KoCoS Blog

In unserem neuesten Blog geben wir spannende Einblicke in die Anwendung unseres Mikroohmmeters PROMET R600 bei der renommierten Firma TRUMPF Laser-und Systemtechnik GmbH. Lesen Sie, wie unser Mikroohmmeter dazu beiträgt, elektrische Verluste zu minimieren und somit auch für größere Reichweiten von Elektrofahrzeugen sorgt.

Die Anforderung: Reduzierung von Übergangswiderständen
In der E-Mobilität müssen Systeme und Komponenten vor allem eines sein: extrem effizient. Jeder Kilometer zählt und Fahrzeuge mit hoher Reichweite haben die Nase vorn. Oftmals haben selbst kleinste Bauteile großen Einfluss darauf –so wie Kupferkontakte. Diese sogenannten Busbars kommen häufig in Invertern zum Einsatz und leiten den Strom beispielsweise von der Batterie zum Antrieb. Meist werden sie miteinander verschraubt. Das reduziert allerdings die Leitfähigkeit: Über die Kontakte wird sehr viel Energie übertragen. Die kraftschlüssige Verbindung mittels einer Schraube führt zu einem hohen Kontaktwiderstand und damit zu Leistungsverlusten. Erschwerend kommt hinzu, dass Kupfer zwar sehr leitfähig ist, aber schnell oxidiert. Die Oxidschicht auf der Oberfläche sorgt an den Verbindungstellen zusätzlich für Energieverluste. Bei E-Fahrzeugen geht das auf die Reichweite, mindert die Leistung und verkürzt die Lebensdauer der Komponenten. Eine Reduzierung des Kontaktwiderstands bei Milliarden von Verbindungen in E-Fahrzeugen weltweit bietet hier ein enormes Einsparpotenzial.

Die Lösung: Strukturieren der Verbindungstelle mit Laser
Mit einem speziell entwickelten Laserverfahren trägt TRUMPF dem Rechnung. Mit seinen TruMicro7070 Lasern strukturiert das Ditzinger Unternehmen die Kupferbusbars vor dem Verschrauben an der Verbindungstelle. Der Laser entfernt zum einen eventuelle Verunreinigungen sowie die alte Oxidschicht und stellt zum anderen eine gezielte Oberflächentopografie ein. Die dabei entstehende, neue reine Oxidschicht schützt und konserviert den Zustand der Oberfläche langfristig. Beim Verschrauben führt die erzielte Struktur zu Mikroverformungen mit dem Resultat einer signifikanten Reduktion der elektrischen Verluste –auch über mehrere Verschraubungs-und Lösungszyklen hinweg.    
Der Laser befreit die Kupferoberfläche von der alten Oxidschicht und sorgt durch die Strukturierung für eine bessere Leitfähigkeit an den verschraubten Stellen.

Der Beweis: Messung mit dem Mikroohmmeter PROMET R600
Die elektrische Leitfähigkeit kann durch Messung des Kontaktwiderstands ermittelt werden. Ein geringerer Widerstand im Kontakt führt zu geringeren elektrischen Verlusten im System und damit auch zu einer höheren Lebensdauer des Kontakts.
Für diese Messung nutzt TRUMPF unser hochgenaues Mikroohmmeter PROMET R600.

Das PROMET R600 ist ein Präzisionsmessgeräte zur Bestimmung von Widerständen im μΩ- bis mΩ-Bereich. Durch die Messung in Vierleitertechnik und der Ausgabe hoher Prüfströme bis 600 ADC erfüllt das Widerstandsmessgerät höchste Genauigkeitsanforderungen. Der Einsatz modernster Leistungselektronik und das robuste Design garantieren maximale Zuverlässigkeit für den stationären und mobilen Einsatz in Industrieumgebungen wie bei der Firma TRUMPF.

Die Bewertung der Kontakte erfolgt sowohl auf Basis der absoluten Messung des Kontaktwiderstands als auch durch die Messung des sogenannten Gütefaktors. Dabei wird der Widerstand im Kontakt mit dem Widerstand im homogenen Leiter verglichen.

