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Stromversorgung 48-V-Gleichspannung für die Industrie

48-V-DC-Bordnetze bringen in der Fahrzeugindustrie einige Vorteile mit sich. Ob diese auch auf industrielle Anwendungen übertragbar sind, haben wir nachgefragt.

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Für Anwendungen im Kleinleistungsbereich bis einige hundert Watt kann man über den Einsatz der 48-V-DC-Spannungsebene nachdenken.
Für Anwendungen im Kleinleistungsbereich bis einige hundert Watt kann man über den Einsatz der 48-V-DC-Spannungsebene nachdenken.
(Bild: © vectorpouch - stock.adobe.com)

Eine DC-Spannungsversorgung mit 48 V ist vor allem aus der Fahrzeugindustrie bekannt. Das Bordnetz von Fahrzeugen wird zunehmend statt mit herkömmlich 12 V oder 24 V mit 48 V Spannung versorgt. „Eine höhere Spannung bedeutet eine geringere Stromstärke. Das wiederum sorgt dafür, dass Leitungsquerschnitte reduziert werden können“, erklärt Alexander Jellenigg, Manager Business Development bei Eaton.

Kleinere Leitungsquerschnitte wiegen weniger

Im Fahrzeug hat das große Vorteile, denn Kabel mit kleineren Leitungsquerschnitten bringen auch weniger Gewicht auf die Waage. Das heißt, es müssen weniger Kilogramm gebremst und beschleunigt werden. Daraus resultieren weniger CO2-Emissionen. Wenn man bedenkt, dass neu zugelassene Lkw ab 2025 laut gesetzlicher Regelungen 15 % und ab dem Jahr 2030 sogar 30 % weniger CO2 im Vergleich zu 2019 ausstoßen dürfen, erklärt dies den zunehmenden Megatrend zu 48-V-Bordnetzen.

„Der 48-Volt-Standard ist so spezifiziert, dass auch in Exremsituationen die Spannung nicht über 58 V ansteigt. Damit arbeiten die Systeme immer mit für den Menschen sicheren Spannungen“, weiß Ricardo Pimenta, Produktmanager Transportation bei E-T-A. Ein zweiter wichtiger Punkt, weswegen die 48-V-Technologie für die Fahrzeugindustrie eine wichtige Entwicklung darstellt.

Doch wie sieht es im Maschinen- und Anlagenbau aus? Könnte die DC-48-V-Spannungsebene auch hier an Bedeutung gewinnen? Von Patrick Schweer, der im Produkt-Marketing bei Phoenix Contact Power Supplies tätig ist, kommt ein klares „Ja“: „Die 48-V-DC-Technologie hat in industriellen Anwendungen bereits Einzug gehalten und wird in einigen Bereichen auch noch an Bedeutung gewinnen. Zum Beispiel werden Antriebe im Kleinleistungsbereich bis einige hundert Watt oftmals schon mit 48-V-DC-Spannung versorgt.“

„Die 48-V-Spannungsebene ist immer dann die richtige Wahl, wenn man mehr Leistung braucht aber Gewicht und Bauraum sparen will. Fahrerlose Transportsysteme, die zunehmend in der Industrie zum Einsatz kommen, profitieren genau von diesen Vorteilen“, Ricardo Pimenta, Produktmanager Transportation, E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH.
„Die 48-V-Spannungsebene ist immer dann die richtige Wahl, wenn man mehr Leistung braucht aber Gewicht und Bauraum sparen will. Fahrerlose Transportsysteme, die zunehmend in der Industrie zum Einsatz kommen, profitieren genau von diesen Vorteilen“, Ricardo Pimenta, Produktmanager Transportation, E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH.
(Bild: E-T-A)

Ricardo Pimenta spricht noch eine weitere Anwendung an, die im industriellen Sektor zunehmend Einzug erhält: „48 V DC ist immer dann die richtige Wahl, wenn man mehr Leistung braucht und gleichzeitig mehr Gewicht und Bauraum vermeiden möchte. Fahrerlose Transportsysteme profitieren genau von diesen Vorteilen.“

Eine Koexistenz verschiedener Spannungsebenen sei ebenfalls möglich. Phoenix Contact bietet hierfür zum Beispiel Stromversorgungen, die eine 48-V-DC-Versorgung bereitstellen und auch DC/DC-Wandler, die von oder auf eine 48-V-Spannungsebene wandeln. Diese Flexibilität erlaubt es, auch partiell auf die höhere Spannungsebene zu setzen und bei einzelnen Anwendungen von den Vorteilen zu profitieren.

Robustere Schutzschalter und Relais notwendig

Denn eine Umstellung bringt auch Herausforderungen mit sich. „Auch kleine Ströme erzeugen bei 48 V einen Lichtbogen. Hierdurch werden die elektrischen Kontakte sehr viel mehr belastet, als bei 12 V oder 24 V. Stecker, Schutzschalter und Relais müssen daher robuster gebaut sein“, erklärt Ricardo Pimenta. Sowohl E-T-A als auch Phoenix Contact bieten solche Bauteile, die auf die DC-48-V-Systeme abgestimmt sind, an. „Das Produktportfolio ist im 48-V-DC-Bereich allerdings geringer, als im Standard-24-V-Bereich, sodass nicht alle Komponenten – Verbraucher ebenso wie Quellen – verfügbar sind“, gibt Patrick Schweer zu bedenken. Darauf sollten Anwender beim Einsatz achten.

Veranstaltungstipp

Auf dem Anwenderforum Relaistechnik erklären Experten in Best-Practice-Bespielen die Realisierung von Schaltaufgaben in Maschinen, Geräten, Systemen oder bei der Prozessteuerung vor. Darüber hinaus werden Besonderheiten spezieller Relais betrachtet und die Relaisentwicklungen im Kontext zu Smart Grid, Energy Storage, Smart Home und Automotive aufgezeigt.

Eatons Experte Alexander Jellenigg äußert noch ganz andere Überlegungen zum Einsatz der 48-V-DC-Systeme in der Industrie: „Wir gehen davon aus, dass die Übertragung von Signalen in der Automatisierungstechnik weiterhin bei der 24-V-Spannungsebene bleiben wird. Die Übertragung von Leistung wird bei zunehmendem Einsatz der DC-Technologie in viel höhere Spannungsebenen übergehen – hier spreche ich von 350 V/700V. Dass sich die 48-V-DC-Spannungsebene durchsetzt, sehen wir nicht.“

Höhere Spannungsebenen erwartet

Dass sich die Technologie im Automobilbau lange hält, sieht Jellenigg auch kritisch: „Die Automobilindustrie ist derzeit im Umbruch: Plug-in-Hybride und reine Elektrofahrzeuge drängen vermehrt auf den Markt. Diese sind mit viel höheren Spannungsebenen – 400 V bis 800 V – ausgestattet. Oftmals kommt dann ein Subnetz mit 12 V zum Einsatz. Das 48-V-Bordnetz wird überflüssig.“

Trotzdem: Für große Nutzfahrzeuge und mobile Maschinen, die noch lange nicht vollelektrisch fahren werden, ist die 48-V-DC-Technologie sicherlich eine Möglichkeit, den Betrieb effizienter zu gestalten und auch für kompakte industrielle Anwendungen im Kleinleistungsbereich bis einige hundert Watt macht es Sinn, über den Einsatz dieser Spannungsebene nachzudenken.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht