Antriebs-Energie-Management by Koch
Smarte Energie für Drive Controller
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Gewichtsreduzierung erhöht Dynamik
Der Roboterarm ist deutlich leichter als der des Vorgängermodells, was für die Dynamisierung hilfreich ist. Insgesamt wiegt der »Crossbar Roboter 4.0« nur halb so viel wie sein Vorgänger, nämlich 1400 statt 2800 kg. Trotzdem ist aber die maximale Traglast des Roboters inklusive Tooling nicht geringer geworden: Sie darf weiterhin 90 kg betragen. Unter dem Strich führt die Gewichtsreduzierung zu einem Zugewinn an Energieeffizienz, Geschwindigkeit und Performance. Mit rund 20 Prozent beziffert Schuler die Dynamikerhöhung des Roboters. Weil der »Crossbar Roboter 4.0« so schnell ist, kann er die Werkstücke schon während der Öffnungsphase aus der Presse entnehmen. Auf der Beladungsseite geschieht Ähnliches: Der Roboterarm mit seinen Haltewerkzeugen befindet sich noch in der Presse, wenn diese ihren Schließvorgang beginnt. Die Dynamik des Roboters ermöglicht also die Optimierung der Bewegungen derart, dass auch letzte Zeitreserven nutzbar werden.
Deutlich höhere Ausbringleistung durch 15 Hübe
Doch schnellere Zyklen bedeuten auch eine höhere Dynamik der Antriebe. Beschleunigungs- und Bremsvorgänge werden elektrisch deutlich härter, was die Antriebsumrichter belastet. Und häufigere Bremsvorgänge bedeuten ein Mehr an Bremsenergie, das ungenutzt die Energiebilanz nicht gut aussehen ließe.
Der Dynamische Energiespeicher DES3.0 der Michael Koch GmbH löst beide Probleme. Einerseits schont er die Antriebselektronik, so dass die Dynamik sich noch weiter steigern lässt, also die Taktrate ohne negative Folgen für die Elektronik noch weiter erhöht werden kann. Mit Hilfe des dynamischen Energiespeichers lassen sich im Normalbetrieb mit dem »Crossbar Roboter 4.0« bis zu 15 Takte pro Minute fahren, was einer deutlichen Steigerung der Produktivität der Pressenlinie entspricht.
Antriebselektronik wird geschont, Energie gespart
Der Dynamische Energiespeicher von Koch wirkt auf die Drive Controller schonend, weil er die heftigen Ausschläge der Spannung in deren Gleichstromzwischenkreis auf ein Minimum reduziert. Bei jedem Beschleunigungsvorgang sinkt die Spannung auf gleichgerichtetes Netzniveau, bei jeder Bremsung schnellt sie auf Brems-Chopper-Niveau hoch. Eine Differenz von mehreren Hundert Volt in kurzer Abfolge der schnellen Zyklen belastet die Kapazitäten der Elektronik stark. Hinzu kommen die zwar deutlich geringeren, aber recht hochfrequenten Spannungssprünge auf den beiden Extremen, nämlich der netzseitigen Eingangsspannung wie beim Brems-Chopper. Mit dem DES3.0 gelingt es, diese Spannungshübe weitgehend zu glätten. Wenn der Roboter bremst, steigt die Spannung im Gleichstromzwischenkreis abrupt. Der DES3.0 übernimmt ab einem bestimmten Spannungsniveau die zuströmende Bremsenergie und speist sie in seine Speichereinheit ein. Durch die Übernahme der Energie hält der DES3.0 die Spannung des Drive-Controller-Zwischenkreises auf einem stabilen Niveau. Die stark belastenden Ausschläge nach oben und die hochfrequenten Chopper-Spannungssprünge bleiben dem Drive Controller damit erspart.
Bremsenergie wird bei Beschleunigung genutzt
Wenn der Roboter beschleunigt, würde die Spannung im Gleichstromzwischenkreis einbrechen. Doch direkt bei Energiebedarf speist der dynamische Energiespeicher die in ihm zwischengepufferte elektrische Energie zurück. Die Spannung bleibt dann im Zwischenkreis so lange stabil auf dem Ausgangsniveau, wie der DES Energie gespeichert hat. Geht sie zur Neige, holt sich der Drive Controller die nötige Energie aus dem Netz, wobei die Spannung auf gleichgerichtete Netzspannung abfällt. Doch im Vergleich zum Betrieb ohne DES sind die Spannungshübe sehr viel seltener und fallen zudem geringer aus.
Bei der Beschleunigung spielt der dynamische Energiespeicher seinen zweiten bedeutenden Vorteil aus: Durch die aktive Rückführung der Bremsenergie verbessert sich die Energieeffizienz des »Crossbar Roboter 4.0« drastisch. Abhängig von der Zyklenanzahl pro Minute sinkt der Verbrauch elektrischer Energie um rund 25 Prozent. Dabei ist anzumerken, dass bei steigender Zyklenanzahl, die ja nur durch den Einsatz des DES3.0 möglich ist, die Energieeffizienz sogar zunimmt. Mehr Leistung und zugleich längere Lebensdauer und weniger Energieverbrauch – ein seltenes, aber erfreuliches Phänomen, das besonders die Nutzer von Pressen überzeugt.
Michael Koch ist Geschäftsführender Gesellschafter der Michael Koch GmbH.
- Smarte Energie für Drive Controller
- Gewichtsreduzierung erhöht Dynamik
- Michael Koch GmbH: Eine Geräte-Baureihe für smarte Lösungen
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