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Vom Elektronikgehäuse zum Schaltschrankmodul

01  Das neue AS-i-Schaltschrankmodul KE5 von Pepperl+Fuchs für Sensoren und Aktoren entstand in enger Zusammenarbeit mit Phoenix Contact. Sein Einsatzschwerpunkt liegt in Getränke-Abfüllanlagen

01  Das neue AS-i-Schaltschrankmodul KE5 von Pepperl+Fuchs für Sensoren und Aktoren entstand in enger Zusammenarbeit mit Phoenix Contact. Sein Einsatzschwerpunkt liegt in Getränke-Abfüllanlagen

02  In der EMV-Kammer des firmeneigenen Prüflabors bei Pepperl+Fuchs in Mannheim werden hochfrequente Emissionen und Störeinstrahlungen während des Entwicklungsprozesses des KE5-Moduls gemessen

02  In der EMV-Kammer des firmeneigenen Prüflabors bei Pepperl+Fuchs in Mannheim werden hochfrequente Emissionen und Störeinstrahlungen während des Entwicklungsprozesses des KE5-Moduls gemessen

03  Das Gehäuse, das heute als Gehäusefamilie ME-IO am Markt ist (links), dient als „Verpackung“ für das Schaltschrankmodul KE5 (rechts)

03  Das Gehäuse, das heute als Gehäusefamilie ME-IO am Markt ist (links), dient als „Verpackung“ für das Schaltschrankmodul KE5 (rechts)

Im Anlagenbau der Getränkeindustrie werden kosteneffiziente und installationsfreundliche Lösungen immer wichtiger. Kompakte Module in der unteren Feldebene mit einer hohen Anzahl an Anschlusspunkten sind hier noch rar. In enger Kooperation mit Phoenix Contact hat Pepperl+Fuchs das Schaltschrankmodul KE5 entwickelt, das diese Lücke schließt.

Der Weg von der Entwicklung eines neuen Geräts bis zum Praxiseinsatz beim Endanwender ist oft weit. Daher ist es keinesfalls selbstverständlich, dass die detaillierten Geräteanforderungen des Endanwenders bereits bei der Komponentenentwicklung vorliegen. Um diese Hürde zu meistern, hat sich der Mannheimer Fabrik- und Prozessautomatisierungs-Spezialist Pepperl+Fuchs bei der Neuentwicklung seines E/A-Moduls KE5 mit Phoenix Contact zusammen getan.

Konzept – Modul – Gehäusefamilie
„Mit Phoenix Contact als Spezialist für Leiterplatten-Anschlusstechnik und Elektronikgehäuse konnten wir unsere Anforderungen aus dem Anlagenbau der Getränkeindustrie exakt auf die Komponenten herunterbrechen“, erinnert sich Dr. Konrad Kern, Produktmanager für Fabrikautomation bei Pepperl+Fuchs. Auch für Phoenix Contact hat die enge Kooperation einen hohen Stellenwert, denn aus dem zunächst kundenspezifischen Projekt um das KE5-Modul ist die neue Gehäusefamilie ME-IO mit integrierter Anschlusstechnik entstanden, die nun auch in anderen Branchen Anwendung findet.
Am Mannheimer Stammsitz von Pepperl+Fuchs befinden sich neben Entwicklung und Marketing auch die Labore. Dort erfolgen beispielsweise in der EMV-Messkammer die EMV-Prüfungen für hochfrequente Emissionen und Stör­einstrahlungen (Bild 2). Außerdem verfügt das EMV-Labor über eine GTEM-Zelle (Gigahertz Transverse Electroma­gnetic Cell) zur Prüfung der Störfestigkeit – Zwischenergebnisse der Elektronikprüfung im Gehäuse sind hier jederzeit kurzfristig möglich.

