Rekuperation: Effiziente Bremsenergie Rückgewinnung
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Drei wesentliche Komponenten hat das aktive Energiemanagement System Pxt von Michael Koch zur Rekuperation von Bremsenergie: Elektronikgeräte, Speichereinheiten und ein kleines, intelligentes Modul. Die Elektronikgeräte schieben die Energie hochdynamisch und zuverlässig entweder vom Antrieb in die Speicher oder umgekehrt wie bei einer Spannungsunterbrechung. Das kleine Modul zur strombasierten Lastspitzen Reduktion und eine Kapazitätsüberwachung komplettieren das Energiehandling für Antriebe.
Inhalt
- Rekuperation nicht nur beim Elektroauto
- Neuheiten Bremsenergiemanager
- Vier Anwendungen, die Spaß machen
- Häufige Fragen
Rekuperation nicht nur beim Elektroauto
Die Rekuperation beim Bremsen ist sicher vordergründig bekannt, wenn es um die Umwandlung der Bewegungsenergie in elektrische Energie bei E-Autos geht. Das E-Auto gewinnt während der Fahrt durch die Energierückgewinnung beim Bremsen Energie zurück. Die Bewegungsenergie von E-Fahrzeugen wird genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen und in der Batterie zu speichern. Dadurch kann die Reichweite von einem E-Auto verlängert werden und gleichzeitig wird der Verschleiß der Bremsanlage reduziert.
Doch nicht nur im Bereich der Elektromobilität spielt die Rekuperation eine Rolle. Auch in der industriellen Antriebstechnik wird sie zunehmend eingesetzt, um effizienter und ressourcenschonender zu arbeiten. Die Michael Koch GmbH ist Anbieter solcher Energiemanagementsysteme zur Rekuperation beim Bremsen elektrischer Antriebe in der Industrie. Wir stellen Ihnen hier die Neu- und Weiterentwicklungen vor.
Neuheiten Bremsenergiemanager
Was es Neues aus Upstadt-Weiher gibt in Sachen "Bremsenergie sparen, Stromunterbrechungen überbrücken", erfahren Sie nachfolgend:
Energierückgewinnung mit UL-Zulassung und Kapazitätsüberwachung
08.05.2023 | Die aktiven Energiemanagement-Geräte der Pxt-Familie von Michael Koch haben jetzt die Zulassung nach den Normen von UL und CSA. Außerdem ist die Technik nun in der Lage, die Speicherkapazität im laufenden Betrieb zu überwachen. Die parametrisierbare Funktion der laufenden Kapazitätsüberwachung von Elektrolyt- und Doppelschicht-Kondensatoren bringt Warnmeldungen beim Erreichen eines zuvor definierten minimalen Kapazitätswertes.
Es gibt drei Möglichkeiten der Wahrnehmung für den Anwender: Über eine LED-Anzeige am Gerät, einen definierten digitalen Ausgang oder eine festgelegte Meldung per Kommunikationsschnittstelle wie den Feldbus. Damit wird über die Betriebsdauer hinweg gewährleistet, dass die nutzbare Energie-Menge der Pxt-Geräte für die jeweilige Anwendung stets ausreicht oder im Sinne der Predictive Maintenance frühzeitig gewartet wird.
Mehr Performance, ein stabileres Netz, mehr Maschinen-Sicherheit bei einer längeren Lebensdauer und einem geringeren Energie-Verbrauch der elektrischen Antriebstechnik sind die Merkmale der aktiven Pxt-Energiemanagement-Geräte zur Energierückgewinnung.
Jetzt auch mit Zulassung nach den nordamerikanischen Normen UL und CSA vereinfachen die Rekuperatoren im Verbund mit Antrieb und Maschine den internationalen Einsatz auch über Nordamerika hinaus.
Aufsteckmodul für Ampere genaue Netzlastspitzenreduktion
27.02.2023 | Damit die für Lastspitzen einer Maschine erforderliche Energie aus einem Gerät für Rekuperation und nicht aus dem Stromnetz kommt, gilt es folgendes zu tun: Das Modul Pxt MX auf ein Elektronikgerät der Pxt Familie aufstecken, mit gelieferte Sensoren zur Strommessung für die drei Phasen und den amperegenauen Maximalwert für den Netzstrom eingegeben. Mit den Energiemanagement Systemen von Michael Koch können Sie das Energiehandling für Ihre Antriebe optimal gestalten.
