Energierecycling steigert Betriebsgewinne

Mit dem Durch­bruch ungenutzte Energie aus dem Brems­be­trieb von Wick­el­maschi­nen, Prüf­stän­den und Aufzü­gen zurück­zugewin­nen wurde von MSF-Vathauer ein neuer Stand der Tech­nik umgesetzt.

Eine Ein­führung von Sys­te­men zur Energierück­gewin­nung scheit­erte bish­er an unzure­ichen­dem Wirkungs­grad und zu hohen Investi­tion­skosten. Mit prax­is­na­her Forschung ist es dem Inno­va­tion­steam von MSF-Vathauer Antrieb­stech­nik GmbH & Co. KG gelun­gen dieses Manko auszu­gle­ichen. Mit dem Energierück­gewin­nungssys­tem kann ver­lorene Brem­sen­ergie jet­zt nahezu ver­lust­frei in das Anla­gen­netz zurück­ge­führt werden.

AC-Stan­dard­mo­toren und Ser­voantriebe sind in der Antrieb­stech­nik weit ver­bre­it­et. Das bere­its mehrfach instal­lierte Ener­gy-Recov­er-Sys­tem (ERS) ist mul­ti­funk­tion­al und kann in fast allen Bere­ichen bei der Entste­hung von Brem­sen­ergie einge­set­zt bzw. nachgerüstet wer­den. Ohne Zwis­chen­spe­icherung wird die über­schüs­sige Energie aus dem Brems­be­trieb vom ERS direkt in das Anla­gen­netz mit einem Wirkungs­grad von 98 % zurück­ge­führt! Schon die ersten Pro­jek­te wur­den mehrfach aus­geze­ich­net. Darunter eine Ehrung als TOP-Inno­va­tor 2016 im Rah­men der inno­v­a­tivsten Unternehmen im Mit­tel­stand und “Gold Medal” auf der AUTOMATICON in Warschau (Polen).

„Aus unseren Forschungsar­beit­en am ERS kön­nen jet­zt nicht nur Neuan­la­gen prof­i­tieren. Durch ein­fache und schnelle Inbe­trieb­nahme hat sich das Sys­tem auch als Nachrüst­satz bei Bestand­san­la­gen bzw. bei Retro­fit­maß­nah­men bewährt. Die Investi­tion­skosten liegen je nach Anwen­dung im dreis­tel­li­gen Bere­ich und sind daher ver­gle­ich­sweise ger­ing. Für den Con­troller im Unternehmen ein seltenes Erleb­nis, wenn sich eine Investi­tion, also der ROI, bere­its nach weni­gen Monat­en gerech­net hat“, so Marc Vathauer, Geschäfts­führer von MSF-Vathauer Antriebstechnik.

Investition schafft Mehrgewinne: Wickelmaschine wird Stromerzeuger

Bei der Pro­duk­tion von Flächen­ma­te­ri­alien, wie beispiel­sweise Papi­er, Folie, Tex­tilien oder auch Draht, wer­den große Wick­elein­heit­en ver­wen­det. Der energieaufwendi­ge Pro­duk­tion­sprozess ist dabei ein hoher Kosten­fak­tor. Durch unter­schiedliche Antrieb­skonzepte muss das abgewick­elte Mate­r­i­al mit Hil­fe des Abwick­lers immer auf Span­nung gehal­ten wer­den. Dabei wird über einen fre­quen­zgeregel­ten Antrieb per­ma­nente gen­er­a­torische Energie erzeugt, die bish­er ungenutzt „ver­puffte“. Über das ERS auf­bere­it­et wird sie in das Anla­gen­netz zurück­ge­führt, so dass die Energieauf­nahme und somit die Energiekosten der Wick­el­mas­chine erhe­blich gesenkt wird. In aktuellen App­lika­tio­nen wer­den dabei IE2 oder IE3 Motoren einge­set­zt und durch einen entsprechen­den Fre­quen­zum­richter geregelt. Bish­er war es auf Grund der gen­er­a­torischen Betrieb­sart notwendig einen Brem­swider­stand einzuset­zen der die entste­hende Wärme ungenutzt in die Umge­bung abgab. Die hohen Betrieb­stem­per­a­turen erzeu­gen dabei ein erhöht­es Bran­drisiko. Bei eini­gen Anwen­dun­gen muss zur Senkung der Tem­per­atur daher zusät­zlich eine sekundäre Kli­ma­tisierung zur Küh­lung einge­set­zt werden.

Zur Kostensenkung bei gle­ichzeit­iger Energierück­gewin­nung wur­den Brem­swider­stände jet­zt durch das ERS erset­zt. Das Rück­speise­mod­ul führt die bish­er ver­lorene gen­er­a­torische Energie im Dauer­be­trieb sowie im Aus­set­z­be­trieb wieder in das Anla­gen­netz zurück.

Darüber Hin­aus ent­fällt eine erforder­liche Kli­ma­tisierung durch die geringe Wärmeen­twick­lung des ERS bei gle­ichzeit­iger Senkung der Anla­genen­ergiekosten. Auf die Ver­wen­dung von Fil­ter oder Drosseln bei der Instal­la­tion kann verzichtet wer­den. Dadurch ent­fall­en die son­st üblichen Mehrkosten für zusät­zliche EMV Maßnahmen.

