In einer Produktionsumgebung sind die Ergebnisse von Amortisationsrechnungen entscheidend. Messungen direkt vor Ort fallen dabei ins Gewicht, theoretischen Überlegungen alleine wird selten vertraut, selbst wenn diese mit den entsprechenden Tools belastbare Ergebnisse voraussagen. In einem konkreten Beispiel war es für die Entscheider wichtig, die echten Energieeinsparungen beim Einsatz eines aktiven Energiemanagementgerätes für elektrische Antriebe an einem Handling-Roboter zu ermitteln. Schließlich gibt es eine Vielfalt an Applikationen mit sehr unterschiedlichem Einsparungspotential.
Der Sechsachs-Knickarmroboter mit einem Werkzeuggewicht von 140kg wird in Dauerversuchen bei drei Aktivitäten untersucht, die in der Automobilindustrie Tagesgeschäft sind. Um möglichst nahe an der Realität zu sein, wurden originale Punktschweiß-, Klebe- und Handling-Programme aus dem Karosseriebau der Automobilbranche durchgeführt. Insgesamt sind es 20 verschiedene Programme bzw. Verfahrzyklen, anhand derer Vergleichsmessungen mit und ohne aktive Energiemanagementgeräte vorgenommen wurden. Das Ergebnis ist eindeutig: Die Energieeinsparungen mit dem Einsatz des PxtFX lagen durchschnittlich bei gut 15 Prozent. Insgesamt lagen die Einsparungen in einem Bereich von mindestens 7 bis 21 Prozent, was gerade auch bei den recht langsamen Bewegungsmustern bemerkenswert ist.
Hohe Energieeffizienz und Produktivitätssteigerung
Derartig gute Ergebnisse überzeugen selbst die größten Zweifler. Kommen dann noch weitere Argumente hinzu, kann das Thema Energieeffizienz sogar in den Hintergrund treten. Insbesondere dann, wenn die Produktivität gesteigert werden kann. Schließlich ist das neben der Hebung von Kostensenkungspotentialen das Hauptziel jedes Produktionsverantwortlichen. Dazu wird der Effekt genutzt, dass die Geräte der Pxt-Familie zum einen eine ausgleichende, also schonende Wirkung auf die Antriebselektronik haben, wodurch höhere Geschwindigkeiten bzw. geringere Taktzeiten möglich sind bei mindestens gleicher, sehr häufig aber längerer Lebensdauer. Gleichzeitig wird ein höheres Spannungsniveau erreicht und vor allem gehalten, der übliche Spannungseinbruch bei Beschleunigung erfolgt nicht, wodurch bessere und zuverlässigere Beschleunigungswerte möglich sind. So wird in Summe statt der Elektronik die Mechanik zum begrenzenden Faktor. Im Presswerk kann dadurch z.B. die Ausbringungsmenge um über zehn Prozent erhöht werden.
Die Erhöhung der Energieeffizienz ist in solch einem Fall eine nette Dreingabe. Gleichzeitig ist der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeitserhöhung und Energieeffizienz mit dem Einsatz der Pxt-Geräte von Koch signifikant: Je kürzer die Taktzeiten, also je schneller die Geschwindigkeits- und Richtungswechsel durchgeführt werden, desto höher sind auch die Einsparungseffekte bei der Energie. Oder mit anderen Worten: Die aktiven Geräte der Pxt-Familie ermöglichen eine höhere Produktivität bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch. Diese Erkenntnis weicht auch nach und nach harte Standardisierungsvorgaben gerade in der Automobilindustrie auf. Die Summe der Vorteile fördern den Gedanken, auch einzelne Roboteranwendungen mit Pxt-Systemen auszurüsten, auch wenn die Standards des internationalen Fabrikverbunds eines Konzerns diese nicht vorsehen.
Lastspitzen kappen
Das Feature der Reduzierung von Netzlastspitzen kann in vielen Anwendungen hilfreich sein. Die Pxt-Geräte von Koch können die Netzeingangsleistung auf zweierlei Art begrenzen: Zum einen auf dem klassischen Weg gesteuert durch das Antriebssystem. Das bedeutet, dass der Frequenzumrichter oder die übergreifende Steuerung dem System das Signal zur Lieferung der nötigen Spitzenleistung gibt, um insgesamt unter einer vorgegebenen Netzlast zu bleiben. Das Pxt-System eröffnet aber auch einen selbständigen Weg mit einer A-genauen Eingangsstrombegrenzung. Das System misst dafür den Strom der drei Phasen des Netzeingangs und begrenzt diesen Eingangsstrom auf einen voreingestellten Wert von xA. Die über diesem Wert x liegenden Leistungsanforderungen des Antriebssystems werden dann automatisch und unmerklich durch das Pxt-System bedient. Nach dem erforderlichen Applikations-Engineering, also der Festlegung von geforderter Leistungshöhe und Energiebedarf ist die Installation des Systems eine einfache Plug&Play-Maßnahme. Ein erfreulicher Nebeneffekt stellt sich zudem ein: Das von Lastspitzen befreite Stromnetz wird stabiler und somit sicherer.
Womit sogar eine weitere Eigenschaft der Geräte einhergeht: Bei passender Auslegung gleichen die Pxt-Systeme auch netzbasierte Spannungsschwankungen aus und gewährleisten so einen stabilen Betrieb des Antriebs auch bei schwachen Stromnetzen. Das heißt, dass kurze Spannungseinbrüche direkt, also für den Antrieb unmerklich ausgeglichen werden. Kurzzeitige Spannungsunterbrechungen oder Komplettausfälle können überbrückt oder der Antrieb bzw. die Maschine kann mit Hilfe der Pxt-Geräte in einen sicheren Zustand gebracht werden. Im Extremfall können mit dem aktiven Energiemanagement sogar geplante Versorgungsunterbrechungen, also der Betrieb ohne Stromnetz, umgesetzt werden. In diesen Fällen übernimmt das System also die Aufgabe einer USV. Übrigens gilt das auch für 24VDC-Netze, die zusätzlich aus dem System sicher gespeist werden können.
Einfache Realisierung
Die Konfiguration und Einbindung eines aktiven Energiemanagementsystems ist sehr einfach. Die Auslegung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Spezialisten von Koch und mit Hilfe weitreichender Auslegungs- und Simulations-Tools. Das so ermittelte und festgelegte Pxt-System wird dann an das Gleichstromnetz oder den Zwischenkreis des Antriebssystems über Kabel angeschlossen und arbeitet völlig selbständig, selbst der Startvorgang der Geräte initiiert sich selbst. Es sind also außer der Montage und dem Anschluss keine weiteren Arbeiten zur Inbetriebnahme vor Ort notwendig.