Durch die Ausstattung der Systeme mit drei Spannungsmesseingängen können die Widersstände parallel an zwei Messstellen zur gleichen Zeit ermittelt und verglichen werden. Der Gütefaktor K ergibt sich dabei als das Verhältnis des Widerstands RCON der Verbindung über der Überlappungslänge lCON zum Widerstand RREF der Stromschiene gleicher Länge lREF.
Das Ergebnis lässt einen direkten Vergleich unterschiedlicher Qualitäten von elektrischen Übergängen zu.   

Fazit
Mit Lasertechnik lassen sich Kupferkontakte schnell und effizient strukturieren. Das Ergebnis ist ein deutlich reduzierter Übergangswiderstand, der beim Verschrauben der beiden Metallbauteile aktiviert wird. Die KoCoS-Präzisionswiderstandsmessgeräte PROMET R300/R600 sind aufgrund ihrer Messung in Vierleitertechnik und der Fähigkeit, sowohl Strom als auch Spannung genau zu messen, ein ideales Werkzeug zur Charakterisierung solcher Verbindungen für einen hohen Strom und einen niederohmigen Widerstand.

Informationen zum Laser-Verfahren der Firma Trumpf finden Sie im Whitepaper „Laserstrukturieren von Kupferbusbars“ unter www.trumpf.com/de_DE/loesungen/branchen/automobil/e-mobility/laserschweissen-von-leistungselektronik/

Haben Sie Fragen oder Ergänzungen zur Widerstandsmessung oder zu unseren Messgeräten? Dann kontaktieren Sie uns über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an info(at)kocos.com.

Kompaktes Motor- und Spulenprüfsystem für die Schaltgeräteprüfung

Für die Versorgung, Prüfung und Analyse von Motoren und Auslösespulen von Schaltgeräten bietet die KoCoS Messtechnik AG jetzt das kompakte, portable Prüfsystem EPOS MC4 an.
Neben dem Einsatz als leistungsstarke AC/DC-Quelle erfasst EPOS MC4 die Betriebsströme von Federaufzugs- und Pumpenmotoren sowie von Auslösespulen und stellt die Motor- und Spulenströme als numerische Ergebnisse auf einem 5"-Touchscreen dar.

Die Spannungsquelle basiert auf modernster Leistungselektronik und ist durch die synthetische Erzeugung der Ausgangsgrößen unempfindlich gegenüber Störungen in der Einspeisung. Prüfabläufe können somit unter stets gleichen Bedingungen durchgeführt werden, was einen direkten Vergleich der Ergebnisse ermöglicht.

Die Bedienung und Steuerung des EPOS MC4 kann über die integrierte Bedieneinheit mit hochauflösendem, resistivem 5"-Touchscreen, Drehwahlschalter und Funktionstasten oder in Kombination mit den ACTAS-Prüfsystemen erfolgen. Über die ACTAS-Prüfsoftware kann EPOS MC4 komfortabel in Schaltgeräteprüfungen eingebunden werden. Für die Ansteuerung von Motor- und Spulenausgängen steht zusätzlich eine Fernsteuereinheit zur Verfügung.

Für die Analyse von Schaltgeräten stellt EPOS MC4 weitere Funktionen zur Verfügung:

  1. Analyse von Motorlauf und Spulenauslösung
  2. Bestimmung des Spulenwiderstandes
  3. Bestimmung der Mindestauslösespannung
  4. Prüfung von Unterspannungsauslösern

Die Auswertung der Ergebnisse ist einfach, Rückschlüsse auf den Zustand von Spulen, Motoren und Mechanik können sofort gezogen werden. Die integrierten Messfunktionen garantieren somit aussagekräftige Analysen für maximale Betriebszeiten und minimalen Wartungsaufwand.

EPOS MC4 ermöglicht den direkten Anschluss eines PCs/Notebooks. Mit einer einfach zu bedienenden Software können die im Gerät gespeicherten Messergebnisse ausgelesen und verwaltet werden.

