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Michael Koch Energiespeicher für den Notfall

| Autor / Redakteur: Chris Liebermann / Stefanie Michel

Stromausfälle sind auch heute keine Seltenheit und können in Anlagen große Schäden anrichten, die einen hohen Reparaturaufwand nach sich ziehen. Ein im Antriebssystem integrierter Energiespeicher kann dies verhindern, indem er unbemerkt reagiert und die Anlage bis zum kontrollierten Stillstand mit Energie versorgt.

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Abschrauben – Einspritzen – Inspizieren: Dank eines dynamischen Energiespeichers bleibt selbst bei Stromausfall die Synchronität erhalten.
Abschrauben – Einspritzen – Inspizieren: Dank eines dynamischen Energiespeichers bleibt selbst bei Stromausfall die Synchronität erhalten.
(Bild: Superblock Liese)

Hohe Durchsatzmengen und somit rasende Geschwindigkeiten sind die Merkmale einer modernen Getränkeabfüllanlage. Produktivität im Sinne eines schnellen, ungestört laufenden Prozesses ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Entscheidung des Nutzers eine Maschine zu kaufen. Dies gilt allerdings nicht nur für normale Umstände, sondern auch für Sonderfälle. So wird auch gefordert, dass es im Fall von Spannungseinbrüchen und Netzausfällen weder zu Schäden an den Flaschen noch zu mechanischen Problemen bei der Maschine selbst kommt. Denn diese Ereignisse führen nicht nur zu einer Unterbrechung der Produktion, sondern verursachen in der Folge darüber hinaus einen hohen Aufwand für Reinigung und Reparatur der Anlage. Ein kleines Gerät, das sehr einfach in das Antriebssystem zu integrieren ist, vermeidet solche Situationen und sichert die Produktivität.

Der Standort einer Abfüllanlage ist heute kein Garant mehr dafür, dass Stromausfälle oder deutliche Spannungseinbrüche ausgeschlossen sind. Gerade in Zeiten der Energiewende und damit verbundenen teils schwachen Netzen steigt das Risiko für solche Fälle auch in technisch hoch entwickelten Ländern. Die in Deutschland registrierten signifikanten Stromausfälle gehen in die Hunderttausende pro Jahr. Für Maschinennutzer kann eine solche Unterbrechung der stetigen Energieversorgung dazu führen, dass es zu Crashs in der Maschine und auch zu Datenverlusten bei der Betriebsdatenerfassung kommt. Beides sind Situationen, die Nerven und manchmal auch viel Geld kosten. Sie sind aber durch ein unscheinbares Gerät einfach und sogar wartungsfrei zu vermeiden.

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Übergabestationen erfordern absolute Synchronität

Gerade bei Übergabestationen in Abfüllanlagen, bei denen die Flaschensterne ineinander greifen, ist Synchronität Pflicht. Wird sie durch noch so kurze Spannungseinbrüche gestört, kann es zu empfindlichen mechanischen Schäden kommen, die nur sehr aufwendig zu reparieren sind. Längere Produktionsunterbrechungen sind die Folge. Aber nicht nur bei der Flaschenübergabe können kritische Situationen entstehen, auch bei der Abfüllung selbst, die in jeder Situation zumindest zu einem kontrollierten Stillstand gebracht werden muss. Zuverlässige Abhilfe schafft ein nicht einmal schuhschachtelgroßer Energiespeicher der Michael Koch GmbH, der direkt und ohne jeglichen Zeitverzug das energetische Herz des Antriebssystems mit der notwendigen Menge an Energie versorgt.

Im konkreten Fall geht es um die Absicherung eines Füllerkarusells mit einem Hauptantrieb und 24 kleineren Antrieben an den Flaschengreifern. Bei Netzausfall erzeugt zwar insbesondere der Hauptantrieb durch die hohe Schwungmasse und die damit verbundene kinetische Energie eine recht große Menge an generatorischer Energie, die das System eine Weile am Leben halten kann. Doch ab einem gewissen Energieniveau geht die Synchronität verloren, am Ende trudelt die Maschine aus. Werden die Greifer der Flaschensterne nicht in eine sichere Position gefahren und gehalten, sind Crashs der komplexen Mechanik unvermeidlich.

