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f+h fördern und heben 9/2017

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f+h fördern und heben 9/2017

LAGER Stets auf dem

LAGER Stets auf dem richtigen Energielevel Energiemanagement bei Regalbediengeräten wirkt sich positiv auf TCO aus Klassische Ansätze des Energiemanagements verfolgen unter anderem die Vermeidung von Lastspitzen im Prozess. Bei einer industriell genutzten Anlage erfordern solche Ansätze eine aufwändige Prozesssteuerung, um die damit verbundenen Leistungseinbußen so gering wie möglich zu halten. Ist es vor diesem Hintergrund nicht sinnvoller, die einzelnen Teilsysteme einem Energiemanagement zu unterwerfen? Am Beispiel eines Paletten-Regalbediengeräts sollen nachfolgend die heute verfügbaren Energiemanagement-Techniken abgebildet und deren Einfluss auf die TCO bewertet werden. Vor allem bei Paletten-Regalbediengeräten zeichnet sich in den vergangenen Jahren ein Trend zu immer höheren Geräten ab, vielfach ausgestattet mit zwei Lastaufnahmemitteln. Das Verhältnis Nutzlast zur Gesamtmasse des Regalbediengeräts wird vor diesem Hintergrund immer ungünstiger, denn gleichzeitig steigen die Leistungsanforderungen an solche Geräte. Für eine Bewertung des Einflusses von Energiemanagementsystemen ist aus diesem Grund die ganzheitliche Betrachtung der technischen Einrichtung Regalbediengerät, einschließlich der zugehörigen Infrastruktur, erforderlich. Dirk Lorenz ist Leiter Steuerungssysteme bei der Dambach Lagersysteme GmbH & Co. KG in Bischweier Bis zu 15 Prozent Einsparpotenzial mit Einstiegslösung Hohe kinematische Fahrwerte führen zu zwangsläufig immer höheren Motorleistungen. Durch die im Betrieb auftretenden nichtperiodischen Lasten und Drehzahländerungen der Antriebe wird das Stromversorgungsnetz eines Regalbediengeräts nahezu stoßweise belastet. Auf Phasen mit geringer Stromaufnahme, während z. B. des Handlings des Ladungsträgers an dessen Stellplatz, folgen kurze Phasen mit hoher Stromaufnahme beim Beschleunigen (Bild 01). Spitzen von mehr als 200 A im Sekundenbereich sind dabei keine Seltenheit. Alle in der Kette der Stromversorgung beteiligten Glieder müssen auf diese maximal auftretende Last ausgelegt werden und bestimmen damit maßgeblich die Herstell- kosten der Anlage. Dies beginnt beim Mittelspannungstransformator und endet bei der Dimensionierung der Stromschienen und Stromabnehmer des jeweiligen Regalbediengeräts. Vor allem bei Anlagen mit mehreren Regalbediengeräten wurde daher schon in der Vergangenheit versucht, diese Kosten zu begrenzen. Ein zeitversetztes Anfahren der Regalbediengeräte oder eine Begrenzung der Dynamik in bestimmten Betriebsfällen soll Lastspitzen verhindern, für welche die Anlage letztendlich auch nicht ausgelegt wurde. Eine solche Limitierung bedeutet neben kleineren Leistungseinbußen immer, dass eine Anlagenerweiterung nur mit einer einhergehenden Erweiterung der ganzen Stromversorgung möglich ist. Die Betriebskosten haben vor allem bei Anlagen mit hohem Nutzungsgrad maßgeblichen Einfluss auf die TCO. Bedingt durch steigende Strompreise rücken die Verbrauchswerte in jüngster Zeit wieder in den Vordergrund. Maßnahmen zur Energieeinsparung beschränken sich dabei bislang auf zwei Ansätze: die Zwischenkreiskopplung und die Netzrückspeisung. Bei der Zwischenkreiskopplung wird die generatorisch erzeugte Bremsenergie eines Antriebs einem zweiten Antrieb über den gemeinsamen Gleichstromzwischenkreis zur Verfügung gestellt. Das Einsparpotenzial dieser Lösung liegt bei bis zu 15 Prozent, das sich i. d. R. jedoch nur erreichen lässt, wenn die Bewegungen intelligent koordiniert werden. Nur dann ist sichergestellt, dass die ganze Bremsenergie des ersten 32 f+h 9/2017

