Digital Scout SPS 2022

SPS

SPS 2022 FÜR JEDES SZENARIO DIE OPTIMALE LÖSUNG GENERIEREN ENERGIEMANAGEMENT FÜR ELEKTROHYDROSTATISCH ANGETRIEBENE MASCHINEN 01 Wie durch ein intelligent ausgelegtes Energie Management System (EMS) Verluste minimiert und die installierte Leistung von Maschinen signifikant reduziert werden können. Im industriellen Umfeld werden immer mehr Antriebssysteme vom servohydraulischen Drosselprinzip auf elektrohydrostatische Antriebssysteme (EAS) umgestellt. Dank der 4-Quadranten-Fähigkeit der in dieser Technologie eingesetzten elektrohydrostatischen Pumpeneinheit (EPU) und des Wechselrichters ist es möglich, regenerative Leistungsflüsse, die beim Bremsen oder durch Fluiddekompression entstehen, zu speichern und wiederzuverwenden. Somit kommt zu dem ohnehin hohen Effizienzgewinn beim Wechsel von Drossel- zu Verdrängersteuerung noch ein weiteres Verlustleistungseinsparpotential hinzu: Das Vermeiden von dissipierter Wärmeleistung am Bremswiderstand durch den Einsatz von Energiespeichern, wie sie teilweise auch in der elektromechanischen Antriebstechnik eingesetzt werden. LEISTUNGSSPITZEN IM GRIFF BEHALTEN Bei hydraulischen Maschinen mit hohem Spitzenleistungsbedarf werden oft Hydrospeicher in Kombination mit einem zentralen Hydraulikaggregat eingesetzt. Hier wird hydraulisch Lastspitzenkappung (Peak Shaving) betrieben, indem die Hydrospeicher große Leistungsspitzen der Achsen bereitstellen und das Aggregat, mit einem über den Zyklus gemittelten Volu- menstrom, Fluid nachlädt und damit den mittleren Leistungsbedarf abdeckt. Hierdurch kann in vielen Fällen die vom Netz bezogene Spitzenleistung von mehreren hundert Kilowatt auf eine erheblich kleinere nominale Anschlussleistung des Aggregatmotors reduziert werden. Bei der „Hybridisierung“ und dem Konzipieren eines EAS für solche Maschinen steigt die Anschlussleistung zunächst meist stark an, da zum einen die Spitzenleistung direkt über den Gleichrichter vom Netz bezogen wird und zum anderen die Beund Entschleunigung der Motor-Pumpen-Trägheit weitere Leistungsspitzen in transienten Phasen generiert. Entsprechend groß fallen In-line-Komponenten wie Leistungsschütze, Schalter und Kabel aus (Abbildung 01). Das Bestreben heutiger Maschinenbauer ist es jedoch, die Anschlussleistung im neuen EPU-basierten Maschinenkonzept, im Vergleich zum bestehenden hydraulischen Konzept, möglichst zu reduzieren. Hier kann ein Energie Management System (EMS), bestehend aus Ein-/Ausspeisung und Energiespeicher, Abhilfe schaffen. Bei vielen Anwendungen lässt sich durch den Einsatz von aktiv oder passiv arbeitenden Kondensatorspeichern und/oder kinetischen Speichern, die Anschlussleistung auf einen Bruchteil der Spitzenleistung reduzieren. Hier sind besonders oszillierende Anwendungen wie elastische Materialbelastungstests oder Gaskompressoren und Druckübersetzer zu nennen, bei denen sehr hohe positive sowie negative Leistungsspitzen auftreten, und eher geringe Prozessenergie gefordert ist. Aber auch bei Umformpressen, Druck- und Spritzgussmaschinen und Hexapoden sind Peak-Shaving-Ansätze sinnvoll. Autor: Tim Reidl, Senior System & Simulation Engineer, Moog Industrial 142 DIGITAL SCOUT Ihr Kompass zur SPS 2022

SPS 2022 02 01 Servohydraulischer Ansatz, EAS mit AC-AC Servoumrichtern und Bremswiderständen und EAS mit Energiemanagement und Lastspitzenkappung durch den Einsatz von Energiespeichern 02 Kundenzentrierter Lösungsfindungsprozess zur Evaluierung des EAS und schließlich des EMS GEMEINSAM MIT DEM KUNDEN AGIEREN Bei Kundenanwendungen im Test- und Metallumformbereich konnte die vom Netz bezogene maximale Leistung im Vergleich zum EAS ohne Energiemanagement zum Teil um den Faktor 6 reduziert werden. Es bedarf einer ausführlichen Simulation der jeweiligen Anwendung und der Antriebskomponenten, um erörtern zu können, welches EMS am besten geeignet ist. Hierzu wird gemeinsam mit dem Maschinenbauer ein kundenzentrierter Lösungsfindungsprozess (Abbildung 02) durchgeführt. Nachdem die Anforderungen (Pflichtenheft) und Maschinendaten bereitgestellt werden (Abbildung 02, Punkt 1), geht es an die Auslegung und Simulation des EAS (Abbildung 02, Punkt 2). Hierbei wird iterativ mit dem Kunden definiert, welche Zylinder (Gleichgang, Differential, Dreiflächen, usw.), EAS-Bauweise (autark, halboffen) und Funktionalität (Flächenumschaltung, Sicherheit, Dekompressionskonzept) realisiert werden soll. Abschließend werden die EPU- und Drive-Größen mithilfe der sich ergebenden Lastzyklen bestimmt. Dabei haben beispielsweise die Prozesskräfte und Kompressions-/Dekompressionsvorgänge großen Einfluss auf die Auslegung der Einzelkomponenten und auf das Gesamtsystem. Vor allem bei hochdynamischen Anwendungen dürfen jedoch Beschleunigungskräfte durch Massen, Trägheit oder Gravitationskraft nicht vernachlässigt werden, da hier oft entscheidende Spitzenleistungen in das System eingeführt oder rekuperiert werden müssen. Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge kann das EMS nun konkretisiert und optimiert werden. Möglich sind die in Tabelle 1 und Abbildung 03 skizzierten Grund-Topologien. OPTIMIERUNG BIS INS DETAIL Bei der Entwicklung einer potenziellen Energiemanagement-Lösung bedient sich der Applikationsingenieur aus einem modular aufgebauten Baukasten bestehend aus Einspeisungen und Spei- Was hat ein Smartphone mit gesunder Milch zu tun? 08. - 10.11.2022 Halle 7 Stand 360 Bei beiden sorgt Fluid Control Technik von Bürkert für Wahlfreiheit. Frische Milch hält länger, wenn sie mit Bürkert-Lösungen pasteurisiert oder ultrahocherhitzt ist. Die Wahl hat der Verbraucher. Und Anrufer tippen smarter, weil ein hauchdünn beschichteter Touch Screen dank Bürkert brillante Bildqualität liefert und schwerfällige Tasten ersetzt. Wo immer Gase oder Flüssigkeiten ins Spiel kommen, vertrauen Spezialisten aller Branchen auf Lösungen von Bürkert. Weil wir Ideen liefern, die Ihnen die Wahl geben. Tel. +49 7940 10 0 | info@buerkert.de | www.buerkert.de We make ideas flow.