Mit dem kleinen, intelligenten Kästchen Pxt MX ist die Energiemanagment Familie Pxt von Michael Koch nun in Feldbusse integrierbar. Mit ihm lassen sich Lastspitzen reduzieren und der Eingangsstrom des Antriebs begrenzen – und zwar per Plug-and-play.
Tipps zum Einbau einer Sicherheits Bremse
Bis über 100 A reicht der Mess- und damit Regelbereich des Pxt MX. Viele Anwendungen mit einem geringerem Effektivstrom lassen sich mit seiner Hilfe und dem verbundenen Pxt System unter die Nennstromgrenzen der Sicherungen zum Stromnetz, beispielsweise von 63 A oder 32 A bringen.
Egal welche Ausbaugröße das Pxt System hat, die Lastspitzenreduktion per Pxt MX bleibt gleich einfach. Visualisiert wird der Einsatz in Echtzeit über das Tool Pxt Terminal. Darüber lassen sich alle Pxt Geräte zur Energierückgewinnung einer Bremse parametrieren und überwachen.
Neue Gerätefamilie für aktives Bremsen Energiemanagement
17.03.2020 | Zehn Jahre Markterfahrung und viele Personenjahre an Entwicklungsarbeit stecken in den Geräten der Michael Koch GmbH zur Bremsenergie Rekuperation. Die Geräte zur Bremsenergierückgewinnung Pxt FX, Pxt EX und Pxt RX eröffnen neue Möglichkeiten für das aktive Management der Energie von elektrischen Antrieben. Sie haben einen Weitspannungsbereich und bieten herstellerunabhängig eine Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten.
Die Anwendungen der modularen Gerätefamilie zur elektrische Energie Rückgewinnung beim Bremsen bauen darauf auf, überschüssige oder notwendige elektrische Bewegungsenergie weitgehend netzunabhängig zwischenzuspeichern. Auch die Auswahl der Speichermedien ist abhängig von der Anwendung. Für kurze und sehr häufige Zyklen werden spezielle Aluminium Elektrolytkondensatoren genutzt. Für höhere Bewegungsenergie und weniger häufige Zyklen eignen sich Doppelschicht Kondensatormodule. Für seltene Zyklen kommt die Batterie/Akku zum Einsatz.
Das Verbindungsteil zwischen Antrieb und Speicher ist das aktive Energiemanagementgerät. Die Produktfamilie Pxt (auch „P mal t“ = gleich Energie ausgesprochen) erreicht ab sofort mit deutlich höherer Funktionalität eine neue Dimension als die seit 2010 am Markt erhältlichen Vorgängersysteme zur Energierückgewinnung.
Bremsenergie Rekuperation für häufige, kurze Zyklen
Die zwei aktiven Geräte zur Rekuperation Pxt FX und Pxt RX werden durch den Pxt EX ergänzt, eine modulare Speichereinheit mit einem oder mehr Aluminium Elektrolytkondensatoren. Die Applikationen sind vielfältig und bringen den Gerätenutzen über ein singuläres Feature oder durch die Kombination von zwei oder mehreren Eigenschaften. Mittels Rekuperation der Maschine lässt sich die Energieeffizienz steigern. Der Pxt FX kann dabei in seiner kleinsten Ausbaustufe in 1 s Zyklen / h bis zu 1,2 kWh an Energie einsparen.
Bezogen auf die Applikation lassen sich mit dem aktiven Bremsen Energiemanagementsystem auf Grundlage des Pxt FX Einsparungen bis gut 40 % generieren. Oft spielen aber andere Nutzen eine größere Rolle als die Steigerung der Energieeffizienz.
Ein Beispiel ist der Ausgleich genannter Brownouts, der sichere und definierte Stillstand bei Blackouts, die mögliche Beschleunigung von Produktionsprozessen mit Steigerung der Ausbringung bis 50 %, die Reduzierung von Netzlastspitzen oder der elektrische Antrieb im Betrieb unabhängig vom Stromnetz.
