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Energieübertragung im Wandel der Zeit

Maschinen- und Anlagenentwickler verfolgen die Dezentralisierung der Geräte und Funktionen mit standardisierten Schnittstellen. Das Ziel ist es, die in vielen Jahren gewachsene Installationstechnik zu revolutionieren und die Kosten damit zu minimieren.

Konventionelle Verdrahtung ist geprägt durch die sternförmige Installation der Signal- und Energieübertragung. In der Praxis bedeutet dies, jeden Motor mit einer Leistungszuführung aus dem Schaltschrank zu verbinden. Auch alle Anschlüsse von Sensoren und Aktoren, wie z.B. Näherungsschalter oder Ventile, sind parallel verdrahtet.

Der technische Fortschritt in der Verdrahtungstechnik wurde mit der Einführung serieller Busbaugruppen zum Anschluss von Sensoren und Aktoren vollzogen. Neue Installationskonzepte bei der Datenübertragung haben dem Anwender klare Vorteile bei der Kabelverlegung gebracht. Die existierenden Signalbaugruppen zur Aufnahme bzw. Ausgabe von Steuerungssignalen sind in den unterschiedlichsten Schutzklassen von IP 20 bis IP 68 erhältlich. Bei der Energiezuführung der kleineren Motoren (bis ca. 2,2 kW) wurde jedoch in den letzten 20 Jahren praktisch keine Änderung vollzogen.

Jeder Motor wird nach wie vor mit einem separaten Kabel aus dem Schaltschrank versorgt. Ein Schaltschrank mit zentraler Motoransteuerung ist wie folgt aufgebaut:

• Sicherung für den Leistungsstrang
• Zentrale Steuereinheit im Schaltschrank mit Schutzorgan wie
• Direktstarter
• Reversierstarter
• Softstarter
• Zuleitung zum Motor über Klemmleisten oder Steckverbinder

Die Kosten der historisch gewachsenen Installationstechnik sind zu hoch. In der Fördertechnik zum Beispiel geht der Trend zu einer dezentralen Verkabelung. Hierbei werden die intelligenten Motorsteuereinheiten direkt an die Maschine bzw. an die Förderstrecke verteilt. Der Wandel in der Installationstechnik ist eine Herausforderung, die HARTING angenommen hat.

Ansatz von HARTING

Die erste Aufgabe, die sich HARTING gestellt hat, ist die unterschiedlichen Anforderungen vom Kunden zusammenzutragen und diese mit ihnen gemeinsam in ein neues Installationskonzept für die Industrie umzusetzen.

Eine der zentralen Forderungen ist der Einsatz eines Energiebussystems, das es erlaubt, mehrere „Verbraucher“ an einen Leistungsstrang anzuschließen. Die nationalen und internationalen Normen sind natürlich auch bei einer neuen Installationstechnik einzuhalten. Bei der Umsetzung hat sich gezeigt, dass auf bestehende und auf standardisierte Schnittstellen zurückgegriffen werden muss. Eine zentrale Rolle bei der Entwicklung eines Energiebussystems kommt dem Han®-Steckverbinder zu, da es sich um kompakte und kleine Steckverbinder handelt, die die Anforderungen bezüglich der Polzahl, der Spannung und der Stromtragfähigkeit erfüllen.
Die Marktanalyse hat weiter ergeben, dass die Anschlusstechnik ohne Spezialwerkzeug zu realisieren ist.

Auszüge aus dem Anforderungsprofil:

• Einsatz für das Standard-Industrienetz 230/400 V nach VDE oder 600 V nach UL
• Anschlussmöglichkeiten für 7 Leiter
• Aderquerschnitt 4 mm²
• Unterbrechungsfreie Energiebusleitung
• Anschlussmöglichkeit mit Standardwerkzeug
• Schutzgrad IP 65
• Einspeisemodul, Verbindungsmodul, Endelement
• HARTING-Qualität

Aus diesem Anforderungsprofil wurde eine neue Baureihe ins Leben gerufen.

