Prozessabsicherung Puffermodule kompensieren Ausfälle und vermeiden Stillstände

Autor / Redakteur: Janko StraussJanko Strauss, Produktmanager Power Supply, Murrelektronik / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Weil Netzspannungen schwanken und Stromausfälle nie auszuschließen sind, müssen Stromversorgungssysteme für industrielle Anwendungen konsequent abgesichert werden. Entscheider im Maschinen- und Anlagenbau stehen dabei zumeist vor der Frage, ob sie derartige Lösungen mit Batterien oder mit Ultrakondensatoren realisieren.

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Mit den Puffermodulen der Baureihe MB Cap Ultra bietet Murrelektronik eine Lösung für die Überbrückung von Netzausfällen und zur Vermeidung von Schäden durch Stromausfälle an, die sich die Vorteile der Ultrakondensatoren zu Nutze macht
Mit den Puffermodulen der Baureihe MB Cap Ultra bietet Murrelektronik eine Lösung für die Überbrückung von Netzausfällen und zur Vermeidung von Schäden durch Stromausfälle an, die sich die Vorteile der Ultrakondensatoren zu Nutze macht
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein Beispiel aus der Praxis: Die Verantwortlichen für die Produktionsstätte eines deutschen Automobilkonzerns haben die Qualität ihres Stromversorgungsnetzes überprüft. Ihnen ist sehr daran gelegen, Maschinenstillstände zu vermeiden, da die Verfügbarkeit der Produktion maßgebend für die Wertschöpfung ist und bereits kurzzeitige Ausfälle messbare, negative Auswirkungen haben. Sie stellten fest, dass kurzzeitige Netzausfälle von bis zu 180 Millisekunden keine Ausnahme sind. Die Gespräche mit dem Netzbetreiber ergaben, dass dieser ein stabileres Netz nicht zusagen konnte.

Das unterstreicht die Notwendigkeit der Absicherung von industriellen Prozessen. Dabei rücken zwei Dimensionen in den Vordergrund. Zum einen geht es darum, Maschinen und Anlagen so zu gestalten, dass ihr Betrieb durch kurzzeitige Spannungsunterbrechungen nicht unvorhergesehen unterbrochen wird. Zum anderen wird ein geordnetes und vollständiges Herunterfahren aller Funktionen im Falle eines möglicherweise länger anhaltenden Stromausfalles angestrebt: Computer und Steuerungen sollen ordnungsgemäß heruntergefahren, Teilprozesse abgeschlossen und Maschinen in Parkpositionen gebracht werden. Damit wird verhindert, dass Daten verloren gehen oder Maschinen und Werkstücke durch abrupt unterbrochene Fertigungsprozesse beschädigt werden.

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Zwei Ansätze für die Prozessabsicherung

Visionäre erwarten für diese Anwendungen langfristig den Einsatz von Brennstoffzellen. Aktuell sind zwei andere Ansätze das Mittel der Wahl: Die Sicherstellung einer konstanten Stromversorgung durch Batterien oder durch Ultrakondensatoren.

Die Lebensdauer von Batterien und von Ultrakondensatoren ist gleichermaßen davon abhängig, in welcher Umgebungstemperatur sie betrieben werden. Höhere Temperaturen reduzieren die Lebensdauer. Statistische Auswertungen haben ergeben, dass die Lebensdauer von Ultrakondensatoren die von Batterien unter vergleichbaren Bedingungen in etwa um das Sechsfache übertrifft. So darf bei einer beispielhaft angenommenen Temperatur von 20°C bei Ultrakondensatoren von einer Lebensdauer von 60 Jahren ausgegangen werden, bei Batterien von 15 Jahren. Da Kondensatoren über den gesamten Zeitraum wartungsfrei arbeiten, entstehen hier nahezu keine Betriebs- und Folgekosten.

Bei Batterien hat sich in Anwendungen hingegen gezeigt, dass ungeachtet der durchschnittlichen Lebensdauer aufgrund von Defekten nicht selten auch schon zu frühen Zeitpunkten ein bestimmter Prozentsatz ausgetauscht werden muss. Als zusätzliche Schwierigkeit erweist sich, dass solche Defekte unvorhersehbar sind. Darum müssen Batterielösungen regelmäßig gewartet und geprüft werden. In raumgreifenden Anlagen der Prozesstechnik kann dies mit langen Wegen und hohem Zeitaufwand verbunden sein.

Batterien punkten mit höherer Energiedichte

Batterien verfügen im Vergleich zu Ultrakondensatoren über eine höhere Energiedichte. Allerdings stehen sie, da sich ihre Wirkungsweise als Folge einer chemischen Reaktion entfaltet, nur in einem beschränkten Temperaturbereich für eine optimale Leistungsabgabe zur Verfügung. Bereits bei Temperaturen von weniger als 20°C tritt ein vergleichsweise rapider Leistungsabfall auf. Sinken die Temperaturen sogar auf -20°C, ist mit Batterien kaum noch eine Pufferung möglich. Um in solchen Umgebungen die Sicherheit der Stromversorgung gewährleisten zu können, müsste der Schaltschrank beheizt werden. Eine aufwändige und kaum praktikable Lösung.

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