Kompakt und effizient mit AS-i
Bei vielen Herstellern von Abfüllanlagen spielt AS-Interface (AS-i) eine wichtige Rolle. Als Standard für die Feldbuskommunikation zum Anschluss von Aktoren und Sensoren entwickelt, hat sich AS-i unter anderem aufgrund seiner Einfachheit und Flexibilität als dezentrales Interface-System etabliert. Über ein zwei­adriges Flachbandkabel werden dabei Energie, digitale und analoge Daten sowie sichere Signale übertragen. Auf diese Weise werden der Installationsaufwand reduziert und die Produktivität erhöht.
Als Anbieter von AS-i-Lösungen ist es Pepperl+Fuchs nun gelungen, mit der Geräteserie KE5 ein effizientes System in einer kompakten Bauform zu entwickeln. Auf einer Baubreite von 18,8 mm befinden sich im Frontbereich 28 Anschlusspunkte. „Die Packungsdichte konnten wir gegenüber anderen Lösungen um 50 % erhöhen“, informiert Dr. K. Kern. „Vor allem kostenintensiven Schaltschrankplatz können unsere Kunden – in diesem Fall die Hersteller von Abfüllanlagen – einsparen: Weil sich bei den gängigen Lösungen die Anschlusspunkte an beiden Seiten befinden, wird jeweils ein Kabelkanal oben und unten benötigt. Durch den frontseitigen Anschluss ist jetzt nur noch der untere Kabelbaum erforderlich. Dadurch entsteht ein übersichtliches Verdrahtungsdesign, und der Einbau in 100er-Vorschaltkästen ist aufgrund der niedrigen Bauform kein Problem.“
Neben dem Verdrahtungsdesign wurde auch die Zuordnung der Anschlusspunkte optimiert: Im transparenten Klappdeckel sind zusätzliche, farbige Klemmenkennzeichnungen untergebracht (Bild 1). Sie werden sichtbar, sobald zum Verdrahten der Deckel nach oben geklappt wird. Eine zentrale, hinterleuchtete Ziffernanzeige sorgt für eine gute Übersichtlichkeit auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen. Bei Ausgangsüberlast leuchtet die Ziffer des betroffenen Kanals rot – für eine verbesserte kanalbezogene Dia­gnose.

Auf den Stecker kommt es an
Außerdem profitiert der Schaltschrankbauer von der Gehäuseanschlusstechnik. So kommen Push-in-Federkraftstecker zum Einsatz, die eine werkzeuglose Verdrahtung ermöglichen. Bei ihnen sorgt eine spezielle Kontaktfeder für hohe Kontakt- und Leiterauszugskräfte sowie für eine vibrationssichere und gasdichte Kontaktierung. Die codierbaren Stecker lassen sich einfach über ein Verriegelungssystem lösen und unterstützen so einen fehlerfreien Geräteaustausch.
Sowohl das AS-i- als auch das AUX-Interface mussten bisher über Doppelader-Endhülsen durchgeschleift werden. Durch einen intern gebrückten Stecker fällt dieser Installationsaufwand nun weg. „In unserem KE5-Modul ist der gebrückte Stecker so eingesetzt, dass jetzt AS-i und AUX über vier zusätzliche Klemmpunkte durchgeschleift werden“, erläutert Frank Ebert, zuständiger Entwicklungsleiter im KE5-Projekt, „und das unter der vollen Stromlast von 8 A“.
Für die galvanische Trennung von Schaltausgängen wurden auch Relais-Module entwickelt, über die Fremdanlagen mit unterschiedlichen Potentialen angebunden werden können. Zudem ermöglichen es die Relais-Module, AC 230 V mit hoher Last zu schalten. Neben dem vierpoligen Standardstecker gibt es genau dafür eine zweipolige Variante – zwei gegenüberliegende Kontaktpunkte fallen weg und werden durch eine Blindkappe ersetzt. Dadurch erhöhen sich die Luft- und Kriechstrecken, und der Stecker ist prädestiniert für den geforderten Einsatzbereich. „Die elektronischen Module sind in einem neuartigen Leiterplatten-Design ausgeführt, sodass AS-i und AUX sicher voneinander getrennt werden können“, so Dr. K. Kern. „Diese funktionale Sicherheit ist besonders wichtig, um die KE5-Module auch in Safety-Applikationen als Ausgangsvervielfachung einsetzen zu können.“
So lassen sich Maschinen-Sicherheitskonzepte einfach und kostengünstig umsetzen, zum Beispiel die sichere Abschaltung über AUX mit dezentraler Multiplizierung über die AUX-Ausgänge des KE5-Moduls. Alle Sensorsignale bleiben über die Eingänge am Modul weiterhin verfügbar, und auch bei abgeschalteter Hilfsenergie erhält der Endanwender alle relevanten Informationen über den Anlagenzustand.
Vorteile für beide Kooperationspartner
Inzwischen bietet Phoenix Contact die neue Baureihe ME-IO mit ihrer integrierten Anschlusstechnik auch für Gerätebauer in anderen Branchen an. Bei dieser Gehäusefamilie ME-IO sind auf einer Baubreite von 18,8 mm bis zu 36 steckbare Anschlusspole in der Front möglich (Bild 3). Konzipiert wurde das Gehäusesystem nach dem Baukastenprinzip: Unterschiedliche Längenvarianten bei den Abdeckungen erlauben eine Vielzahl unterschiedlicher Anschlusspole. Für eine einfache Kommunikation zwischen mehreren Modulen wird gerne der Tragschienen-Busverbinder genutzt. Dabei handelt es sich um einen T-förmigen Stecker, der auf die Hutschiene gerastet wird. Anschließend werden die Module aufgeschwenkt und alles ist sofort miteinander verbunden.