Mit einer Stromlastfähigkeit von 20 A Dauer und 40 A Spitze für rund 1 min gegenüber Speicher mit einer maximalen Spannung von 450 V DC kann der Pxt FX bis 18 kW Leistung generieren. Das Gerät zur Energierückgewinnung kann ab Werk mit einem Speichervolumen von 2 oder 4 kWs ausgestattet werden.
Serienmäßig eingebaut ist die automatische Erkennung der Bremsen Transitor Einschaltspannungsschwelle. Dies gestattet dem Gerät, mit allen handelsüblichen Frequenzumrichtern und Servoreglern in Plug-and-play Bauweise zusammen zu arbeiten. Die weitreichenden Sicherheitseigenschaften des Pxt FX schützen gegen Verpolung der Zwischenkreisanschlüsse, Zuschalten geladener Bremsen Energie Speicher und vor Überlastung des Systems auf der Speicher und Zwischenkreisseite.
Interne Sicherungen sind Standard. Die SD-Speicherkarte, eine externe 24 V Versorgung, Zustandsanzeigen über LED, Bootloading- und Resetmöglichkeiten sowie 6 digitale I/Os gibt es ebenfalls. Ein USB-Modul ergänzt die Ausgabefunktionalitäten.
Bremsenergie Rückgewinnung mit erweitertem Speichervolumen
Das Gerät zur Bremsenergie-Rekuperation Pxt EX kommt zum Einsatz, wenn das Speichervolumen des Pxt FX nicht ausreicht. Ein Pxt EX kann 2, 4 oder 6 kWs Energie mit seinen speziell für den Einsatz der aktiven Energiemanagement Systeme entwickelten Aluminium Elektrolytkondensatoren speichern. Einfach über Kabel mit verpolungssicheren Steckern mit dem Pxt FX verbunden, kommt die Speicher-Erweiterung direkt zum Zuge.
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Intern abgesichert zeigen die einzelnen Speicher-Einheiten ihren Ladezustand optisch über eine blinkende LED an. In den Pxt EX ist serienmäßig ein sicherer Entladewiderstand integriert. Dieser unterstützt dabei, das Gesamtsystem auf ein für Menschen ungefährliches Spannungsniveau zu bringen. Grundsätzlich sind die Geräte zur Rekuperation von Bremsen Energie wartungsarm.
Energie Rückgewinnung für höhere Lasten
Während das Gerät Pxt FX für Nutzung von Wiederholungszyklen von ms bis wenige s konzipiert und mit einer Lebensdauer von weit über 100 Million ausgestattet wurde, ist sein größerer Bruder Pxt RX für die Verbindung mit Speichern höherer Energiedichte konzipiert wie etwa Doppelschichtkondensator oder Batterie. Der Pxt RX ist für eine Stromlastfähigkeit von 30 A Dauer und 60 A Spitze für rund 1 min ausgelegt. In Verbindung mit einer hohen Speicherspannung von bis zu 800 V DC kann das Gerät knapp 50 kW generieren.
Erfordert die Anwendung mehr Leistung, können mehrere Pxt RX und auch Pxt FX Geräte parallelgeschaltet werden. So können aktive Systeme zur Bremsenergie Rekupertion entstehen, die große Schaltschränke füllen. Unter der Typenbezeichnung KTS bietet Michael Koch anschlussfertige Komplettsysteme für Schaltschränke.
Darin enthalten sind aktive Energiemanagement Systeme der Pxt Familie, anwendungsbezogene Bremsen Energie Speicher, passende Sicherungen, Verkabelung und passive oder aktive Entladegeräte, die abhängig von den eingesetzten Speichern ausgewählt werden. Weil der Pxt RX auch bei Leitungslängen zum Zwischenkreis von bis zu 20 m problemlos arbeitet, eignet er sich besonders für solche KTS Schaltschrank Lösungen.
Digitales Typenschild erleichtert die Arbeit
Alle Geräte verfügen über ein digitales Typenschild. Über einen QR-Code auf dem Gerät lassen sich mittels App für Android, iOS Smartphones oder Tablets die technischen Daten scannen sowie Prüf- und Testprotokolle und die zugehörigen Dokumente wie die Montage- und Betriebsanleitung anzeigen. Anwender könne so ortsunabhängig und papierlos auf ihre individuellen Dokumente und Infos zugreifen. Eingebaute Verwaltungsmöglichkeiten gestatten es Maschinenbauern, die Geräte mit ihren jeweiligen Eigenschaften einer Maschine oder Anlage zuzuordnen.
