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Energiemanagementlösungen Supercaps: Energiespeicher für Schaltschränke helfen bei Stromausfall

| Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Für einen Produktionszyklus von drei Sekunden in der Spitze benötigt eine Maschine 53 kW Leistung, im Mittel über die Zeit rund 25 kW, also eine Energiemenge von 75 kJ pro Zyklus. Die Forderungen sind schnell definiert: Die regelmäßige Leistungsaufnahme aus dem Netz soll 25 kW nicht übersteigen und ein Produktionszyklus soll bei Ausfall der Stromversorgung noch zu Ende gebracht werden. Beides sind Aufgaben, die das modulare Energiespeicher- bzw. Energiemanagementsystem KTS erledigen kann – verspricht die Michael Koch GmbH.

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Das komfortable Energiemanagementsystem KTS der Michael Koch GmbH, das viele Anforderungen elegant löst, findet seinen Einsatz in Verbindung mit elektrischer Antriebstechnik vieler Branchen. Von klein bis groß reichen die Varianten. Im Beitrag stehen die Systeme in Verbindung mit Superkondensatoren im Fokus.
Das komfortable Energiemanagementsystem KTS der Michael Koch GmbH, das viele Anforderungen elegant löst, findet seinen Einsatz in Verbindung mit elektrischer Antriebstechnik vieler Branchen. Von klein bis groß reichen die Varianten. Im Beitrag stehen die Systeme in Verbindung mit Superkondensatoren im Fokus.
(Bild: Michael Koch GmbH)

Kontinuierliche Produktionsprozesse sind das Ziel eines Maschinenbetreibers unabhängig vom geographischen Standort der Maschine. Die Voraussetzungen in Bezug auf die Energieversorgung können allerdings von Land zu Land und selbst innerhalb eines Landes sehr unterschiedlich sein. Schwache und/oder instabile Versorgungsnetze gelten als kritische Standortfaktoren, regulatorische Maßnahmen bezogen auf die Begrenzung von Leistungsspitzen nehmen spürbar zu. Umgekehrt bringen die betroffenen Standorte bei anderen Kostenarten bzw. Standortfaktoren häufig derart hohe Vorteile, dass das Risiko der kritischen Stromversorgung dennoch eingegangen wird.

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Energiemanagement: unmittelbare und gezielte Wirkung

Zur Lösung der Stromversorgungsproblematik bieten sich mehrere Wege an. Diese unterscheiden sich insbesondere in den Dimensionen Reichweite, Energiemengen, Reaktionsgeschwindigkeit, Dynamik und Wartungsintervalle. Es stellen sich also die Fragen, was abgesichert werden soll wodurch sich dann auch die notwendige Energiemenge festlegen lässt, wie schnell die Netzversorgung ersetzbar sein muss, wie häufig die Einsatzfälle vorkommen und wie oft die Ersatz-Stromversorgung gewartet und die Speicher ausgetauscht werden müssen. Danach lassen sich dann Art und Größe der Ersatzversorgung festlegen.

Für Koch steht als Aufgabe der Produktentwicklung stets die Anforderung, im Gegensatz zu einer allgemeinen Versorgung aller Verbraucher, gezielt die kritischen Produktionsprozesse ohne Unterbrechung und auch bei extremer Zyklenanzahl unterstützen zu können. Unabhängig davon, ob in schwachen Netzen häufig auftretende Spannungsschwankungen auszugleichen, Leistungsspitzen zu glätten oder generatorische Energien aufzunehmen sind, die Dynamik der Produktionsprozesse muss erhalten werden. In manchen Fällen lässt sich diese sogar deutlich steigern. So konzentriert sich das Unternehmen auf das unmittelbare Management der Energieflüsse in Gleichstromnetzen. Der Prototyp davon ist der Gleichstromzwischenkreis von Drive Controllern, also von Frequenzumrichtern oder Servo-Controllern. Darüber hinaus versorgen die Systeme von Koch aus den gleichen Speichern auch kritische 24V-Netze der Maschine, also zum Beispiel Steuerungen, IPCs, Sensorik bis hin zu den Bremsen.

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Was steckt hinter der Produktgruppe KTS?

Letztlich ist es die Idee, den Kunden von lästigen und aufwändigen Arbeiten zu entlasten und ihm ein leistungsfähiges Paket anzubieten, dass er anschlussbereit beziehen kann. Er muss sich um keine Details kümmern, keine Pläne erstellen, keine Sicherungen suchen, nichts montieren und verdrahten. Er erhält ein System, das auf seine individuelle Anwendung perfekt abgestimmt ist und für das wir geradestehen. Er gewinnt ein gehöriges Maß zusätzlicher Sicherheit, Effizienz und bei vielen Fällen auch eine höhere Produktivität, also die Möglichkeit, mehr Geld zu verdienen.

Welche Vorteile hat Ihr Kunde denn noch?

Wegen der Möglichkeit, Leistung und Energiemengen recht fein abzustufen und dann noch auf verschiedene Aufgaben einzugehen, wie die Aufnahme generatorischer Energie oder das Kappen von Leistungsspitzen, kann im Extremfall für jede Maschine ein individueller KTS zum Einsatz kommen. Es kann sogar auf die spezifischen Anforderungen oder Wünsche des Maschinennutzers, also des Kunden des Maschinenbauers eingegangen werden. Damit ergeben sich Wettbewerbsvorteile, die entscheidend sind.

