, die über einen direkten Zwischenkreisanschluss verfügen, ist das aktive Puffermodul mit jedem gängigen Umrichtertyp einsetzbar. Der Speicher regelt sich von Beginn an selbstständig. Referenzgeber für die Energieaufnahme und Energieabgabe ist der Bremschopperausgang des Umrichters. Der DES ermittelt darüber die relevanten Spannungsebenen im Gleichstromzwischenkreis des Umrichters und stellt seine Arbeitsparameter darauf ein.
Bremst der Antrieb, steigt die Zwischenkreisspannung. Übersteigt sie den bei der ersten Bremsung ermittelten Grenzwert, nimmt der DES die Energie auf. Er speichert die Energie so lange, bis die Spannung den unteren Schwellenwert erreicht, und gibt sie dann wieder in den Zwischenkreis zurück, bevor Energie aus dem Netz geholt wird. Dies ist der entscheidende Moment der Energieeinsparung. Der Speicher des DES entlädt sich bis auf den zuvor automatisch festgelegten Mindestpegel und wartet auf die nächste Bremsung.

Dynamische Energieversorgung als Kurzzeit-USV gibt Sicherheit
Die Dynamische Energieversorgung DEV ist eine Kurzzeitstromversorgung für Antriebsumrichter und Servoregler, die unterbrechungsfrei einspringt. Die aktive Kapazitätserweiterung der Umrichter hält eine festgelegte Energiemenge vor. Diese dient dazu, bei einem Netzausfall das Spannungsniveau des Gleichstromzwischenkreises auf einem Niveau zu halten, das die Ausfallzeit ohne Störung überbrückt und/oder die Maschine zum definierten Stillstand bringt.
Ziel ist in jedem Fall, dass der Antrieb und alle von ihm versorgten Systeme die Netzunterbrechung entweder gar nicht bemerken oder in einen definierten Zustand kommen, von dem aus ein Neustart ohne Aufwand machbar ist. Die Baugrösse 2.0 bietet in der Standardausführung eine Speicherkapazität von rund zwei Kilojoule und eignet sich damit für viele Anwendungen in der elektrischen Antriebstechnik. Auch sie ist für Controller mit Zwischenkreisspannungen bis 800 VDC konstruiert, die über einen direkten Zwischenkreisanschluss verfügen.

Die Kombination als Krönung
Die DEK kombiniert die beiden Produkte – sie kann sowohl Bremsenergie puffern als auch Spannungsschwankungen bis hin zur Netzunterbrechung ausgleichen. Dies gelingt, indem der Speicher aufgeteilt ist in einen Bereich für die Bremsenergie und einen für die Energie der Kurzzeitstromversorgung. Die Energieversorgung nimmt dabei mindestens die Hälfte des Speichers ein, die genaue Aufteilung ist aber abhängig von der Applikation.  
Dem Hersteller ist die hohe Usability sehr wichtig: Alle drei Produkte lassen sich einfach über drei Litzen in Betrieb nehmen, eine Parametrierung ist nicht nötig. Die Drillinge haben noch nicht mal einen Einschaltknopf. Sowohl die DEV als auch die DEK besitzen jedoch eine Überwachungsschnittstelle für eine gesicherte Funktion der Energielieferung im Fall einer Netzunterbrechung.

Ideal für Applikationen mit kurzen Zykluszeiten
Die Drillinge stehen in mehreren Leistungs-stufen zur Verfügung. Neben der Basisvariante 2.0, die es in zwei Leistungsklassen gibt, bringt die Variante 3.0 einen weiteren Energieschub. Für die höheren Belastbarkeiten sorgen eine geänderte Elektronik und eine bessere aktive Entwärmung. Beim DES bedeutet dies die gleiche Energiemenge bei kürzeren Zyklen, bei der DEV sehr grosse Energiemengen bei ungeplanter oder gleicher Energiemenge bei häufiger geplanter Netz-unterbrechung. Und bei der neuen DEK wirkt sich die Erhöhung der Belastbarkeit in beiden Bereichen positiv aus.
So innovativ die Drillinge sind, so gezielt ist deren Einsatz zu prüfen. Laut dem geschäftsführenden Gesellschafter Michael Koch ist der Markt für die Puffermodule eher klein. Deren Einsatz lohnt sich vor allem dann, wenn die Zykluszeiten einer Applikation sehr kurz sind. Dann nämlich schont der Speicher den Umrichter und erhöht dessen Lebensdauer, indem er die Zwischenkreisspannung ausgleicht.

