Die Roboter, die in einer Karosseriebaulinie für das Stanzen, Schweißen, Nieten und Kleben eingesetzt werden, brauchen eine Menge Strom. „In Zukunft wahrscheinlich mehr und mehr Gleichstrom“, sagt Alois Heimler, Strategic Marketing Manager Intralogistik & Automotive von Lapp: „Das Zauberwort heißt Rekuperation.“
Ob und wie das funktionieren kann, wird in der Karosseriebau-Anlage im BMW Group Werk Dingolfing getestet. Auf den ersten Blick ist diese DC-Innovation unsichtbar, denn alle Roboter und Maschinen arbeiten dort wie gewohnt in gleicher Geschwindigkeit und Präzision. Aber: Die Anlage wird mit Gleichstrom betrieben – und die Verbindungslösungen für die Fertigungslinie stammen aus dem Hause Lapp.
Bremsenergie zurückspeisen
Gerade beim Karosseriebau bietet sich die Umstellung von Wechsel- auf Gleichstrom an. Auf Maschinen und Roboter entfallen bisher rund 25 % des Stromverbrauchs einer Industrieanlage. Dabei bieten sie große Einsparpotenziale: Denn bei ihrer Arbeit beschleunigen die Industrieroboter kurzzeitig und bremsen dann wieder ab. Die kinetische Energie wird in Wechselstromsystemen in der Regel nicht gespeichert und geht als Wärme verloren.
Anders im Gleichstrom-Netz: „Hier geht die Energie beim Bremsvorgang zurück in einen DC-Zwischenkreis. Über einen zentralen Gleichrichter wird die Energie zuerst wieder zentral in Gleichspannung umgewandelt und anschließend in Frequenzumrichter verteilt. Somit kann die Energie beim Bremsen ohne große Wandlungsverluste zentral für alle Verbraucher an das Netz zurückgeschickt werden“, erklärt Alois Heimler. Die Brems-Rekuperation erlaubt den direkten Energieaustausch zwischen allen Roboter-Antrieben.
Kernelement der Energiewende
Mit der Verwendung der bislang ungenutzten Bremsenergie kann also eine erhebliche Menge Energie eingespart werden. Und das ist nicht der einzige Vorteil, den ein DC-Netz mit sich bringt: Anstatt vieler dezentraler Wandlungen gibt es nur noch eine zentrale Energiewandlung, die alle Anlagen mit Gleichstrom versorgt.
Und stammt der Strom aus regenerativen Quellen wie Photovoltaik liegt er ohnehin als Gleichspannung vor und muss nicht mehr gewandelt werden, wenn auch die Verbraucher auf Gleichstrom ausgelegt sind. „DC ist demnach ein Kernelement für die Energiewende“, so Alois Heimler. Die genauen Einsparungen bei einer Umstellung auf DC variieren je nach Anlage und Auslastung, zwischen 15 und 20 % sind jedoch realistisch.
Passendes Leitungsportfolio
Daher hat Lapp bereits vor einigen Jahren als erster Hersteller ein passendes Leitungsportfolio für verschiedene Anwendungen im Niederspannungsbereich entwickelt. Auch in der Karosserieproduktion in Dingolfing kommen diese Leitungen zum Einsatz, darunter die Ölflex DC 100, die Ölflex DC Grid 100und die Ölflex DC Robot.
Alle Leitungen vereint ein weiterer Vorteil: Während für Wechselspannung 5-adrige Leitungen benötigt werden, kommen bei Gleichspannung ein bis zwei Leiter weniger zum Einsatz. Somit wird für DC-Leitungen weit weniger Kupfer benötigt als für ihre AC-Schwestern. Das Material-Einsparpotenzial liegt hier bei etwa 40 %. Das macht sie auch deutlich platzsparender und gerade für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen etwa in Schaltschränken interessant.
In der Praxis getestet
Die Karosseriebauanlage im BMW Group Werk Dingolfing ist ein Anwendungspilot, der die Gleichstrom-Technologie derzeit in der Praxis testet. Sie ist Teil des deutschen Forschungsprojekts DC-Industrie2, das die Chancen und Herausforderungen der Gleichstromtechnik in industriellen Produktionsanlagen untersucht. Auch Lapp ist Projektpartner von DC-Industrie2. Die Ölflex DC 100, die im Rahmen des Projekts entstanden ist, ist heute als Serienprodukt auf dem Markt.
„Wir glauben daran, dass in Zukunft mehr und mehr Produktionsanlagen mit Gleichspannung versorgt werden“, betont Alois Heimler. Dafür spricht auch das große Interesse, auf das dem DC-Portfolio von Lapp trifft.
Dementsprechend richtet sich das Familienunternehmen für die Zukunft aus und hat nicht nur die globale Forschung und Entwicklung, sondern auch die Steuerung von Labor- und Testzentrumsaktivitäten neu aufgestellt, um schneller und agiler auf die Entwicklungen in der Industrie antworten zu können.
U.I. Lapp GmbH
Forschungsprojekt DC-Industrie2
Sowohl BMW als auch Lapp sind Teil des Forschungsprojekts DC-Industrie2. Ziel ist es, ein Konzept für ein intelligentes DC-Versorgungssystem zu entwickeln. Getestet wurde unter anderem, ob ein DC-System eine Produktionshalle günstig mit Gleichstrom versorgen kann. Lapp erforschte in dem Projekt auch die Langzeitstabilität von Isolationsmaterialien für DC-Kabel und Leitungen.
Das Forschungsprojekt DC-Industrie2 fand im März 2023 einen erfolgreichen Abschluss mit dem Fazit: DC eignet sich für ein nachhaltiges, elektrisches Netz und kann leicht in die Produktion eingebunden werden.
Diese DC-Leitungen von Lapp sind im Einsatz
- Mit ihrer speziellen Konstruktion für den Langzeitbetrieb und einer maximalen Spannung von 0,75 / 1,5 kV ist die Ölflex DC 100 ideal für energieeffiziente DC-Netze in industriellen Anlagen und erste Wahl für Automobilhersteller.
- Als DC-Starkstromkabel für Gleichstromnetze bietet die Ölflex DC Grid 100 in industriellen Anlagen einen flexiblen, feindrähtigen Aufbau und ist ideal für Steuerungsanlagen, Motoren und Frequenzumrichter.
- An der siebten Achse der Roboter kommt die Ölflex DC Robot zum Einsatz. Sie wurde entwickelt, um den extremen Anforderungen der Robotikanwendungen in der Automobilfertigung zu genügen. Seine Flexibilität ermöglicht es den Robotern, sich präzise zu bewegen, während es gleichzeitig widerstandsfähig gegenüber Rotationen und Biegungen bleibt.
- Die Ölflex DC Chain 800 kann in Schleppketten mit langen Verfahrwegen oder hohen Beschleunigungen eingesetzt werden. Ihre besonders kurze Ader-Verseilung erlaubt kleinste Biegeradien. Ihr Außenmantel aus speziell entworfenem thermoplastischem Polymer ist chemisch beständig und erhöht ölbeständig.
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