Energieeffizienter Leistungsspeicher für elektrische Antriebe nutzt kinetische Energie von Elektromotoren

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Erwartete und unerwartete Spannungsspitzen

Im Energiespeicher ist zudem ist noch ein kleiner Bremswiderstand eingebaut, der erwartete aber auch unerwartete Spitzen abfangen kann. Die erwartete Energiespitze ist der erste kurze Impuls der ersten Bremsung, die das System als Trigger zur Messung der Brems-Chopper-Einschaltschwelle benötigt. Unerwartete Spitzen können sich bei Veränderung des Einsatzprofils des Antriebssystems ergeben. Sollte der DES die anfallende Bremsenergie nicht komplett aufnehmen können, wird der Überschuss auf den integrierten Bremswiderstand abgeführt. Als Bremswiderstand ist ein PTC-Bremswiderstand eingebaut, der bei dauerhafter Überlastung hochohmig wird, ohne zerstört zu werden. Die Folgen bleiben harmlos, DES und Umrichter werden nicht beschädigt, es erfolgt letztlich nur die Störungsmeldung „Überspannung“ des Umrichters.

In Arbeit sind sinnvolle Kombinationen aus sicheren Bremswiderständen und dem dynamischen Energiespeicher, die kurzzeitige Spitzen abfangen können, dabei kaum Energie abgreifen aber die Vorladespannung des Speichers niedrig und somit das Speichervolumen hoch halten können. Es wird auch beim DES ein Baukastensystem angeboten werden, das für alle Fälle ein Kosten-Nutzen-Optimum bietet. Eine Individualisierung des Energiespeichers selbst ist schon bei kleinen Stückzahlen möglich, sodass in Summe trotz des kleinen Marktsegments eine wirtschaftliche Produktion entsteht.

Einsetzbar ist der DES außerdem bei Einachs- wie auch bei Mehrachssystemen. Sind mehrere Antriebe über einen Zwischenkreis miteinander gekoppelt, arbeitet der DES in gleicher Weise wie bei einem Einachssystem. Immer wenn der Zwischenkreis die Einschaltspannung des DES erreicht, wird die überschüssige Energie in den DES geladen. Wird Energie gebraucht, hält der DES wie beim Einzelantrieb die Zwischenkreisspannung solange stabil, bis er sich auf seine Vorladespannung entladen hat. Auch bei Mehrachssystemen braucht es nichts mehr als die drei Anschlüsse Zwischenkreis Plus und Minus und Brems-Chopper-Ausgang.

Keine Einsparung ohne Investition

Die Einsparung elektrischer Energie ist der große Vorteil des Gerätes. Dieser ist auch zur Amortisation der höheren Investition notwendig. Bei kurzen Zykluszeiten und Dreischichtbetrieb kann der Amortisationszeitraum aufgrund der möglichen Einsparung von mehreren Tausend kWh pro Jahr aber überschaubar kurz sein. Und bei den zu erwartenden steigenden Energiekosten verbessert sich das Ergebnis laufend zugunsten des DES.

Für eine weitere Anwendung wird es den DES demnächst in der Version DEV geben. Statt in möglichst kurzen Zyklen als Bremswiderstandsersatz zu fungieren, wird er in der Variante DEV (dynamische Energieversorgung) zur Erhaltung kontinuierlicher Prozesse eingesetzt. Der DEV wird dabei kurzzeitige Netzunterbrechungen überbrücken und somit auf andere Weise kostensparend wirken als sein Schwestergerät. Deshalb sind auch Hard- und Software der Geräte nicht komplett deckungsgleich.

Trotz der einfachen Anwendung seines dynamischen Energiespeichers und deutlichen Energieeinsparungen sieht der Hersteller aufgrund seiner Erfahrung mit Bremswiderständen in beiden Einsatzbereichen bislang nur ein kleines Marktsegment, das für große Hersteller nicht lukrativ genug ist. Es wird davon ausgegangen, dass sich der ein oder andere Große der Antriebstechnik der DES-Technik bedienen wird.

* * Chris Liebermann ... ist technischer Berater für die Michael Koch GmbH in Ubstadt-Weiher.

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