Industrielle Energieversorgung / 10.08.2016

Sparsamere Antriebe mit Gleichstrom

Der Praxistest des offenen DC-Netzes wird an einem entsprechend modifizierten Palettierzentrum erfolgen. Die Abbildung zeigt eine Hochleistungs-Palettierungsmaschine. ©KHS GmbH

In der Industrie wird standardmäßig die dreiphasige 400-Volt-Wechselspannung genutzt. Doch für drehzahlveränderliche elektrische Antriebe werden immer häufiger Frequenzumrichter für Gleichspannung eingesetzt. Um die AC/DC-Umwandlung zu sparen, entwickeln Forscher derzeit neue Ansätze für die industrielle Energieversorgung.

Bei der Versorgung von Maschinen und Anlagen ermöglicht die Abkehr von der Wechsel- hin zur Gleichspannung große Effizienzvorteile. Im Verbundvorhaben „DC-Industrie - Intelligentes offenes DC-Netz in der Industrie für hocheffiziente Systemlösungen mit elektrischen Antrieben“ verfolgen die Forscher das Ziel, die Energieeffizienz von Fabrik- Anlagen zu steigern und netzbedingte Produktionsausfallkosten zu reduzieren. Das neu entwickelte zentrale DC-Netz in der Produktionsanlage ermöglicht es, Geräte kompakter, kostengünstiger und energieeffizienter zu gestalten. Dazu soll eine zentrale AC/DC-Wandlung eingesetzt werden. Mit dem DC-Netz innerhalb der Produktionsanlagen eines Betriebes können die Entwickler die Energie bedarfsgerecht verteilen. Dabei streben sie ein Höchstmaß an Energiewiederverwendung und die Minimierung von Wandlungsverlusten an. Als weitere Maßnahmen für ein intelligentes Energiemanagement nutzen sie die Integration von Energiespeichern und regenerativen Energiequellen sowie die Rekuperation, d. h. die Wiedergewinnung und -verwendung von Bremsenergie.

In der Industrie geht der Trend zu energieeffizienteren, drehzahlveränderlichen elektrischen Antrieben mit Gleichspannung. Dadurch werden in Fabrik-Anlagen immer häufiger Frequenzumrichter eingesetzt, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis verfügen. Diesen kann man zukünftig durch eine zentrale Gleichspannungseinspeisung ersetzen. Mit der Einführung einer zentralen Gleichspannungsversorgung lassen sich sehr kompakte Umrichter herstellen und in den Getriebemotor integrieren.

Sparsamer und fit für Erneuerbare

Schema des offenen Gleichstrom-Netzes für Industriebetriebe: Die Abkehr von der Wechsel- hin zur Gleichspannung ermöglicht es, Maschinen und Anlagen effizienter und sparsamer zu betreiben. ©Fraunhofer IPA

Beruht die Produktion auf Gleichstrom, ist sie robuster gegenüber Schwankungen bei Angebot und Netzqualität. So lässt sich Strom aus erneuerbaren Quellen besser einbinden. Das trägt zu einer Stabilisierung des Energienetzes bei. Mit diesem Konzept lässt sich die Energieeffizienz in der Produktion steigern. Im Verbundprojekt entwickeln die Wissenschaftler solche Gleichstromkonzepte für die industrielle Energieversorgung. Seit Anfang Juli 2016 arbeiten das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und das Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP der Universität Stuttgart mit Forschungspartnern und Industrieunternehmen daran.

EEP und IPA entwickeln gemeinsam die notwendigen Methoden für die Planung, Einführung und Nutzung des industriellen Mikro-DC-Smart-Grid, die Hochschule Ostwestfalen-Lippe arbeitet an der Einspeisetechnologie für DC-Komponenten.
Die Industriepartner übernehmen im Projekt folgende Beiträge:

 

  • Weidmüller Interface: Smarte DC-Verteilung und Konditionierung von Energie, Daten und Signalen
  • Eaton: Analyse und Entwicklung von Leistungsschaltern für industrielle DC-Anwendungen
  • KHS: Testapplikation Palettierzentrum
  • Daimler: Evaluierung der DC-Antriebskomponenten in räumlich konzentrierten und verteilten DC-Netzen im Industrieumfeld
  • LTI: Rückspeisefähige Versorgungseinheiten und DC-gespeiste Servoregler
  • Lenze: Entwicklung DC-Industrie-konformer Antriebstechnik
  • Baumüller: Hochdynamischer Synchronservomotor mit integrierter Regelelektronik
  • Bauer Gear Motor: Innovative Getriebemotoren mit integrierten DC-Umrichter
  • Bosch Rexroth: DC-Netz-Energiesteuerung und DC-Netz-Direktkopplung von Batteriespeichern
  • Siemens: Energieverteilung über DC-Netze: Umrichtertechnik, Schalttechnik und Systemsimulation
  • Danfoss: Dezentrale DC-versorgte elektrische Antriebe

 

Das Verbundprojekt DC-INDUSTRIE hat ein Gesamtvolumen von zehn Millionen Euro.

Mehr zum Projekt

Verbundprojekt
DC-Industrie - Intelligentes offenes DC-Netz in der Industrie für hocheffiziente Systemlösungen mit elektrischen Antrieben

Förderkennzeichen
03ET7558A-N

Laufzeit
2016-2019

Projektbeteiligte

Projektkoordination
Siemens

Pressekontakt
ZVEI, Nina Klimpel

Projektpartner
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Projektpartner
Uni Stuttgart – Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP

DC-Einspeisetechnologie
Hochschule OWL - Elektrotechnik und Technische Informatik

DC-Verteilung
Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

DC-Leistungsschalter
Eaton Industries GmbH

Testapplikation Palettierzentrum
KHS GmbH

Praxis-Evaluierung
Daimler AG

DC-gespeiste Servoregler
LTI Motion GmbH

DC-konforme Industrie-Antriebstechnik
Lenze SE

Synchronservomotor
Baumüller Nürnberg GmbH

Getriebemotoren mit integriertem DC-Umrichter
Bauer Gear Motor GmbH

DC-Netz-Kopplung Batteriespeicher
Bosch Rexroth Aktiengesellschaft

Dezentrale elektrische Antriebe
Danfoss GmbH

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.