Das hört sich aber trotz aller Vorteile etwas kompliziert an.

So ist es eben nicht! Sehen Sie, wenn wir mit der Auslegung beginnen, dann geht es erst einmal um die Frage nach den zu erfüllenden Aufgaben, wobei wir im Grundsatz nur zwei unterscheiden: Zyklischer oder selten vorkommender Einsatz, wie etwa die Stromversorgung beim Fall ungeplanter Netzausfälle. Weiter geht es dann um die Rahmendaten Leistung, Einschaltdauer und Zyklendauer. Diese bestimmen die aktiven Geräte und die Speichereinheiten, die notwendige Peripherie wie etwa die Absicherung ebenfalls. Dann ist das System bis auf die Optionen schon bestimmt. Hat man die paar wenigen Anwendungsdaten und nutzt unser Auslegungstool, dann ist das KTS ruckzuck festgelegt.

Welche Zielgruppen sprechen Sie damit an?

Für uns ist fast jede Maschine interessant, die mit elektrischer Antriebstechnik betrieben wird. Da stecken die Drive Controller mit ihrem Gleichstromzwischenkreis drin, an dem unsere Plug & Play-Lösung KTS direkt angeschlossen wird. Unser System gleicht die üblichen Spannungs- bzw.- Energieschwankungen im Zwischenkreis aus, weshalb wir auch Energiemanagementsysteme zu unseren Geräten bzw. KTS sagen. Ganz einfach gesagt: Ist zu viel Energie, also Bremsenergie da, dann holen wir diese heraus, ist zu wenig da, dann füllen wir die Lücken auf. Es kann sich also auch um schon aktive Maschinen handeln oder man entscheidet sich für ein Retrofit, um aus den Vorteilen, die unsere Systeme bieten, den entsprechenden Nutzen zu ziehen. Jeder, der seine Maschinen optimieren möchte, ist uns willkommen!

Sie sagen, Ihr System sei wartungsfrei. Trotzdem bieten Sie eine Entladeeinheit an, um Wartungspersonal zu schützen. Warum?

Nun, es gibt diverse Situationen, bei denen man die gesamte Anlage, die Maschine oder auch den KTS allein spannungsfrei bringen muss. Bei solchen Situationen werden die beauftragten Menschen oft allein gelassen. Wir meinen, dass es wichtig ist, auch für solche Fälle Vorkehrungen zu treffen. Sicherheit ist ein sehr wichtiges Kriterium für uns und unser Unternehmen, was ja beispielsweise auch für unsere Bremswiderstände im besonderen Maß gilt. Wir bieten eine sichere, zuschaltbare Möglichkeit an, die in dieser Art einen sehr einfachen Weg ermöglicht. Es ist aber kein Muss, es ist eine Option.

Welche Erwartungen verbinden Sie mit dem KTS?

Wir glauben, dass wir mit diesem kundenfreundlichen System viele Wettbewerbsvorteile für unsere Kunden generieren können. Wir meinen aber auch, dass wir uns trotzdem in einer sehr kleinen Nische bewegen. Für uns ist jeder einzelne Kunde, jeder einzelne Auftrag wichtig und so behandeln wir ihn auch. Wir sind optimistisch, mit dem KTS weiter zu wachsen. Dafür schaffen wir alle Voraussetzungen und freuen uns auf die Aufgaben.

KTS: kaskadierbares modulares System

Die Lösung der Aufgabenstellungen erfolgt mit Hilfe eines umfangreichen Systems von Einzelmodulen, die applikationsspezifisch zusammengestellt und dann komplett konfiguriert und anschlussfertig im Schaltschrank ausgeliefert werden. Koch nennt seine Komplettlösungen KTS.

Den Kern eines KTS bildet der Dynamische Speicher-Manager DSM 4.0, der die aktive Verbindung zwischen elektrischen Speichern und dem Gleichstromzwischenkreis des Drive Controllers herstellt. „Welche Aufgaben dieser Gleichstromzwischenkreis für den DSM 4.0 auch immer stellen mag, der Dynamische Speicher-Manager wird sie erfüllen“, verspricht der Geschäftsführende Gesellschafter Michael Koch. „Und zwar schnell. So schnell, dass es für Mensch und Maschine unbemerkt von statten ginge, würde der DSM 4.0 nicht mit dem Drive Controller oder einer übergeordneten Steuerung kommunizieren.“

Abhängig von der geforderten Spitzenleistung wird die Anzahl der einzusetzenden DSM 4.0-Geräte bestimmt. Sie sind ohne weiteren Konfigurationsaufwand und damit sehr einfach zu kaskadieren Spitzenleistungen bis über 200 kW sind realisierbar. Die andere Seite des Systems bilden die Speichereinheiten. Für sie gelten als Auswahlkriterien die Häufigkeit und Dauer der Zyklen sowie die notwendige Energiemenge. Der DSM 4.0 beherrscht für extrem schnelle und häufige Zyklen mit kleineren Energiemengen Elektrolytkondensatoren, für seltene aber energiereiche Zyklen Batterien. Den Mittelweg bilden Superkondensatoren, die bei den KTS-Lösungen von Koch bevorzugt in Modulen, die aus mehreren einzelnen Supercaps bestehen, zum Einsatz kommen. Mit diesen können KTS-Systeme abgebildet werden, die ein sehr breites Spektrum in Leistung und Energiemenge und damit auch an konkreten Einsatzfällen mit entsprechenden Nutzenvorteilen abdecken.

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