Fazit
Das Beispiel zeigt, dass durch eine frühzeitige und intensive Kooperation der beteiligen Partner anwendergerechte Lösungen entstehen. Mit dem Know-how der Anforderungen aus dem Anlagenbau konnte somit ein innovatives Schaltschrankmodul für Abfüllanlagen der Getränkeindustrie entwickelt werden. Bei der Krones AG in Neutraubling, die Maschinen und komplette Anlagen für die Bereiche Prozess-, Abfüll- und Verpackungstechnik plant, entwickelt und fertigt, befindet sich das KE5-Modul bereits in der Test­phase. (ih)

Auf einen Blick

Das Elektronikgehäuse ME-IO von Phoenix Contact

  • Kompakte Bauform von 18,8 mm für bis zu 36 Anschlusspole
    in der Front,
  • Push-in-Technik für einen werkzeuglosen Anschluss,
  • Baukastenprinzip für eine Vielzahl unterschiedlicher
    Lösungen,
  • sicheres Ver- und Entriegeln der Stecker dank orangefarbenem
    Verriegelungshebel,
  • Vermeidung von Fehlstecken durch Kodierung der Stecker
    sowie
  • komfortable Verbindung von Modulen mittels Tragschienen-
    Busverbinder.

Das AS-i-Schaltschrankmodul KE5 von Pepperl+Fuchs

  • AS-Interface-Schaltschrankmodul mit Push-in-Anschlusstechnik,
  • neues KE5-Gehäusekonzept mit frontseitigem Anschluss
    und Kabelabgang nach unten,
  • intern gebrückte Kontakte erleichtern AS-i-/AUX-Weiterleitung,
  • zentrale Anzeige für Ein- und Ausgänge sorgen für
    Übersichtlichkeit,
  • funktional sicher getrennte Potentiale von AS-i und AUX
    für sicheres Abschalten von Anlagenteilen sowie
  • Platzersparnis durch 18,8 mm Baubreite.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marta Ciesielski ist Produktmanagerin Business Unit Housing bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg. mciesielski@phoenixcontact.com

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marta Ciesielski ist Produktmanagerin Business Unit Housing bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg. mciesielski@phoenixcontact.com