Hochleistungsimpulse, wie sie beispielsweise beim kurzzeitigen Anlassen oder Punktschweißen auftreten, verursachen enorme Kosten: Dies liegt daran, dass die Energieversorger die Kosten auf der Grundlage der maximalen Leistung berechnen, auch wenn sie nur wenige Sekunden benötigt werden. Es ist daher sinnvoll, die Leistung für solche Anwendungen unabhängig vom Stromnetz bereitzustellen - beispielsweise über Kondensatoren, die für hohe Leistungsspitzen ausgelegt sind.
Die IDEA GmbH testet ein solches Konzept in einem Pilotprojekt. Die Hauptrolle spielt der Brauch Kondensator Schränke von Mersen. IDEA entwickelt hocheffiziente Produkte und Lösungen für Induktionserwärmungsanwendungen wie Tempern, Löten und Schrumpfen. „Zu unseren Kompetenzen zählen auch Anwendungen des Induktionshärtens“, erklärt Andreas Häußler, Geschäftsführer der IDEA GmbH. „Unsere Induktionserwärmungsanlagen sind weltweit im Einsatz, um unterschiedlichste Werkstücke effizient und mit höchster Präzision zu temperieren.“ Die Systeme des baden-württembergischen Unternehmens verfügen über einen flexiblen Anpassungs- und Frequenzbereich, um den individuellen Heizprozess optimal gestalten zu können.
Abbildung 1: Die Schaltschränke von IDEA sind mit Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit Gewinde der GM-Serie von FTCAP ausgestattet. Foto: Mersen
Energie- und Kosteneinsparung mit Kondensatorschränken
Kunden auf dem neuesten Stand der Technik anbieten zu können Technologie IDEA erforscht jederzeit neue Prozesse und Methoden. Derzeit analysieren die Experten, ob spezielle Kondensatorschränke bei kurzzeitigen Temperieranwendungen Energie sparen und Kosten senken können. „Induktionsheiz- und Schweißsysteme benötigen oft für sehr kurze Zeit eine hohe Leistung im Bereich von Millisekunden“, erklärt Andreas Häußler. Dies ist insbesondere bei Punktschweißsystemen für den Automobilbau der Fall. Anwendungen mit Anforderungen an präzise Konturen beim Anlassen von Zahnrädern erfordern aber auch für kurze Zeit einen hohen Leistungsimpuls, um die Oberflächen der Zahnräder schnell zu erwärmen Komponenten bevor sie gelöscht werden. „In der Vergangenheit wurde dieser Prozess ohne Kondensatoren implementiert, was bedeutet, dass die Hochleistungsimpulse aus dem regulären Netz stammen.“
Dies belastet jedoch das Stromnetz und führt zu erheblichen Energiekosten, die auf der Grundlage der maximalen Leistungsaufnahme berechnet werden. „Auch wenn die Anwendung bei 1 MW nur eine Sekunde lang Wärme benötigt, muss man dem Energieversorger die Pauschale für die maximale Leistung von 1 MW zahlen“, erklärt Andreas Häußler. "Dann macht es keinen Unterschied, wie lange die Pausen zwischen den Heizphasen dauern." Die Netzelemente müssen auch für hohe Leistungsabgaben ausgelegt sein, was ebenfalls zusätzliche Kosten verursacht. Das Problem könnte durch Kondensatorbänke gelindert werden, die als Energiepuffer zwischen dem Netzanschluss und der Anwendung verwendet werden. „Durch Puffern mit Kondensatoren und eine kontinuierliche Ladung von 100 kW muss man nur für die reduzierte Leistung bezahlen“, erklärt Andreas Häußler. „Die vorgelagerten Elemente können ebenfalls für eine geringere Leistung ausgelegt werden, um die Kosten zu senken.“ Systeme wie diese existieren jedoch noch nicht - obwohl IDEA bald ein Pilotprojekt zur Analyse der Potenziale starten wird.
Hohe Standards für Kondensatoren
Der erste Schritt war die Beschaffung geeigneter Kondensatoren. Natürlich vertrauten die Experten von IDEA erneut auf Mersen, einen bewährten Lieferanten, mit dem das Unternehmen eine langjährige Geschäftsbeziehung unterhält. Die Standards waren hoch: IDEA benötigte Kondensatorschränke, die eine sehr hohe Kapazität in einem sehr kleinen Design bieten. „Die Systeme müssen mehrere Millionen Lade- und Entladezyklen bei Umgebungstemperaturen bis 55 ° C ermöglichen, ohne dass Defekte oder erhebliche Kapazitätsverluste auftreten“, erklärt Andreas Häußler. "Maximaler Wirkungsgrad erfordert auch eine sehr niedrige interne Impedanz und eine geringe Selbstentladung." In Bezug auf die Leistung müssen die Puffer eine Leistung von mehreren hundert Kilowatt für etwa eine Sekunde erreichen können. Das Prozessdesign erfordert dann eine Pause von mehreren Sekunden.