In einem aktuellen Pro­jekt wird ein Abwick­ler mit einem Durchmess­er von 1100mm ver­wen­det, der einen Zug von ca. 650N hat. Bei ein­er Drehgeschwindigkeit von 200m/min kann eine Rück­speise­leis­tung von etwa 1360W erzielt wer­den. Auf­grund des Ener­gy-Recov­ery-Sys­tems kann diese Wick­el­mas­chine, welche in einem 24/7 Pro­duk­tions­be­trieb läuft, durch zurück­ge­führte Energie eine Erspar­nis von 3.504EUR pro Jahr aufweisen. Die nach­ste­hen­den Messergeb­nisse zeigen die Energieeinsparun­gen bei ver­schiede­nen Wickelgeschwindigkeiten.

E- Bike Prüfstände erzeugen Eigenstrom

Der Verkauf von Ped­elecs oder E‑Bikes wird in den kom­menden Jahren weit­er­hin einen ras­an­ten Zuwachs haben. Laut Zweirad-Indus­trie-Ver­band ZIV wurde 2016 mit 13 Prozent eine Steigerung auf ins­ge­samt 605.000 in Deutsch­land verkaufter E‑Bikes (2015: 535.000 Stück) erre­icht. Nach ein­er Erhe­bung im März 2017 sind laut ZIV bere­its drei Mil­lio­nen E‑Bikes auf deutschen Straßen unterwegs.

Die Antriebe ver­schieden­er E‑Bike Motoren wer­den durch einen Leis­tung­stest auf entsprechen­den Prüf­stän­den durchge­führt. Dabei wer­den umfassende Belas­tung­stests des Motors simuliert und die Motoren app­lika­tions­be­d­ingt im Dauer­brems­be­trieb gen­er­a­torisch betrieben. Die so erzeugte Energie gibt bei der Ver­wen­dung herkömm­lich­er Brem­swider­stände die im Prozess anfal­l­ende Wärme an die Umge­bung sowie Schaltschränke ab und heizt sie entsprechend auf.

Die Energie wird bish­er aus Hub‑, Senk- und Brems­be­we­gun­gen durch Brem­swider­stände in Ver­lust­wärme umge­wan­delt. Durch das Ener­gy-Recov­ery-Sys­tem kann genau diese poten­tielle Energie dem Sys­tem wieder zurück­ge­führt wer­den. Dadurch wer­den Energie- und Betrieb­skosten erhe­blich gesenkt und der ROI der Pro­duk­tion­san­lage wird somit schneller erre­icht. Dies unter­stützt nicht nur den unmit­tel­baren Mehrgewinn, son­dern fördert zugle­ich auch die Nach­haltigkeit und Umwelt und trägt so pos­i­tiv zur Zer­ti­fizierung nach ISO 50001 bei. Ein weit­eres Entschei­dungskri­teri­um bei Prüf­stän­den ist eine geringe Bau­größe. Mit kom­pak­ten Abmes­sun­gen von 312 x 112 x 90 mm (L x B x H) ist das Energierück­gewin­nungssys­tem im Ver­gle­ich zu einem Brem­swider­stand leicht einzuset­zen und daher opti­mal geeignet. So kann im Schaltschrank deut­lich Platz einges­part werden.

Aufzugsanlagen steigern Energieeffizienz

Beim gen­er­a­torischen Betrieb der Auf- und Abfahrt von Aufzü­gen fall­en hohe Energieüber­schüsse an, die über den Brem­swider­stand ungenutzt abge­baut wer­den. Diese hohen Energieüber­schüsse wer­den durch das ERS umge­wan­delt und wieder einge­speist. In den Nieder­lan­den überzeugt das ERS Sys­tem in einem 16 stock­i­gen Wohn­haus mit 4 Aufzü­gen. Schon in den ersten 37 Tagen kon­nte ein zusät­zlich­er Energiegewinn von 101kWh erre­icht wer­den. Die Aufzugsan­lage wird von einem 11kW Motor sowie von einem entsprechen­den Fre­quen­zum­richter betrieben. Eine Hochrech­nung auf den Jahreszyk­lus des Aufzuges ergibt eine Energieeinsparung in Höhe von 1000 kWh. Diese Werte haben den Betreiber und Her­steller überzeugt. In den Fol­ge­monat­en wer­den weit­ere Aufzüge nachgerüstet. Auch bei der Aufzugsan­wen­dung wird von der kom­pak­ten Bau­größe sowie von der schnellen und rück­wirkungs­freien Instal­la­tion des ERS profitiert.

Plug and Play Gewinnmaximierung für Frequenzumrichter und Servoregler auf dem Punkt

Das ERS wird zum Nachrüsten von Bestand­san­la­gen bzw. Retro­fit und zur Instal­la­tion in Neuan­la­gen nachge­fragt. Eine ein­fache und schnelle Inbe­trieb­nahme, option­al auch par­al­lel zu einem Brem­swider­stand, ermöglicht eine direk­te Energierück­speisung ohne Zwischenspeicherung.