Das Prüfsystem ist in einem handlichen, äußerst robusten und widerstandsfähigen Hartschalenkoffer untergebracht. Im geschlossenen Zustand wasser- und staubdicht nach IP67, absorbiert der Koffer selbst harte Stöße ohne Schaden zu nehmen. Das robuste Prüfsystem ist für den anspruchsvollen Außeneinsatz ebenso geeignet wie für den Einsatz in der Fertigung oder im Labor.

Ein besonderes Merkmal des dreiphasigen Signalgenerators EPOS 360 ist die Bedieneinheit für die Vor-Ort-Bedienung. Über die Bedieneinheit mit Touchscreen, Funktionstasten und Drehauswahlrad können alle grundlegenden Bedien- und Parametrieraufgaben wie das Ändern von Amplitude, Phasenwinkel oder Frequenz durchgeführt werden. Zudem werden Informationen über Systemzustände und eine Übersicht der eingestellten Signalwerte angezeigt.

Das Drehauswahlrad ermöglicht schnelle und präzise Änderungen von Werten und dient zur Einstellung sowie zur Steuerung des Gerätes. Der integrierte Leuchtring bietet eine gut sichtbare Anzeige der Systemzustände, akustische Signale informieren zusätzlich und geben Rückmeldungen bei Einstellungen und während der Ausgabe.

Die Zustände und die Betriebsarten der Ein- und Ausgänge des EPOS 360 werden weiterhin über zahlreiche LEDs im Frontpanel signalisiert. Ein kurzer Blick genügt, um zu erkennen, welche Ausgänge aktiv sind und welche Zustände an den binären Ein- und Ausgängen anstehen.

Die Funktionstasten dienen unter anderem zum Starten/Stoppen von Prüfungen und zum Übernehmen von Einstellungen sowie zum Bestätigen von Speicheraufforderungen.

Zur lokalen Bedienung stehen die Monitore VD-Static und Symmetric zur Verfügung. Amplitude, Phase und Frequenz können unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Ausgabe kann direkt gestartet und die Signale während der Ausgabe schrittweise verändert werden.

Die Funktion der Änderung der Ausgabewerte in festgelegten Schrittweiten erlaubt es gleichzeitig die Werte für Spannung, Strom, Frequenz und Winkel über das Drehauswahlrad in einem Schritt zu erhöhen oder zu verringern.

Über den Monitor Symmetric sind die Einstellungen für ein symmetrisches Dreiphasensystem vorzunehmen. Beispielsweise wird bei der Einstellung des Spannungswertes die Einstellung für alle drei Spannungsphasen übernommen.

Im Monitor VD-Static sind die Einstellungen für ein unsymmetrisches Dreiphasensystem vorzunehmen. In diesem Monitor sind die Parameter für jede Phase unabhängig voneinander einzustellen.

Bei den Monitoren kann zwischen verschiedenen Ansichten gewählt werden. Die numerische Ansicht NUM gibt einen Überblick über die Parameter und Zustände der Ausgänge. In der Ansicht VD werden die Signale in einem Vektordiagramm dargestellt. Die rechte Statusleiste zeigt weiterhin den aktuellen Status aller Binärein- und Binärausgänge.

Die Steuerung der Ausgabe der Spannungs- und Stromverstärker kann im statischen oder dynamischen Modus erfolgen. Im statischen Modus werden Änderungen der Ausgabewerte erst durch Bestätigung übernommen und ausgegeben.

Im dynamischen Modus werden Änderungen unmittelbar übernommen. So ist ein dynamisches Verstellen der Ausgangswerte möglich, ohne diese vorher bestätigen zu müssen.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, für jeden Ausgabemodus jeweils bis zu zehn individuelle Parametersätze zu speichern, sodass der Anwender die Möglichkeit hat, auf einfache Weise auf vordefinierte Werte zurückzugreifen.

Mit dem hochauflösenden 5"-Touchscreen mit Smart-Touch Technologie, Funktionstasten und einem Drehauswahlrad lassen sich dreiphasige Signale mit dem Signaleditor EPOS 360 auch ohne den Anschluss eines externen PCs schnell und einfach ausgeben. Die übersichtliche Bedienoberfläche führt den Benutzer intuitiv zum Ziel.

