Kurzzeit-USV für elektrische Antriebe
Wenn die Stromversorgung schwächelt
Spannungseinbrüche und Netzausfälle sind in der Produktion ein Problem. Oft ist eine große USV-Lösung jedoch überdimensioniert, damit Antriebe ihre Leistung unterbrechungsfrei liefern oder in einen sicheren Zustand fahren können. Die Gleichstrom-Energiequelle PxtKX von Michael Koch wird einfach direkt am Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters oder Servoreglers angeschlossen und ist somit eine wirtschaftlich interessante Lösung für den immer häufiger auftretenden Fall schwacher Stromnetze.
Bild: Michael Koch GmbHBereits Anfang der 2010er-Jahre stellte Koch mit DEV2.0 seine erste Dynamische Energieversorgung vor: ein nach außen hin einfaches Gerät ohne Tasten und Display. Der Gedanke dahinter war die höchst mögliche Usability im Sinne von 'Plug&Play', also die Integration eines unterbrechungsfreien Energielieferanten in das elektrische Antriebssystem durch einfaches Anschließen des Geräts. Mit dem neuen Mitglied der Pxt-Familie wird diese Usability erneut zum Prinzip erhoben. Das Gerät wird an den Plus- und Minuspol des Gleichstromzwischenkreises angeschlossen und schon funktioniert das System ohne weitere Einstellungen oder Inbetriebnahmeaufwände. Die maximale Arbeits- bzw. Zwischenkreisspannung beträgt 848V DC nach UL oder 980V DC nach IEC. Eine kleine LED-Anzeige auf der Front zeigt den Status des Geräts an.
Bild: Michael Koch GmbHEinfache Bedienung - modulares System
Sobald die LED nach dem Einschalten des PxtKX grün leuchtet, sind die Speicher mit einer Leistung von 1kW aufgeladen. Die recht geringe Ladeleistung ist gewählt, um die Ladeschaltung des Antriebssystems nicht zu überfordern. Die Systembereitschaft des PxtKX kann auch per digitaler Schnittstelle an den Antrieb oder eine übergeordnete Steuerung gemeldet werden. Zudem enthält das Gerät je zwei digitale Ein- und Ausgänge. Für weitergehende Kommunikationsanforderungen, die bei dem einfachen Gerät PxtKX jedoch kaum zu erwarten sind, bietet Koch eine optionale Kommunikationskarte an.
Das aktive Energiemanagementgerät PxtKX besteht aus mechanisch gleich großen quaderförmigen Modulen: Dem aktiven Teil und einem oder mehreren Energiespeichermodulen. Die 260x100x100mm großen und 3,6kg schweren Module lassen sich in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Applikation zu passgenauen Systemen zusammenzustellen. Pro Energiemodul stehen rund 2kJ zur Verfügung, die maximale Ausbaustufe ist auf knapp 10kJ begrenzt. Zwei Energiemodule mit zusammen 4kJ können mit dem aktiven Teil kombiniert werden, bis zu drei weitere mit dann insgesamt maximal 6kJ bietet Koch als Erweiterungsmodule unter dem Typ PxtCX an. Mit dem passenden System lassen sich dann Spannungseinbrüche bzw. Brownouts überwinden und/oder der Antrieb bei Netzunterbrechungen bzw. Blackouts gezielt und sicher herunterfahren. Das Applikationsengineering per Tool und persönlicher Beratung durch Koch hilft dabei, die optimale Konfiguration zu ermitteln.
Bild: Michael Koch GmbHLeistung, wenn sie gebraucht wird
Den Spitzenstrom von 40A liefert das Gerät für maximal 1,125s. Das entspricht im Extremfall der Entladedauer des Energievolumens von den zugelassenen fünf Energiemodulen. In Leistung ausgedrückt kann der PxtKX je nach Anzahl der Energiemodule z.B. 2kW für zwischen 0,9 und 4,6s zur Verfügung stellen. 18kW ist seine rechnerische Höchstleistung. Das Gerät ist als Kurzzeit-USV für Antriebssysteme im einstelligen Leistungsbereich eine gute Wahl. Zum aktiven Einsatz kommt der PxtKX in der serienmäßigen Einstellung, wenn die Spannung im Zwischenkreis unter 470V DC fällt. Das Gerät sorgt für ausreichend Energie und Leistung, um den Antrieb auf dieser Minimalspannung zu halten und zwar so lange, bis seine Energiemodule leer sind. Bis dahin sollte die Netzspannung wieder vorhanden und/oder der Antrieb mithilfe der zur Verfügung stehenden Energie in eine sichere Lage gesteuert worden sein. Ein Volleinsatz des PxtKX, d.h. mit voller Leistung und kompletter Energie, ist je nach Ausbaustufe zwischen acht und 40 Mal pro Stunde möglich, was für eine Kurzzeit-USV durchaus eine hohe Frequenz darstellt, die in der Praxis kaum erreicht werden wird. Eine interne Überwachung ist für die Freigabe der Einsatzbereitschaft verantwortlich mit dem Ziel, die Elektronik des aktiven Teils des Geräts nicht zu überlasten.