Energieversorgung bis zum kontrollierten Stillstand

Ziel muss es also sein, die Antriebe bis zum kontrollierten Stillstand der Maschine stabil und garantiert mit ausreichend viel Energie zu versorgen. Mit der dynamischen Energieversorgung DEV von Koch ist dies schnell und einfach umsetzbar. Anstatt die gesamte Anlage über eine aufwendige USV-Anlage abzusichern, bedient die dynamische Energieversorgung direkt die Leistungselektronik der Antriebe. Deren interner, so genannter Gleichstrom-Zwischenkreis, aus dem der exakt notwendige Wechselstrom für die Antriebe generiert wird, erhält von der dynamischen Energieversorgung exakt so viel Energie, dass dessen Spannungsniveau auf dem üblichen Arbeitsniveau erhalten bleibt. Im Fall der Abfüllanlage sind dies 300 V Gleichstrom. Die Energiespeicher von Koch können Energie in Spannungsniveaus von 170 bis 800 V Gleichstrom liefern, wobei die Typen KEV (Kurzzeit-unterbrechungsfreie Stromversorgung für einphasige Drive Controller) bis 560, die Typen DEV bis 800 V Gleichstrom beherrschen.

Der eigentliche Energiespeicher DES der dynamischen Energieversorgung wird nach den Erfordernissen der Maschine dimensioniert. Im Fall des Abfüllers liefert die Maschine selbst die größte Menge an notwendiger Energie als Bremsenergie zurück in den Zwischenkreis. Die Messungen zeigen: Nur ein erstaunlich kleiner Rest von rund 1 kJ wird im konkreten Fall benötigt, um die Maschine stabil zu halten und zum endgültig sicheren Stillstand zu bringen. Der Typ KEV mit serienmäßigem Energievolumen bis 1,4 kJ und einem Spannungsniveau bis 560 V Gleichstrom war schnell definiert. Im Einsatz beweist sich der dynamische Energiespeicher als Energiequelle, die so schnell reagiert, dass ihr Eingriff im Antriebssystem nicht spürbar ist. Nur die Meldung der KEV an den Drive Controller oder an die übergeordnete Steuerung informiert das System, dass der Energiespeicher liefert. Einfach über zwei Kabel angeschlossen und ohne jeglichen Konfigurationsaufwand funktioniert das Gerät selbständig und somit extrem nutzerfreundlich.

Energiespeicher stützt sogar 24-V-Netz

Hat man eine Energiequelle für den Notfall, so war der Wunsch schnell geboren, weitere Verbraucher ohne Unterbrechung abzusichern. Hierbei geht es dem Maschinenbauer insbesondere um die Steuerung, Sensoren und Haltebremsen, die alle über ein 24-V-Gleichstromnetz versorgt werden. Die Betriebsdaten sollen erhalten bleiben, die Sensorik bis zum Stillstand funktionieren und die Haltebremsen des Systems auch erst nach sicherem Stillstand fallen. Dabei, so die Forderung, soll die Energie aus dem gleichen Speicher kommen, um keine spezielle Absicherungen des 24-V-Netzes einbauen zu müssen.

Mit der 24-V-Notstromversorgung NEV von Koch ist genau diese Anforderung zu erfüllen. Das Weitspannungsnetzteil wird mechanisch ganz einfach auf die KEV aufgesteckt und elektrisch über verpolungssichere Stecker verbunden. Sie liefert im Ausfallbetrieb bis 6 A (bis zu 150 VA), wobei sie sich an das Spannungsniveau der Verbraucher zwischen 22 und 26 V Gleichstrom exakt anpasst. Sollte mehr Leistung gefordert sein, können durch parallel geschaltete NEV weitere Netze abgesichert werden. Im beschriebenen Fall reicht eine NEV aus, und auch die Energiemenge des eingesetzten Speichers ist groß genug, um die Anforderungen zu erfüllen. Die Messungen an der Maschine belegen die Berechnungen der Auslegung. Wäre mehr gefordert gewesen, hätte die Energiemenge des KEV sehr einfach durch Erweiterungsmodule vervielfacht werden können.

Ein kleines, hocheffizientes und nutzerfreundliches System aus einem dynamischen Energiespeicher und dazu passenden Weitspannungs-Schaltnetzteil sichert eine Abfüllanlage gegen die Risiken von Spannungsschwankungen und Netzunterbrechungen zuverlässig und wartungsfrei ab. Eine im Verhältnis zum vermiedenen Risiko sehr kleine Investition, die im Betrieb der Anlage viel Ärger und Geld sparen kann.

Michael Koch auf der Hannover Messe 2016: Halle 14, Stand J15

* Chris Liebermann ist Mitarbeiter der Agentur Werbekoch. Weitere Informationen: Michael Koch GmbH in 76698 Ubstadt-Weiher

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