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Elektrische Antriebe Aktives Energiemanagement – das Plus ist die Produktivität

| Autor / Redakteur: Ines Stotz / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Zehn Jahre Erfahrung und viele Personenjahre Entwicklungsarbeit stecken in einer neuen Gerätefamilie von Michael Koch. Diese versprechen mit neuen Funktionen mehr Möglichkeiten für das aktive Energiemanagement elektrischer Antriebe.

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Mit der Pxt-Gerätefamilie will Michael Koch seine bisherigen aktiven Energiespeicher ablösen. Modular: Bis zu zwei Kondensatormodule EX können entweder an das Basisgerät Pxt FX hinten angedockt werden oder unbegrenzt viele seitlich über Kabel.
Mit der Pxt-Gerätefamilie will Michael Koch seine bisherigen aktiven Energiespeicher ablösen. Modular: Bis zu zwei Kondensatormodule EX können entweder an das Basisgerät Pxt FX hinten angedockt werden oder unbegrenzt viele seitlich über Kabel.
(Bild: Ines Stotz)

Die Idee vor zehn Jahren war es, so erzählt Michael Koch, Geschäftsführer der gleichnamigen GmbH am Firmensitz im badischen Ubstadt-Weiher, einen intelligenten Bremswiderstand zu entwickeln. Daraus sind die dynamischen Energiespeicher DES als aktive Puffermodule für Gleichstromzwischenkreise, die dynamische Energieversorgung DEV für die kurzzeitige unterbrechungsfreie Stromversorgung und eine Kombination daraus DEK entstanden. Vor zweieihalb Jahren fiel dann der Startschuss für die Entwicklung einer neuen Leistungs- und Signalelektronik.

All diese gesammelte Erfahrung hat das Unternehmen schließlich in eine neue, modular konzeptionierte, Gerätefamilie einfließen lassen: Pxt. Der Name steht für die physikalische Formel: E = P x t – Energie als Produkt aus Leistung und Zeit. „Genau das bringt unser Ziel exakt auf den Punkt, Leistung über eine gewisse Zeit bereitzustellen“, erklärt Michael Koch stolz. Dabei seien die Hauptargumente für seine Speicherlösungen die Steigerung der Taktzahl und Prozesssicherheit der Anlagen. Das reiche von Sicherheitsanforderungen, wenn keine Energie mehr da ist, über Brandschutz bis hin zu höherer Produktivität. „Energieeinsparung ist hier untergeordnet und eher ein Mitnahmeeffekt für die Anwender“, sagt Koch. Den Ausschlag für den Einsatz der Speicherlösungen gibt also in erster Linie vor allem das Plus bei Verfügbarkeit und Produktivität.

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Speichermedium je nach Anwendung

Zur Gerätefamilie gehören die beiden aktiven Geräte Pxt FX und Pxt RX, ergänzt um den Pxt EX, eine modulare Speichereinheit mit einem oder mehreren Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Sie sind wartungsarm und bieten einen Weitspannungsbereich und sind vom Hersteller der Antriebselektronik unabhängig. Mögliche Anwendungen sind zahlreich. Allen gemeinsam ist aber, dass sie die überschüssige oder notwendige elektrische Energie weitgehend netzunabhängig zwischenspeichern.

Welches Speichermedium gewählt wird, hängt von der Anwendung ab: Wenn die Zyklen kurz und sehr häufig sind, werden spezielle Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren genutzt, bei höheren Energien und weniger häufigen Zyklen Doppelschicht-Kondensatormodule und bei seltenen Zyklen Batterien. Als Verbindungsteil zwischen Antrieb und Speicher dient das aktive Energiemanagementgerät oder -system.

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Pxt FX für häufige, kurze Zyklen

Pxt FX: Grundsätzlich dienen die Geräte zur Rekuperation der Bremsenergie der Maschine. Der Pxt FX kann dabei in seiner kleinsten Ausbaustufe in 1-s-Zyklen pro Betriebsstunde bis zu 1,2 kWh an Energie einsparen. Je nach Applikation erreicht das aktive Energiemanagementsystem Einsparungen bis gut 40 %. Darüber hinaus sind die Geräte auch einsetzbar für:

  • den Ausgleich von Brownouts,
  • den sicheren und definierten Stillstand bei Blackouts,
  • die mögliche Beschleunigung von Produktionsprozessen mit Ausbringungssteigerungen bis 50 %,
  • die Reduktion von Netzlastspitzen oder gar
  • den Betrieb des elektrischen Antriebs unabhängig vom Stromnetz.

Mit einer Stromlastfähigkeit von 20 A Dauer und 40 A Spitze für rund 1 min. gegenüber Speicher, der eine maximale Spannung von 450 VDC haben darf, kann der Pxt FX bis 18 kW Leistung generieren. Koch stattet das Gerät ab Werk mit einem Speichervolumen von 2 oder 4 kWs aus. Serienmäßig im Gerät eingebaut ist die automatische Erkennung der Bremstransistor-Einschalt-Spannungsschwelle – was den Plug&Play-Betrieb mit allen handelsüblichen Frequenzumrichtern und Servoreglern möglich macht.