Haben Sie Fragen zu unseren Messgeräten?

Rufen Sie uns an unter: 05631-95960 oder per Mail an info(at)kocos.com.

Seit vielen Jahren ist KoCoS als weltweit führender Hersteller von Schaltgeräteprüfsystemen anerkannt. Mit den neuen Schaltgeräteprüfsystemen ACTAS P260+ und ACTAS P360+ bietet KoCoS jetzt zwei tragbare Geräte, die in Punkto Leistungsfähigkeit die Vorgängerserie noch einmal übertreffen.

  1. Größerer Funktionsumfang durch neue Hardware- und Software-Funktionen
  2. Gesteigerte Flexibilität bei der Schaltgeräteprüfung
  3. Verbesserte Ergonomie, Funktionalität und Leistungsfähigkeit
  4. Bedienung über integrierte Bedieneinheit mit 7“-Touchscreen und/oder die speziell entwickelte Prüfsoftware
  5. Einfache Bedienung mit optimaler Darstellung aller Informationen
  6. Aufbau in einem äußerst robusten und kompakten Koffergehäuse

ACTAS P360+ wurde um zwei steuerbare Ausgänge in Form von Relais erweitert, die leicht in den Prüfungsablauf integriert werden können. Das Funktioniert auch nachträglich bei schon vorhandenen Prüfvorlagen aus der Vorserie. Auch ACTAS P260+ erhielt zwei weitere Steuerausgänge, einer ebenfalls in Form eines Relais, der andere als IGBT-Steuerausgang. So kann beispielsweise die Reserveausspule eines Schalters direkt ohne Umklemmen angeschlossen werden, was den Anschluss von einer Ein- und zwei Ausspulen gleichzeitig ermöglicht. Einen weiteren großen Vorteil bieten die Systeme mit der Darstellung von mit 200 kHz überabgetasteten Messdaten mit 50kHz.

Auch bei der Prüfsoftware gibt es Neuigkeiten. ACTAS EXPERT ist jetzt generell im Lieferumfang enthalten und bietet einige zusätzliche Funktionen. Unter anderem besteht die Möglichkeit, Messdaten in verschiedene Formate zu exportieren, Messdaten anhand der Messhistorie zu überlagern und direkt zu vergleichen oder Hüllkurven als Referenz einzufügen. Für die Darstellung und Analyse der Daten können zudem eigene Anzeigegrafiken angelegt werden, die auch in den entsprechenden Prüfberichten Anwendung finden.

Sie haben noch Fragen oder Ergänzungen zum Thema oder möchten sich bei einer Produktvorführung online oder auch gerne persönlich bei ihnen im Haus von der Leistungsfähigkeit der Systeme überzeugen? Dann melden Sie sich gerne über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an cstuden(at)kocos.com.

Seit einem Jahr wird Gas immer teurer, auch der Strompreis in Europa steigt deutlich. Hängen diese Preise zusammen und welche Rolle spielt dabei welches Kraftwerk?

Gasmangel. Warum steigt der Strompreis überhaupt?
Da in Deutschland, wie auch weltweit, Strom überwiegend durch den Einsatz von fossilen Energieträgern gewonnen wird, hängt der Preis für die Kilowattstunde natürlich auch vom Grundpreis von Gas, Kohle, Öl und in gewissem Maß auch von Uran ab. Steigen die Preise der fossilen Energieträger, steigt auch der Strompreis.

Wie haben sich die Energiepreise bislang entwickelt?
Die Sorge um eine Verknappung der Gaslieferungen aus Russland hat die Gaspreise nicht nur in Deutschland immer weiter in die Höhe getrieben. Kraftwerke zahlten im Juni 2022 für Erdgas knapp 227,0 Prozent mehr als im Vorjahr. Die Gasrechnungen vieler Endverbrauchenden haben sich verdreifacht. Neben diesen rasanten Anstiegen der Preise im Gasmarkt sind gleichzeitig auch die Strompreise gestiegen. Innerhalb eines Jahres hat sich zum Beispiel der Strompreis an der Leipziger Strombörse European Power Exchange (EEX) um das 10-fache erhöht (Stand: August 2022) – von 50 auf 565 Euro pro MWh. Dies wirkt natürlich auch auf die Verbraucherinnen und Verbraucher zurück: Der Strompreis lag bei Neuverträgen Mitte November 2022, bei einem Verbrauch von 4.000 kWh inkl. Grundgebühr, bei 0,427 Euro pro kWh – Tendenz ungewiss.