Die Lieferzeiten der Pxt Familie sind übrigens sehr kurz. Geliefert wird fertig parametrisiert ab Werk und bereit für den Betrieb direkt nach Anschluss an den Gleichstromzwischenkreis. Über die SD-Speicherkarte lassen sich die Geräte auf den neusten Firmwarestand updaten.
Vier Anwendungen, die Spaß machen
Wir stellen Ihnen vier interessante Einsatzfälle vor, bei denen die aktiven Energiemanagement-Systeme von Michael Koch erfolgreich zum Einsatz kommen. Allen gemeinsam ist, dass die Geräte eine Einsparung der Total Cost of Ownership (TCO) zur Folge haben.
Montage-Roboter in der Automobilindustrie
Ein Automobilhersteller wollte seine Fahrzeug-Produktion energieeffizienter und damit umweltfreundlicher gestalten – nicht zuletzt, weil die bisherige Montage nicht seinen CO2-Vorgaben entsprach. In der neuen Ausrichtung sollte der CO2-Fußabdruck so gering wie nur möglich sein.
Als Lösung empfahl Michael Koch einen aktiven Energiemanager PxtFX pro Roboter einzusetzen. Das Gerät speichert die Bremsenergie des Roboters ab und gibt sie beim nächsten Anfahren direkt wieder an ihn zurück. Die benötigte Energie verringert sich durch die Rekuperation um bis zu 1,6 kWh pro Gerät und Betriebsstunde.
Der Roboter kann nun durch den Einsatz der PxtFX Energiemanager bei geringerem Energieverbrauch schneller gefahren werden. Die aufkommende Bremsenergie wird zwischengespeichert. Bei Bedarf wird sie ins System zurückgeführt.
Pro Jahr lassen sich mit jedem Gerät bis zu 3,5 t CO2 einsparen. Das macht die Produktion der Fahrzeuge sehr viel klimafreundlicher.
Mehr Dynamik im Handling-Roboter
Ein Hersteller von Handling-Robotern wollte die Dynamik seines Roboters steigern und dadurch höhere Taktraten bei verminderter Energieaufnahme erzielen. Der Roboter fährt 12 Zyklen/min auf einem Verfahrweg von 6,5 m. Die Leistungsaufnahme beträgt 10,7 kW. Allerdings überfordern schnelle Zyklen und große Massen die Antriebselektronik. Es kann zu ungeplanten Ausfällen des Roboters kommen.
Um die Dynamik des Roboters in Form von höheren Taktraten zu steigern und dabei auch noch weniger Energie zu verbrauchen, empfahlen die Bremsenergiemanager die Plug-and-play Lösung PxtFX. Das Gerät stabilisiert den Zwischenkreis, indem es Bremsenergie speichert und bei Bedarf wieder einspeist. Eingebaut wurden zwei PxtFX parallel für die lineare Fahrachse und ein PxtFX für die Roboterachse.
Dieser Umbau führte zu einer Erhöhung der Zyklenzahl von 12 auf 15/min. Das kommt einer Steigerung der Produktivität um 25 % gleich. Die Leistungsaufnahme verringert sich zudem auf 8 kW – ebenfalls 25 % bei der Energieeinsparung. Die aufkommende Bremsenergie wir gespeichert und bei Bedarf an das System zurückgeführt. All diese Maßnahmen verlängern schließlich sich die Lebensdauer der Antriebselektronik.
Kunststoff-Befüllung von vollelektrischen Spritzgießmaschinen
Bei einem Hersteller von Spritzgießmaschinen kam es bei der Befüllung der Spritzgießform mit flüssigem Kunststoff zum Verlust der Netzspannung. Fällt aber das Netz während des Befüllvorgangs der Formen aus, können Werkzeug und Werkstück verkleben. Hohe Ausfallzeiten und Rüstkosten sind die Folge, weil sich die Form nur schwierig öffnen lässt und dabei auch noch beschädigt werden kann.
