Bei den Energiespitzen beim Abbremsen von Motoren wird auch vom sogenannten „generatorischen Bremsen“ gesprochen. Diese generatorischen Energiespitzen erhöhen die Zwischenkreisspannung des Servoreglers und müssen zum Schutz des Gerätes üblicherweise „entsorgt“ werden, wenn sie einen Grenzwert übersteigen. Die zurückgespeiste Energie muss also in einem Bremswiderstand in Wärme umgewandelt werden. Dies ist in doppelter Hinsicht ärgerlich: zum einen geht wertvolle Energie für die Anwendung verloren, zum anderen muss die Hitze des Bremswiderstandes oftmals mit Klimageräten abtransportiert werden. Auch das bedeutet einen weiteren Energieeintrag; durch die Klimatisierung verschlechtert sich der Gesamt-Wirkungsgrad nochmals.
DC-Bus als Energiespeicher
Eine Lösung bietet hier das Automatisierungssystem SystemOne CM von LTI Motion. Das EtherCAT-basierte Automatisierungssystem besteht aus der Steuerung MotionOne CM, der zentralen Einspeiseeinheit und den anreihbaren Mehrachsreglern ServoOne CM (CM = Compact Multi-axis). Der gemeinsame DC-Bus dient als Energiespeicher und -versorger für alle Achsen. Dadurch ergibt sich eine große Zwischenkreis-Kapazität, in die jede Achse zurückspeisen kann. Diese Kapazität kann beim SystemOne CM vergrößert werden, indem zusätzliche Kapazitätsmodule am DC-Bus angeschlossen werden. Die beste Energiebilanz wird erreicht, wenn die Zwischenkreis-Kapazität so dimensioniert ist, dass die gesamten generatorischen Energiespitzen im DC-Kreis zwischengespeichert werden können. Hierbei helfen Ihnen die Applikationsingenieure der LTI Motion: die kompletten Bewegungsabläufe und Lastspiele der Maschine werden in einem Antriebsauslegungsprogramm simuliert und die Motorströme auf das Ampère genau berechnet. Mit diesem Programm lässt sich die notwendige Zwischenkreiskapazität ebenso simulieren wie die notwendige Einspeiseleistung, Spitzenleistung und auch die Dauerleistung des Bremswiderstandes.
Oftmals trifft der Maschinenbauer jedoch auf technische Grenzen, wenn es darum geht, größere Energiespitzen gänzlich zwischenzuspeichern. Hier hilft dann eine geschickte Programmierung durch den Maschinenbauer. Durch einen cleveren Zeitversatz der Lastspiele der verschiedenen Achsen kann der Kunde einige der Achsen beschleunigen, während die anderen abgebremst werden; der gebremste Motor speist also die beschleunigende Achse.
Im Idealfall lässt sich das Timing der Maschine so optimieren, dass es keines zusätzlichen Energiespeichers bedarf und der Bremswiderstand komplett entfallen könnte. Es wird lediglich noch ein kleiner Bremswiderstand für einen Notstopp-Betrieb benötigt.
Maximale Energieeffizienz
Einen weiteren Clou bietet das SystemOne CM mit der Möglichkeit, nicht nur Servoachsen, sondern auch Asynchronmotoren in demselben DC-Bus betreiben zu können. So kann auf separat gespeiste Frequenzumrichter verzichtet werden, was weitere energetische Vorteile hat, denn in vielen Maschinen wird neben den dynamischen Servoachsen auch beispielsweise eine Belüftung oder eine Abluft eingesetzt. Diese Achsen werden in der Regel stets mit Asynchronmotoren realisiert, die im kontinuierlichen Lauf betrieben werden. Mit diesen ständigen Verbrauchern hat man dankbare Abnehmer an Bord, die gerne die Bremsenergie der Servoachsen verspeisen. Das bedeutet maximale Energieeffizienz und sogar Einsparung des Bremswiderstandes. So können bis zu einigen hundert Euro an Material eingespart werden und sogar ein Vielfaches an jährlichen Betriebskosten.