Und was ist mit Strom aus Erneuerbaren Energien?
Strom aus Erneuerbaren Energien ist die mit Abstand günstigste Art der Stromgestehung. Sind Windkraft- oder Solar-Anlagen erstmal gebaut, verbrauchen sie für die direkte Stromproduktion fast keine Ressourcen. Allerdings liefern sie nicht kontinuierlich Strom. Damit ist die Energie aus diesen Quellen zwar günstig, aber ohne große Speicher und gut ausgebaute Stromnetze nicht konstant überall verfügbar. Sinkt denn der Strompreis, wenn mehr Strom aus Erneuerbaren eingespeist wird? Nein, so einfach ist es leider nicht. Denn der Strommarkt funktioniert nach dem Prinzip der „Merit Order“.

Definition: Merit-Order
Die Merit-Order ist die Einsatzreihenfolge der Kraftwerke, die durch die variablen Stromgestehungskosten bestimmt wird. Dabei werden zuerst die günstigsten Kraftwerke zur Deckung der Nachfrage aufgeschaltet, das letzte Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten, das zur Deckung der Nachfrage benötigt wird, bestimmt den Preis. Die Merit-Order (zu Deutsch „Reihenfolge der Vorteilhaftigkeit“) bestimmt damit den Strompreis an den Energiemärkten.

Dies bedeutet vereinfacht: Alle Kraftwerke bieten ihre Produktionskapazitäten an, bis genügend Strom in Europa produziert wird, um den Bedarf zu decken. Dabei wird allerdings nicht in der Art der Erzeugung unterschieden: Alle Anbieter erhalten denselben Preis, bestimmt durch das teuerste Kraftwerk am Netz. Bei dem Merit Order Prinzip spielt es beispielweise überhaupt keine Rolle, wie günstig der regenerative Strom gewonnen wurde. Auch die Subventionen für den Ausbau der regenerativen Energien zählen nicht.
So reicht zurzeit ein einziges Gaskraftwerk am Netz, um den Preis für die Kilowattstunde Strom stark zu erhöhen, ungeachtet der niedrigen Kosten anderer Energieträger bzw. „Kraftwerke“ zu diesem Zeitpunkt.

Warum gibt es eine „Merit Order“?
Auf einem herkömmlichen Markt würden Angebot und Nachfrage den Preis bestimmen – bis zu dem Zeitpunkt an dem ein Produkt nicht mehr verfügbar ist. Als Folge wären Gaskraftwerke dann aber fast nie in Betrieb, da ein kostendeckender Betrieb nicht garantiert ist. Über die „Merit Order“ wird dies so ausgeglichen, dass immer genügend Strom bedarfsgerecht zur Verfügung steht und die Netze stabil bleiben.

Dabei bietet jeder Erzeuger seinen Strom so an, dass seine Kosten (Grenzkosten) gedeckt sind. Zum Zuge kommen dann sukzessive alle Angebote, bis die Nachfrage gedeckt ist – das teuerste zum Einsatz kommende Kraftwerk bestimmt dann den Preis für alle. Dieses Kraftwerk deckt nur seine Grenzkosten, alle anderen erzielen Gewinne. Der entstandene Preis wird Grenzpreis genannt.
Die Grenzkosten sind die Kosten, die anfallen, um die nächste Ware oder in diesem Fall die nächste Megawattstunde zu erzeugen. Investitions- oder Kapitalkosten sind nicht enthalten, dafür aber beispielsweise die Brennstoffkosten.
Auf dem Energiemarkt gilt generell, dass das „Produkt“ Strom nicht „ausverkauft“ sein darf, da sonst die Energieversorgung gestört werden kann und es im schlimmsten Fall zu einem lokalen oder flächendeckenden Blackout kommen könnte.

