Industrielle DC-Netze
Rund 70 Prozent der elektrischen Energie werden in der Industrie von Elektromotoren verbraucht. Energieeinsparungen lassen sich durch Frequenzumrichter erzielen, die standardmäßig über einen Gleichspannungszwischenkreis verfügen. Die Grundidee des Verbundforschungsprojektes DC-INDUSTRIE2, an dem sich KEB Automation als Projektpartner beteiligt hat: Die vorhandene Gleichspannung direkt zu koppeln, ohne dass diese den Umweg über die Wechselspannung nehmen muss. Mit dem Ziel, die industrielle Produktion ressourcenschonender und flexibler zu gestalten und die Energiewende voranzutreiben, wurden in dem Projekt die Potenziale von Gleichstromnetzen in den Blick genommen.
Mit dem Leitsatz „Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft“ startete DC-INDUSTRIE2 im Herbst 2019. Damit schließt das Projekt an das vorangegangene Forschungsprojekt DC-INDUSTRIE an. In diesem stand die Entwicklung und Erprobung von leistungselektronischen Geräten für die Versorgung und das Schützen von DC-Netzen in Produktionszellen im Fokus.
Darauf aufbauend ging es bei DC-INDUSTRIE2 um die Entwicklung eines DC-Netzes für Produktionshallen, wodurch eine sichere, robuste und dezentrale Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen sichergestellt werden sollte. DC-INDUSTRIE bietet ein offenes System, das die effiziente Integration von erneuerbaren Energien und einen geringeren Energieverbrauch ermöglicht. Zudem sind die reduzierte Einspeiseleistung und eine höhere Anlagenverfügbarkeit wichtige Vorteile. 2023 wurde das Projekt DC-INDUSTRIE2 erfolgreich abgeschlossen. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden von der Ende 2022 gegründeten Open DC Alliance (ODCA) aufgenommen und dort weiterentwickelt. KEB Automation ist Gründungsmitglied dieser vom ZVEI initiierten Arbeitsgemeinschaft.
Simon Riethmüller
HOMAG
Projektleiter DC-INDUSTRIE2
Die DC-Technologie spielt auf dem Weg in Richtung einer klimaneutralen Produktion eine wesentliche Rolle – und wartet mich verschiedenen funktionalen Vorteilen auf. Dazu zählt, dass sich DC gegenüber der herkömmlichen AC-Technik durch eine besondere Robustheit gegenüber Netzstörungen auszeichnet. Durch geringere Wandlungsverluste und den direkten Energieaustausch lässt sich eine deutlich bessere Energiebilanz erzielen. Nachhaltige Energiequellen wie Photovoltaik oder Energiespeicher, die von sich aus eine Gleichspannung erzeugen, lassen sich mittels der DC-Technologie einfach in das Versorgungsnetz integrieren. Die DC-Technologie leistet einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Ressourceneffizienz, da sich mit dieser Kupfer in der Verdrahtung der einzelnen Geräte einsparen lässt. Ermöglicht werden derlei Potenziale durch die erhöhte Spannung, zwei statt drei aktive Leiter, der Eliminierung von Verschiebungs- und Verzerrungsblindleistung und dem direkten Energieaustausch bei Bremsvorgängen.
Um ein effizientes DC-Netz zu konzipieren, braucht es die Zusammenarbeit von Anwendern, Forschungsinstituten und Komponenten-Herstellern – von der Einspeisetechnik über Antriebs- und Schutztechnik bis zur Verbindungstechnik. Vor diesem Hintergrund hat auch KEB die Expertise zu DC-Verbundsystemen und EMV in das Projekt DC-INDUSTRIE2 eingebracht. Bereits im Rahmen des Vorgängerprojekts DC-INDUSTRIE entwickelte KEB Antriebsregler-Demonstratoren, die im Projekt INDUSTRIE2 zusammen mit aktiven Einspeisegeräten – Active Infeed Convertern (AIC) – von KEB inklusive EMV-Filtereinheiten in den Modellanlagen eingesetzt und evaluiert wurden. Im Rahmen von DC-INDUSTRIE2 beteiligte sich KEB zum Beispiel an Lösungen, mit denen parallel betriebene Einspeisegeräte nicht mehr zwangsläufig durch schwere und ineffiziente Trenntransformatoren entkoppelt werden müssen, sondern durch eigens entwickelte EMV-Filter eine entsprechend hohe Gleichtaktunterdrückung erreichen.
KEB entwickelt Systemlösungen bestehend aus AICs, Antriebsreglern und geeigneten EMV-Filterlösungen und setzt diese erfolgreich auf Maschinenebene ein. Unter anderem Textilmaschinen, Lastenaufzüge, Kunststoffspritzgießmaschinen oder Intralogistik-Applikationen profitieren von der mit KEB umgesetzten DC-Versorgung. Im Bereich der Filtertechnik forscht und entwickelt KEB seit vielen Jahren – immer mit dem Ziel, die EMV von elektrischen Antrieben weiter zu optimieren. Das Know-how in diesen Bereichen wurde im Forschungsprojekt DC-INDUSTRIE und DC-INDUSTRIE2 eingebracht.
KEB-Kunden nutzen den direkten Anschluss von Geräten am DC-Zwischenkreis bereits in vielen dynamischen Aufgaben, wie z.B. Hub- und Fahrantriebe in der Lagertechnik, in Krananlagen, bei rotierenden Werkzeugantrieben in Bearbeitungszentren oder auch hochtourigen Energiespeichern.