Datenblatt DES: 02_14_51.pdf
Datenblatt DEv: 02_14_52.pdf

Michael Koch GmbH
Zum Grenzgraben 28, DE-76698 Ubstadt-Weiher
Tel. 0049 7251 96 26 20, Fax 0049 7251 96 26 21
mail@bremsenergie.de, www.bremsenergie.de



Der geschäftsführende Gesellschafter Michael Koch im «Fabrikle» in Ubstadt-Weiher: «Bei kurzen Zykluszeiten schont der Speicher den Umrichter und erhöht dessen Lebensdauer, indem er die Zwischenkreisspannung ausgleicht»


Die Drillinge: Energiespeicher DES, Kurzzeit-Energie-versorgung DEV und der Typ DEK, die Kombination der beiden


Statt einer Zwangsbremsung nach einer Störung der Netzversorgung (Spannungsabfall auf 0 Volt, graue Linie) läuft der Antrieb mithilfe der Dynamischen Energieversorgung, DEV, noch einige Zeit weiter (rote Linie) – dies schützt Werkzeug und Werkstück


Christian Kuner, Bereichsleiter RBG/KTG Mechanik bei Stöcklin Logistik AG

Nachgefragt bei Christian Kuner

«Ein markanter Schritt zur Steigerung der Energieeffizienz»

Wo kommen die Energiespeicher bei Stöcklin zum Einsatz?
Wir setzen die Energiespeicher bei unseren Kleinteilegeräten BOXer und BOXer SE ein. Kleinteilegeräte verwendet man zum vollautomatischen Ein- und Auslagern von
Behältern und Kartons – eine weit verbreitete Intralogistikanwendung in der Industrie.

Warum haben Sie sich für diese Produkte entschieden?
Wir arbeiten schon seit mehreren Jahren mit der Firma Koch zusammen und sind mit deren Produkten sowie der Betreuung sehr zufrieden. Vorrangig haben wir in der Vergangenheit Bremswiderstände für Regalbediengeräte bei Koch bezogen. Kurz nach der Markteinführung der sehr innovativen Energiespeicher hat uns Michael Koch informiert, um einen eventuellen Einsatz in unseren Anlagen zu prüfen.

Welche Vorteile bieten Ihnen die Produkte im Vergleich zur Vorgängerlösung?
Bisher haben wir frei werdende Energiemengen, die wir nicht auf dem Kleinteilegerät nutzen konnten, über Bremswiderstände in Wärme umgewandelt. Die Verwendung von Energiespeichern bietet uns nun die Möglichkeit, einen Grossteil dieser Energiemengen zu puffern und dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder zu nutzen. Unsere Kleinteilegeräte verfügen bereits über ein sehr ausgeklügeltes Energiemanagement. Mit Zwischenkreiskopplung, intelligenten Fahrkurven sowie Eco-Boost-Funktionalität haben wir eine sehr gute Basis.

Welche Bedeutung hat Energieeffizienz im Bereich Logistik?
«Green Logistic» wird am Markt immer präsenter. Deshalb sind wir natürlich bestrebt, unsere Systeme zu optimieren. Mit den Energiespeichern können wir nun einen weiteren markanten Schritt in Richtung Energieeffizienzsteigerung anbieten. Gerade für unser neustes Regalbediengerät, den BOXer SE, sind die Energiespeicher sehr interessant. Derartig geringe Gerätemassen in Kombination mit einer so hohen Energieeffizienz sind auf dem Markt der automatischen Kleinteilelager sonst nicht zu finden.