Die Han-Power®-Serie

Die Produkte aus der Han-Power-Serie und den Standard-Produktreihen erfüllen das komplette Anforderungsprofil.

Der Einsatz dieser neuen Produktserie ist in Verbindung mit einem Wechsel der Schutzorgane in der Installationstechnik möglich.

Ein neuer Schaltschrank für die dezentrale Installationstechnik wird erheblich kleiner, wodurch der Raum in der Produktionsstätte wesentlich besser genutzt werden kann.

Im Schaltschrank verbleiben:

• Schutzorgan wie z.B Leistungsschalter zum Schutz gegen Kurzschluss
• Einspeiseelement für die Energiebusleitung über einen Steckverbinder

Eine dezentrale Energieverteilung wird nach dem Anforderungsprofil der Kunden wie folgt aufgebaut.

Variante 1

Die Einspeisung der Energieleitung erfolgt über einen Han® Q 8/0 Steckverbinder mit einem max. Kabelquerschnitt von 7 x 4 mm². Der Energiestrang wird ohne Berücksichtigung der Position der dezentralen Motorsteuereinheit verlegt. Der Abzweig wird mit einem Han-Power® S gewährleistet, so dass der Energiestrang nicht unterbrochen wird.

Das Energiekabel wird an der für den Han-Power S vorgesehenen Stelle auf eine Länge von ca. 12 cm abgemantelt. Die Adern sind noch komplett von der Isolierung umgeben und werden in die Schneidklemme gelegt. Die optimale Kontaktierung und das Durchtrennen der Aderisolierung wird durch Schrauben unterstützt. Die Schneidklemmen werden nur mit dem Strangstrom zum dezentralen „Verbraucher“ belastet.

Neu aufgebaute Produktions- und Förderanlagen werden zukünftig mit dezentralen Komponenten versehen. Bestehende Anlagen werden modifiziert und mit dezentralen Komponenten ausgestattet. Der Probelauf und der Funktionstest werden nach Fertigstellung der Anlage am endgültigen Standort durchgeführt.
Es stellt sich jedoch die Frage, wie ein solches Installationskonzept für Anlagen aussehen kann, die aus einzelnen Modulen bestehen und beim Anlagenbauer aufgebaut und getestet werden.

Ebenso ist zu berücksichtigen, dass eine Produktionslinie zum Transport in einzelne Module zerlegt wird. Die elektrische Installation muss bestehen bleiben, um die Vorteile des Funktionstests zu nutzen und Verdrahtungsfehler bei einer geprüften Anlage auszuschließen. Es macht keinen Sinn, einen Energiestrang neu zu verlegen. Hierbei entsteht ein zusätzlicher Aufwand, der die zuvor erreichten Einsparungen übersteigt.

Besteht die Anforderung nach einer unterbrechungsfreien Energiebusleitung nicht, bietet die Variante 2 eine Lösung.

Variante 2

Die Einspeisung erfolgt wieder wie in Variante 1 über einen Han-Steckverbinder. Der Energiestrang wird direkt bis zur Motor-Controllunit gelegt. Die dezentrale Motorsteuereinheit wird über einen HARTING-Steckverbinder angeschlossen, vorzugsweise den Han Q 8/0.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Es ist möglich, im Fehlerfall den Motorstarter auszutauschen. Der Wechsel eines Motorstarters von z.B. Direktstarter zum Sanftstarter ist in sehr kurzer Zeit zu realisieren. Stillstandszeiten einer Produktionsanlage sind von kurzer Dauer und Produktionsausfälle werden minimiert. Ein weiteres Anlagenmodul ist über einen Han-Power S anzuschließen. Die Energieleitung wird abgemantelt und die Adern werden in die Schneidklemme eingelegt. Der vorverdrahtete Han-Power S gewährleistet auf einfachste Art den Aufbau eines Abzweiges.

Beide Varianten ermöglichen die Erweiterung der Anlage unter Berücksichtigung der technischen Werte wie z.B. der maximalen Strombelastbarkeit.

Han-Power S unterstützt somit die Installationstechnik der Zukunft.