Für die zuverlässige Absicherung primär getakteter DC 24 V-Schaltnetzteile hat sich im Maschinenbau der Einsatz elektronischer Schutzschalter flächendeckend durchgesetzt. Werden sie mit kommunikativen Fähigkeiten angereichert, ergeben sich zahlreiche Vorteile.

Die Vorteile elektronischer Schutzschalter liegen klar auf der Hand. So reagiert speziell für Maschinenbauanwendungen entwickelter Überstromschutz exakt auf die Bedürfnisse von Schaltnetzteilen, das heißt einerseits sehr flink bei Kurzschluss, andererseits etwas träger beim Einschalten stromintensiver Verbraucher. Beide Male stehen drei Dinge im Fokus: der stabile Betrieb von Schaltnetzteilen, eine einfache Fehlersuche sowie eine möglichst hohe Maschinenverfügbarkeit.

Neues intelligentes Sicherungskonzept

Das neue intelligente Sicherungskonzept von E-T-A Typ REX12D-T wurde exakt für die Anforderungen von Industrie 4.0 und die damit verbundenen Aufgabenstellungen entwickelt. Aufgrund der Leistungsfähigkeit des REX-Gesamtkonzepts wird das Produkt auch in der hauseigenen Produktionsanlage zur Herstellung thermischer Kfz-Schutzschalter verbaut. Auch in diesem Rahmen kommt sein kompletter Funktionsumfang von der Planung bis zur Instandhaltung zum Tragen. Was sind die Erfahrungen aus diesem konkreten Praxiseinsatz?

Überstromschutz im Wandel

Elektronischer Überstromschutz bietet schon jetzt umfangreichen Mehrwert. Doch es gibt zahlreiche weitere Vorteile für den Einsatz entsprechender Geräte, wenn sie um kommunikative Fähigkeiten ergänzt werden. Im Zeitalter von Industrie 4.0 und dem Internet of Things (IoT) kann die Absicherung neben der Schutzfunktion viele zusätzliche, spannende und nützliche Aufgaben übernehmen. So werden elektronische Sicherungskonzepte zu einer ganzheitlichen Lösung und vereinen Schutz-, Steuerungs- und Messtechnik ebenso wie detaillierte Planungs-, Dokumentations- und Wartungsaufgaben.

Unterstützen lässt sich dieser Funktionswandel bei den elektronischen Sicherungen durch eine Reihe von Faktoren. Dazu zählen eine immer stärker standardisierte Elektrokonstruktion, der modulare Aufbau von Anlagen, die erhöhte Maschinenverfügbarkeit beispielsweise durch vorbeugende Instandhaltung, die weiter fortschreitende Fernwartung sowie eine detaillierte Gesamtkostenbetrachtung.

All dies sind Ergebnisse einer Entwicklung, die sich mittlerweile mit Fug und Recht als vierte industrielle Revolution bezeichnen lässt.

Die Planung

Bereits die Planung der DC 24 V-Absicherung ist mit dem neuen Konzept deutlich einfacher. Wo früher thermisch-magnetische Absicherungskomponenten zum Einsatz kamen, arbeitet heute die neue Lösung. Der REX12D-T bringt durch seine zielgerichtete Auslösung Licht ins Fehler-Dunkel. LEDs und die Punkt- zu-Punkt-Schnittstelle IO-Link melden Auslösungen und ermöglichen so eine exakte Fehlersuche. Dies erhöht die Maschinenlaufzeiten sozusagen zwangsläufig. 

Überlastung ausgeschlossen

Eine Überlastung des speisenden Schaltnetzteils ist damit zu 100 Prozent ausgeschlossen. Gleichzeitig toleriert der Sicherungsautomat kapazitive Lasten von bis zu 20.000µF problemlos. So können die neuen Geräte nicht nur die in der Maschine eingesetzten Aktoren und Sensoren sowie die Visualisierung absichern. Die Sicherheit umfasst auch sensitive und intelligente Verbraucher mit kondensatorgepufferten Eingängen, wie Steuerungstechnik, und zwar mit voller Selektivität.

Dies ist durch die Bandbreite an Nennströmen von 2 A bis 10 A möglich. Die Anpassung der Absicherung an den jeweiligen Leitungsquerschnitt ist direkt gegeben, da die internen Fail-Safe-Elemente dem Gerätenennstrom entsprechen. Damit erfüllt das Gerät gleichsam die Anforderungen von VDE 0100-530 und EN60204-1.