Nach einer Beratung mit den Experten von Koch sah man die Lösung im sofortigen Öffnen der Form bei Stromausfall. Dadurch würde kein Verkleben von Werkzeug und -stück mehr erfolgen. Nur so würden sich die langen Stillstandzeiten, hohen Betriebskosten und eventuelle Werkzeugschäden vermeiden lassen.
Zur Lösung des Problems trug die Plug-and-play Lösung PxtFX bei. Über den Energiemanager und zusammen mit dem Notstrom Energie Versorger NEV erhalten die Antriebe bei Stromausfall ohne Zeitverzögerung ausreichend Energie, um das Öffnen der Form zu garantieren.
Die Werkzeuge öffnen nun bei Stromausfall sofort. Spannungseinbrüche werden ausgeglichen. Kurzzeitige Netzausfälle werden überbrückt, ohne dass die Anlage anhalten werden muss. Es werden keine Spritzgussformen oder Werkstücke mehr zerstört.
Anlagenstopp in der Textilmaschinenindustrie
Ein Textilmaschinenhersteller hatte die Aufgabe lange Stillstandzeiten sowie hohe Rüst- und Ausfallkosten zu vermeiden und seine Anlage samt Materialien zu schonen. Bei Stromausfall und der dann einsetzenden Verlangsamung der Geschwindigkeit unter 10 % kam es zum unkontrollierten Stopp der Maschine. Die Folge waren Garnabrisse und -knäuel.
Der Wiederanlauf konnte Stunden dauern, wobei hohe Ausfallkosten entstanden. Besonders in Ländern mit instabilen Versorgungsnetzen, wo der Strom manchmal mehrmals täglich ausfällt, war das ein großes Problem.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, mussten mehrere Antriebe über einen Zwischenkreis gekoppelt werden. Mit den PxtFX Energiemanager und dem Notstrom Energie Versorger NEV konnte Michael Koch einen kontrollierten Anlagenstopp selbst bei Stromausfall realisieren.
Die Antriebe werden bei Stromausfall ohne Zeitverzögerung mit der Energie, die für den kontrollierten Stopp notwendig ist, versorgt. Spannungseinbrüche werden ausgeglichen. Kurzzeitige Netzunterbrechungen werden überbrückt. Garnabrisse und Garnknäuel gehören der Vergangenheit an. Beim Wiederanlauf der Maschine ergibt sich eine enorme Zeitersparnis und durch die Schonung des Materials zudem eine Materialersparnis.
Häufige Fragen
Was ist eine Rekuperation?
Rekuperation bezeichnet den Prozess der Energierückgewinnung, typischerweise in elektrischen Antriebssystemen wie bei Elektrofahrzeugen oder Elektromotoren. Dabei wird die kinetische Energie, die normalerweise beim Bremsvorgang als Wärme verloren geht, in elektrische Energie umgewandelt und zurück in die Batterie gespeist.
Wie funktioniert eine Rekuperation im Auto?
Rekuperation ist ein Verfahren in E-Autos bzw. Hybridfahrzeugen wie Plug in Hybriden, Mild Hybrid-, Mikro Hybrid- oder anderen Fahrzeugen der Elektromobilität beim Fahren genutzt wird, um elektrische Energie zurückzugewinnen. Das Konzept der Rekuperation ist nicht neu und wird bereits seit einigen Jahren bei E-Autos eingesetzt. Wenn das E-Fahrzeug bremst oder der Fahrer den Fuß vom Gas nimmt, wird die anfallende Bewegungsenergie vom E-Auto in Strom umgewandelt und in der Batterie gespeichert. Das Ergebnis ist eine höhere Effizienz und eine längere Reichweite des Elektroautos. Rekuperation ist somit ein wichtiger Faktor, wenn es um die Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von Elektroautos geht.
Wie funktioniert die Rekuperation beim industriellen Elektroantrieb?
In Industrie Antrieben erweist sich die Rekuperation als äußerst effizient. Hier ermöglicht es die Energierückgewinnung, mit der beim Bremsen freiwerdende kinetische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese Nutzbremsung kann dann für andere Zwecke verwendet werden. Rekuperation ist somit ideal, um die Effizienz von Antrieben zu steigern und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken. In einer Zeit, in der immer mehr Unternehmen auf Nachhaltigkeit setzen, wird Rekuperation daher eine immer wichtigere Rolle in der Industrie spielen.
Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.