Im Standby-Modus, der für eine USV üblich ist, gleicht das Gerät die systembedingten Energieverluste immer wieder fast unmerklich aus und hält damit seine Energiespeicher auf Spannung und somit dauerhaft einsatzbereit. Die Lebensdauer der Speichereinheiten spielt bei der insgesamt geringen Belastung keine Rolle, zumal die eingesetzten Elektrolytkondensatoren auf härteste Einsätze konzipiert und auf häufige Vollentladungen ausgelegt sind. Die elektrische Sicherheit gewährleisten interne Sicherungen und individuelle Absicherungen eines jeden einzelnen Energiemoduls. Im Fall eines verpolten Anschlusses an den Zwischenkreis startet das Gerät nicht. Die externen Energiemodulen des Typs PxtCX werden mit verpolungssicheren Steckern angeschlossen. Will man aus den Energiemodulen heraus auch 24V-Netzwerke versorgen, lässt sich dies mit Anschluss der 24V-Notstrom-Energieversorgung NEV realisieren. Ein digitales Typenschild nach Anforderungen des digitalen Produktpasses ist Serie.
Anwendung auch in Bestandsmaschinen
Bei Anwendungen im S3-Betrieb mit häufig anstehender Bremsenergie muss beim Einsatz des PxtKX weiterhin auf einen sicheren Bremswiderstand, ebenfalls von Koch, oder auf andere Möglichkeiten der Nutzung der Bremsenergie gesetzt werden. Entwickelt als reine Kurzzeit-USV für elektrische Antriebssysteme ist das Gerät im Gegensatz zu anderen Produkten der Pxt-Familie, wie PxtFX oder PxtRX nicht für den Einsatz als Energie- und Leistungspuffer, also die schnelle Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie in zyklischen Anwendungen zugelassen. Der PxtKX ist eine reine netzunabhängige Stromversorgung für Gleichstromnetze. Bei der Applikationsberatung durch Koch werden jedoch alle Einflussgrößen in Betracht gezogen, so dass eine Fehlanwendung des neuen PxtKX weitgehend ausgeschlossen sein sollte und bei zyklischen Anwendungen auf andere Geräte zurückgegriffen wird.
Besonders geeignet ist das neue Gerät PxtKX für die Ausstattung von schon im Betrieb befindlichen Maschinen und Anlagen sowie für den Fall des Retrofittings. Die Auslegung der Kurzzeit-USV-Lösung ist hier erfahrungsgemäß aufgrund der bekannten Datenlage relativ einfach. Das Einfügen in bestehende Antriebssysteme von Maschinen und Anlagen ist dann bei direktem Zugang zum Zwischenkreis problemlos möglich.
Begrenzter Einsatz ermöglicht hohe Schutzart
Die seltenen Einsatzfälle, die begrenzte Zyklenanzahl über die Zeit und damit die geringe Verlustleistung machen es möglich, dass das Gerät mit einem Speichervolumen von 2 oder 4kJ in einen kompakten Klemmenkasten der hohen Schutzart IP66 zu verbauen. Auch diese Lösung stellte Koch auf der SPS-Messe 2025 vor. Mit einer Grundfläche von Länge mal Höhe von 400x300mm, einer Tiefe von 120mm und einem Gewicht von rund 13kg bei 2 oder ca. 16,5kg bei 4kJ Energieinhalt kann das Gerät außen am Schaltschrank oder in dessen Nähe platziert werden. Wertvoller Schaltschrankplatz bleibt somit erhalten bzw. es muss kein zusätzlicher Schaltschrankplatz geschaffen werden. Die Verkabelung erfolgt über Kabelverschraubungen. Auch bei dezentraler Antriebstechnik kann im Fall eines direkten Zugangs zum Gleichstromzwischenkreis der Antriebselektronik auf diese Lösung zur Sicherstellung einer Stromversorgung zur Vermeidung von Schäden zurückgegriffen werden. Bei Bedarf können weitere ergänzende Energiemodule in einem weiteren Klemmenkasten angeschlossen werden.
Spannungseinbrüche und Netzausfälle sind in der Produktion ein Problem. Oft ist eine große USV-Lösung jedoch überdimensioniert, damit Antriebe ihre Leistung unterbrechungsfrei liefern oder in einen sicheren Zustand fahren können. Die Gleichstrom-Energiequelle PxtKX von Michael Koch wird einfach direkt am Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters oder Servoreglers angeschlossen und ist somit eine wirtschaftlich interessante Lösung für den immer häufiger auftretenden Fall schwacher Stromnetze.
Bild: Michael Koch GmbHBereits Anfang der 2010er-Jahre stellte Koch mit DEV2.0 seine erste Dynamische Energieversorgung vor: ein nach außen hin einfaches Gerät ohne Tasten und Display. Der Gedanke dahinter war die höchst mögliche Usability im Sinne von 'Plug&Play', also die Integration eines unterbrechungsfreien Energielieferanten in das elektrische Antriebssystem durch einfaches Anschließen des Geräts. Mit dem neuen Mitglied der Pxt-Familie wird diese Usability erneut zum Prinzip erhoben. Das Gerät wird an den Plus- und Minuspol des Gleichstromzwischenkreises angeschlossen und schon funktioniert das System ohne weitere Einstellungen oder Inbetriebnahmeaufwände. Die maximale Arbeits- bzw. Zwischenkreisspannung beträgt 848V DC nach UL oder 980V DC nach IEC. Eine kleine LED-Anzeige auf der Front zeigt den Status des Geräts an.
Michael Koch GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Februar) 2026 - 13.02.26.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
