Ausfälle kompensieren, Stillstände vermeiden

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 180ms keine Ausnahme sind. Die Gespräche mit dem Netzbetreiber ergaben, dass dieser ein stabileres Netz nicht zusagen konnte. Schutz von Mensch, Maschine und Material 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. Vision und Wirklichkeit 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. Temperaturabhängige Leistungsabgabe 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. Ultrakondensatoren mit zahlreichen Vorzügen Ultrakondensatoren weisen hier Vorteile auf: Die verfügbare Leistung, die im Bedarfsfall zur Aufrechterhaltung der Spannungsversorgung abgerufen werden kann, ist unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant. Im Gegensatz zu wiederaufladbaren Batterien (Akkumulatoren) verfügen Ultrakondensatoren auch nach beliebigen Beladezyklen noch über maximale Speicherfähigkeit. Bei Akkus ist diese nach rund 1.000 bis 1.200 Ladevorgängen erheblich beeinträchtigt. Puffermodule überbrücken Ausfälle 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. Diese Schaltschrankkomponenten dienen als Energiespeicher und sichern industrielle Prozesse zuverlässig und wartungsfrei ab. In Abhängigkeit von der Auslastung können mit diesen Puffermodulen Ausfälle von 38s (bei 10A) bis zu mehr als 6min (bei 1A) überbrückt werden. Die Module der Baureihe MB Cap Ultra eignen sich nicht nur bei der Neukonzeption von Stromversorgungen, sondern sie können auch mit geringem Aufwand in bestehende Systeme integriert werden. Sie sind mit Meldekontakten oder mit einer USB-Schnittstelle ausgestattet, wodurch ei­ne zielgerichtete Kommunikation mit der Steuerungseinheit der Maschine und Anlage möglich ist. Murrelektronik hält zur Konfiguration der Puffermodule eine geeignete Softwarelösung bereit. Unterschiedliche Modelle für verschiedene Anwendungen MB Cap Ultra gibt es für unterschiedliche Anwendungsbereiche in Varianten von 3 bis 20A und für eine Eingangsspannung von 12 bis 24V. Für flexible Lösungen stehen vier Module zur Verfügung: Das MB Cap Ultra 10/24 38s sowie das MB Cap Ultra 10/24 7s mit einem hierzu kompatiblen Erweiterungsmodul. So kann z.B. die Pufferzeit erhöht werden, indem mehrere Erweiterungsmodule verkettet oder die kritischsten Verbraucher selektiv abgesichert werden. Neu im Programm ist nun das MB Cap Ultra 20/24 das Ausfallzeiten von 16s bei 20A überbrückt. Hannover Messe 2011 / Halle 9, Stand D27