Abbildung 2: Mersen entwickelte ein Konzept für IDEA, bei dem in jedem Schrank zahlreiche Kondensatoren installiert sind. Foto: Mersen
Mersen entwickelte für IDEA ein Konzept, bei dem in jedem Schrank zahlreiche Kondensatoren installiert sind. „Für das Pilotprojekt werden wir zunächst zwei Schränke liefern, die in unseren eigenen Einrichtungen gebaut und ausgestattet werden“, sagt André Tausche, Geschäftsführer von FTCAP (Teil der Mersen-Gruppe). „Neben den Kondensatoren liefern wir auch die erforderlichen Teleskopschienen, Querstreben und symmetrischen Widerstände. Wir bieten auch eine professionelle Installation der Schienen und Kondensatoren auf den Paneelen. “ Der gesamte Produktionsprozess für die Montage wird von IDEA durchgeführt.
Abbildung 3: Die IDEA GmbH entwickelt hocheffiziente Produkte und Lösungen für Induktionserwärmungsanwendungen wie Tempern, Löten und Schrumpfen. Foto: IDEA GmbH
Abbildung 4: Anwendungen mit Anforderungen an präzise Konturen beim Anlassen von Zahnrädern erfordern für kurze Zeit einen hohen Leistungsimpuls, um die Oberflächen der Zahnräder schnell zu erwärmen Komponenten Foto: IDEA GmbH
Hohe Kapazitäten und ein langes Leben
Die Schaltschränke von IDEA sind ausgestattet mit Aluminium Elektrolytkondensatoren mit Gewindeanschluss der GM-Serie von FTCAP. Selbst bei hohen Betriebstemperaturen von bis zu 85 ° C hat jeder der Kondensatoren eine sehr lange Lebensdauer von etwa 8,000 Stunden. Darüber hinaus können diese Aluminium-Elektrolytkondensatoren, bei denen alle internen Kontakte geschweißt sind, in einem breiten Spannungsbereich von 16 V bis 450 V eingesetzt werden und weisen auch eine sehr niedrige Induktivität auf.
Kondensatoren mit Schraubanschluss eignen sich grundsätzlich für alle Anwendungen, bei denen eine sehr enge Integration der Komponenten in ihre Umgebung erforderlich ist“, erklärt André Tausche. „Das ist nicht nur im aktuellen Projekt der Fall, sondern auch im Medizin- und Eisenbahnbereich Technologie, Zum Beispiel." Die GMX Long Life-Serie ist auf eine lange Lebensdauer ausgelegt und daher ideal für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet. Für die noch härteren Bedingungen der Bahntechnik wurde die GW-Serie entwickelt. Diese Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind unempfindlich gegenüber hohen Rippelströmen und zeichnen sich zudem durch eine sehr geringe Induktivität aus. FTCAP hat die GF-Serie speziell für Umgebungen mit hohen Sicherheitsanforderungen entwickelt. Diese Aluminium-Elektrolytkondensatoren bestehen aus einem selbstverlöschenden Elektrolyten und werden beispielsweise in industriellen Schweißgeräten eingesetzt.
Abbildung 5: Derzeit analysiert IDEA, ob spezielle Kondensatorschränke Energie sparen und die Kosten bei kurzzeitigen Temperieranwendungen senken können. Foto: IDEA GmbH
Andreas Häußler ist mit der Wahl der Kondensatoren zufrieden: „Die sehr hohe Leistungsdichte, die lange Lebensdauer und die geringe Induktivität der Kondensatoren der GM-Serie von FTCAP machen sie ideal für unser Pilotprojekt“, betont der Geschäftsführer von IDEA. Die ersten Tests der beiden Kondensatorschränke sollen bald beginnen. Wenn sich das Konzept als realisierbar erweist, wird Mersen langfristig beteiligt sein: „Mersen ist ein etablierter, zuverlässiger und flexibler Lieferant der IDEA GmbH. Wir freuen uns, einen starken Partner an unserer Seite zu haben, der auch kundenspezifische Lösungen für kleine Serien implementieren kann, die für die jeweilige Anwendung optimiert sind “, fasst Andreas Häußler zusammen.