Wer hat das Prinzip der Merit Order erfunden?
„Der Grenzpreis (gefunden durch die Merit Order) ist keine künstliche Regel, die sich jemand ausgedacht hat“, führt Lion Hirth in der Stuttgarter Zeitung aus. Lion Hirth ist Juniorprofessor für Energiepolitik an der privaten Hochschule Hertie School in Berlin und Geschäftsführer des energiewirtschaftlichen Beratungsunternehmens Neon. „Es ist keine willkürliche Wahl zwischen alternativen Marktdesigns, sondern der natürliche Weg, wie sich Preise auf freien Märkten bilden“, führt er im Weiteren aus. Auch andere Rohstoffmärkte funktionierten nach diesem Prinzip – „egal ob Öl, Gas, Kupfer, Milch oder Solaranlagen“, so der Energieexperte.

Was passiert zurzeit?
Aktuell treffen mehrere Entwicklungen zusammen: Zum einen fällt derzeit in Frankreich etwa die Hälfte der 56 Kernkraftwerke wegen Wartungsarbeiten oder technischer Mängel aus. Zum zweiten behindert der niedrige Wasserstand der Flüsse die Kohleversorgung der Kohlekraftwerke. Und zum dritten ist der Gaspreis auf einem hohen Niveau und beeinflusst, wie oben beschrieben, die Stromgestehungskosten.

Reichen denn Kohle, Kernkraft und Erneuerbare Energien nicht aus?
Leider nicht. Das liegt zum einen daran, dass die heutigen Kapazitäten von Wasser- und Windkraft sowie Photovoltaik weder in Deutschland noch in Europa insgesamt ausreichen, um den gesamten Strombedarf zu decken. Hinzu kommt, dass wie oben beschrieben, viele konventionelle Kraftwerke derzeit abgeschaltet oder nur eingeschränkt betreibbar sind.

Darüber hinaus fehlt es an Übertragungsnetzkapazitäten über ganz Europa hinweg. So können oft die Strommengen, die zum Beispiel an der windreichen Nordseeküste in Deutschland anfallen, nicht in den energiehungrigen Süden Deutschlands transportiert werden. Die Bundesnetzagentur reagiert bei einem solchen Flaschenhals dann mit einem „Redispatch“: Dabei wird im Norden die Leistung von Windenergieanlagen reduziert und im Süden wird die Leistungsanforderung der Kraftwerke erhöht, so dass eine Überlastung des Stromnetzes vermieden wird. Häufig kommen hierbei Gaskraftwerke zum Einsatz, die ihre Stromproduktion besonders flexibel und schnell anpassen können. Auch das hat natürlich zusätzliche Auswirkungen auf den Strompreis.

Handlungsoptionen und Risiken
Der erhöhte Gaspreis, im Wesentlichen verursacht durch den Krieg der Ukraine, treibt auch die Strompreise in die Höhe. Da Strom in die Preisgestaltung vieler anderer Produkte bis hin zum Frühstücksbrötchen einfließt, heizt dies die Inflation gehörig an. Seit Wochen wird vielfältig diskutiert, wie dem Preisauftrieb Einhalt geboten werden könnte.
„Eine Diskussion über eine Umverteilung von Gewinnen und eine Entlastung der Verbraucher, die aber Einsparanreize erhält, also kein einfacher Preisdeckel ist, halte ich für den Weg, den man kurzfristig beschreiten kann“, sagt Christoph Maurer, Geschäftsführer der Aachener energiewirtschaftlichen Beratungsfirma Consentec. Eine grundsätzliche Änderung des Marktdesigns sollte man aber auf keinen Fall kurzfristig beschließen, warnt er. „Das Risiko, dass man dann zu nicht durchdachten Lösungen kommt und die Krise möglicherweise sogar verstärkt, ist sehr groß“, so der Energieexperte Maurer in der Stuttgarter Zeitung.

Quellen: Die Zeitschriften: „Zeit, Standard und Stuttgarter Zeitung“, die Fachzeitschrift „Chip“, Wikipedia und eigene Recherchen