vom zweiten Antrieb genutzt werden kann. Diese intelligente Kopplung lässt sich als erster Ansatz eines Energiemanagements interpretieren. Auswirkungen auf die Versorgungsinfrastruktur hat dieser Ansatz keine, da die Auslegung der Anlage nach wie vor auf Spitzenleistung stattfinden muss. Vorausschauendes Energiemanagement gefragt Die Netzrückspeisung wird i. d. R. in Verbindung mit der Zwischenkreiskopplung realisiert. Neben einem internen Energieaustausch der beteiligten Achsen lässt sich in allen Fällen wo dies nicht möglich ist, generatorisch erzeugte Energie ins Versorgungsnetz zurück speisen. Dies liegt z. B. immer dann vor, wenn alle Achsen gleichzeitig bremsen. Wie die Praxis zeigt, liegt das Einsparpotenzial bei einem Paletten- Regalbediengerät bei bis zu 40 bzw. weiteren 25 Prozent, verglichen mit der reinen Zwischenkreiskopplung. Aufgrund der Rückspeisung kommt es jedoch zu einer Verzerrung des sinusförmigen Verlaufs der Netzspannung. Gleichzeitig nutzen die Rückspeiseeinheiten den Sinusverlauf der Netzspannung zur Generierung ihrer Steuersignale. Wird die Verzerrung im Netz zu groß, ist keine Rückspeisung mehr möglich und auch andere Verbraucher werden gestört. Darüber hinaus erzeugen diese Verzerrungen Oberwellen im Versorgungsnetz, die als Blindströme über den Transformator fließen und diesen belasten – der Transformator muss überdimensioniert werden. Aus diesen Gründen ist die Netzrückspeisung nicht überall erlaubt. Der Ansatz hat eher negative Auswirkungen auf die Versorgungsinfrastruktur und erhöht die Herstellkosten bei einem fragwürdigen Ergebnis. Aus diesem Dilemma können Energiespeicher einen Ausweg bieten. Statt die überschüssige Energie ins Netz zurück zu speisen, wird diese auf dem Regalbediengerät zwischengespeichert und steht auf Abruf jederzeit zur Verfügung. Die Grundidee ist zwar bekannt, Überlegungen in der Vergangenheit zielten dabei aber immer auf mechanische Einrichtungen ab, wie Druckspeicher oder Schwungradspeicher. Erst seit wenigen Jahren sind elektrische Speicher verfügbar, die die gestellten Anforderungen erfüllen. Doppelschichtkondensatoren können die im Prozess auftretenden hohen Ströme in der erforderlichen Zeit aufnehmen und abgeben. Solche Systeme lassen sich nahtlos in das elektrische Antriebskonzept integrieren und besitzen – verglichen mit mechanischen Lösungen – einen nahezu optimalen Wirkungsgrad. Die Nutzung eines Energiespeichers erfordert ein vorausschauendes Energiemanagement, der Speicher muss z. B. immer ausreichend Kapazität zur Aufnahme der im Prozess entstehenden Energie besitzen bzw. genügend Spitzenenergie liefern können. Verringerte Anschlussleistung Verglichen mit den zuerst genannten beiden Sparalternativen ergeben sich weitere Effekte, die sich positiv auf die TCO auswirken, z. B. die sich spürbar verringernde Anschlussleistung des Regalbediengeräts. Die Stromversorgung muss nicht mehr auf die Spitzenleistung ausgelegt werden, sondern nur noch auf die Durchschnittsleistung (Bild 02). Wo bis dato 150 kVA Anschlussleistung je Regalbediengerät erforderlich sind, genügen bei dieser Variante nur noch 25 kVA – und das ohne Leistungseinbußen. Vor allem bei großen Anlagen erlaubt dies eine schlankere Dimensionierung der Stromversorgung direkt ab der Mittelspannungsebene. Regale aus Stahl alles andere als nur Blech. Mehr Platz für Ihren Raum. 02351 / 98 80-88 www.hofe.de Julius vom hofe gmbh & Co. Kg Bromberger Straße 4 58511 lüdenscheid Fon: 02351 / 98 80-88 Mail: info@hofe.de 01 Leistungsaufnahme eines Paletten-Regalbediengeräts f+h 9/2017 33 Hofe.indd 1 04.09.2017 11:29:43

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