Ein besonders wichtiger Punkt bei der Entwicklung der Geräte war die Sicherheit. So schützen die Sicherheitseigenschaften gegen Verpolung der Zwischenkreisanschlüsse, gegen das Zuschalten geladener Speicher und die Überlastung des Systems auf der Speicher- wie auch auf der Zwischenkreisseite. Interne Sicherungen sind Standard. Neu sind die SD-Speicherkarte, eine externe 24-V-Versorgung, Zustandsanzeigen per LEDs, Bootloading- und Resetmöglichkeiten sowie sechs digitale I/Os. Ein USB-Modul ergänzt die Ausgabefunktionalitäten. Das Gerät wurde speziell für den Einsatz in Anwendungen mit Wiederholungszyklen von Millisekunden bis wenigen Sekunden konzipiert.

Pxt EX erweitert das Speichervolumen

Pxt EX: Reicht das Speichervolumen des Pxt FX nicht aus, kommt der Pxt EX zum Zug. 2, 4 oder 6 kWs Energie kann ein einzelnes Gerät mit den Aluminium-Elektrolytkondensatoren speichern. Einfach per Kabel mit verpolungssicheren Steckern mit dem Pxt FX verbinden. Die einzelnen Speichereinheiten sind intern abgesichert, eine blinkende LED zeigt den Ladezustand. In den Pxt EX integriert ist auch ein sicherer Entladewiderstand, der dabei direkt und schnell unterstützt, das Gesamtsystem auf ein für Menschen ungefährliches Spannungsniveau zu bringen.

Pxt RX für höhere Lasten

Pxt RX: Schließlich ist der „größere Bruder“ des Pxt FX für Applikationen in Verbindung mit Speichern höherer Energiedichte prädestiniert, wie Doppelschichtkondensatoren oder Batterien. Er ist ausgelegt für eine Stromlastfähigkeit von 30 A Dauer und 60 A Spitze für rund 1 min. In Verbindung mit einer hohen Speicherspannung von bis zu 800 V DC ist es dem Gerät möglich, eine Leistung von knapp 50 kW zu generieren.

Reicht nun diese Leistung für die Applikation nicht, können mehrere Pxt-RX-Geräte, wie auch die Pxt-FX-Geräte, parallelgeschaltet werden. So entstehen anwendungsbezogen aktive Energiemanagementsysteme, die große Schaltschränke füllen. Unter der Typenbezeichnung KTS bietet Koch anschlussfertige Komplettsysteme in Schaltschränken an. Enthalten sind aktive Energiemanagementsysteme der Pxt-Familie, applikationsspezifische Speicher, die passenden Sicherungen, Verkabelung und abhängig von den eingesetzten Speichern passive oder auch aktive Entladegeräte. Eine Eigenschaft hilft dem Pxt RX in solchen KTS-Schaltschranklösungen besonders: Er arbeitet auch bei Leitungslängen zum Zwischenkreis von bis zu 20 m problemlos.

Digitales Typenschild erleichtert die Arbeit

Alle Geräte haben ein digitales Typenschild. Über eine entsprechende App (Android und iOS) lässt sich der QR-Codes scannen und der Anwender erhält neben den technischen Daten des spezifischen Geräts und seines konkreten Aufbaus auch die Prüf- und Testprotokolle sowie die zugehörigen Dokumente (Montage- und Betriebsanleitung) angezeigt. Darüber hinaus sind Verwaltungsmöglichkeiten gegeben, mit denen beispielsweise ein Maschinenbauer Geräte mit ihren jeweiligen Eigenschaften einer Maschine oder Anlage zuordnen kann.

Applikationsengineering, Auslegungstools, Unterstützung bei Auswahl und Tests – dafür steht Koch im Tagesgeschäft. „Auf unserem Gebiet des netzunabhängigen, aktiven Energiemanagements elektrischer Antriebe, sind wir einer der erfahrensten anbieterneutralen Hersteller“, sagt Koch. „Außerdem schätzen unsere Kunden unsere Flexibilität, genau nach ihren Wünschen liefern zu können.“ Und er verspricht auch für die Pxt-Geräte sehr kurzen Lieferzeiten: fertig parametrisiert ab Werk, bereit für den Betrieb direkt nach Anschluss an den Gleichstromzwischenkreis.

Über die SD-Speicherkarte können die Pxt FX- und Pxt RX-Geräte stets auf dem neusten Firmwarestand gehalten werden und sind damit zukunftssicher. Insgesamt also eine neue Gerätefamilie, die einen positiven Beitrag für einen stabilen Energiehaushalt einer Maschine oder Anlage liefert.

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