Die DC 24 V-Absicherungslösung lässt sich damit passgenau auf jede Änderung der Sondermaschine abstimmen. Bei einer Bauhöhe von nur 80 Millimetern passen die nur 12,5 Millimeter schmalen Module in nahezu alle vorkonfektionierten Kabelkanal-Zwischenräume. Das funktioniert ganz ohne zusätzliche Abstände – selbst bei einer Schaltschranktemperatur von dauerhaft bis zu 40°C. Damit spart der Anwender wertvollen Platz und Zusatzkosten für die Anschaffung größerer Schaltschränke.

Die Montage

Die Montage der Geräte funktioniert komplett ohne weiteres Zubehör. Am elektronischen Sicherungsautomat ist das gesamte Brückensystem bereits enthalten. Die Geräte lassen sich direkt auf die Tragschiene aufschnappen. So reduziert sich die Gesamtzeit für Aufbau und Verdrahtung der mit PT-Klemmentechnik ausgeführten Geräte auf rund die Hälfte, und es werden Kosten eingespart.

Bisweilen ist es in der Praxis nötig, Nennströme aufgrund geänderter Verbraucherströme anzupassen.  Auch wenn ein mittlerer Sicherungsautomat dabei betroffen ist, lässt sich die Anpassung mühelos durchführen. Kontakthebel auf, tauschen, Kontakthebel zu - fertig.

Die Inbetriebnahme

Bei der Inbetriebnahme lassen sich erstmalig die geplanten Nennströme mit dem tatsächlichen Stromfluss der jeweiligen Kanäle abgleichen und prüfen. Dies funktioniert ohne zusätzlichen Aufwand, da im intelligenten Überstromschutz REX12D-T die Strommessung bereits integriert ist. Das Gerät bildet neben dem Strom auch die Versorgungsspannung ab. Die ermittelten Werte sind beispielsweise für das Abnahmeprotokoll als Dokumentation relevant und lassen sich für die weitere Implementierung der Meldegrenzen im System heranziehen.

Annahmen sicher stellen

Diese Vorgehensweise stellt erstmalig sicher, dass die Annahmen bei der Auslegung der Absicherung auch in der Praxis zutreffen. Die Frühwarngrenzen ( = x Prozent vom Nennstrom, einstellbar) dienen im weiteren Verlauf zudem als Basis für das neu definierte Instandhaltungssystem. Überschreitet der Laststrom während des Betriebs den festgelegten Grenzwert, meldet das System dies an die übergeordnete Steuerungstechnik.

Die Maschine läuft dabei ohne Unterbrechung weiter. Das hilft dem Instandhaltungsteam, frühzeitig auf Änderungen der DC 24 V-Umgebung zu reagieren. Die Experten leiten daraus Maßnahmen zur  Instandhaltung ab und stellen damit eine wesentlich erhöhte Maschinenlaufzeit sicher.

Hat das Instandhaltungspersonal keinen direkten Zugriff auf die Maschine, so ist die Kommunikationsfähigkeit der entscheidende Faktor für die neue transparente Absicherungslösung. Die Komponenten sind über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung IO-Link am Master des in der Maschine angewandten Steuerungssystems von Beckhoff angebunden. Neben den Forderungen nach Flexibilität sind die Transparenz der Maschinen und die Kenntnisse über deren aktuellen Zustand pro Kanal im DC 24 V-Verbund entscheidende Vorteile im Betrieb der neuen Maschine.

Fehler durch Fernwartung eingrenzen

Kommt es zu einem Fehler, kann sich der Elektroniker via Fernwartung  einen ersten Überblick über den Allgemeinzustand der Maschine machen. Oft nutzt er die Gelegenheit, einen durch Kurzschluss ausgelösten Sicherungsautomaten mittels Remote-Reset-Funktion aus der Ferne wieder einzuschalten. Nach einer weiteren durch Kurzschluss verursachten Abschaltung kann er schnellstmöglich mit den schon passenden Ersatzteilen vor Ort gehen. Neben der Information, welcher Kanal vom Fehler betroffen ist, erhält der Elektroniker zusätzlich die Meldung, warum dieser ausgelöst hat.

Mithilfe dieser Information kann er den vorhandenen Fehler bis auf ein Minimum eingrenzen. Die neue Gesamtlösung vom Typ REX12 ermöglicht den Maschinenbedienern in dieser Anwendung eine noch schnellere Reaktion auf Fehler. Das erhöht die Maschinenverfügbarkeit noch einmal deutlich - in diesem Fall gewinnt die Maschine 20 Prozent Effizienz.