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01 Die Befehls- und Meldegerätereihe Sirius Act von Siemens gliedert sich in vier Designreihen für anwenderspezifische Einsätze

Befehls- und Meldegeräte im neuen Design

02 Ein-Hand-Montage: mit einem deutlichen Klick schnell und sicher montiert

03 Explosionsdarstellung mit Betätigungselement, Knebel mit Halter und Schalt- bzw. LED-Modulen

04 Die durchgängige Ausführung in Schutzart IP69K bildet eine gute Basis für den Einsatz im anspruchsvollen industriellen Umfeld

05 Der intuitiv bedienbare Konfigurator erlaubt schnell eine Auswahl und Bestellung kompletter Bedienstationen

Befehls- und Meldegeräte stellen die einfachste Form des Mensch-Maschine- Interfaces dar. Als solches sind sie im Maschinenbau etabliert und werden dort in immensen Stückzahlen verbaut. Somit wirken sich schon kleine Verbesserungen im Engineering und in der Praxis bedeutsam aus. Von der Summe der Einzelvorteile, wie beispielsweise Siemens sie mit seiner neuen Gerätegeneration bietet, profitieren vor allem Ingenieure, Installateure, Montage- und Servicemitarbeiter.

Trotz des Einzugs moderner (Touch-)Panel finden Befehls- und Meldegeräte als unverzichtbare Produktgruppe der Niederspannungsschalttechnik nach wie vor ihre praxisbewährte Anwendung – und das in nahezu allen industriellen und vielen infrastrukturellen Anwendungen. Würden alleine bei Montage, Verdrahtung oder im Wartungsfall pro Element nur wenige Zeiteinheiten reduziert, würde dies bei einem Serienmaschinenbauer bereits signifikante Einsparungen bringen.

Marktbefragung deckt Potenziale auf
Unter anderem vor diesem Hintergrund hat Siemens die Entwicklung seiner neuen Befehls- und Meldegerätegeneration Sirius Act gestartet. Dabei wurden insgesamt im Zusammenhang mit einer international durchgeführten Marktbefragung viele konzeptionelle Anforderungen mit hohen Einsparungspotenzialen für den Anwender identifiziert. Überraschend fielen die Antworten der Befragten beim Thema Design aus. So hatten viele dahin gehend einen recht hohen Anspruch. Dieser wurde damit begründet, dass bei vielen OEM die Maschinenfront inzwischen als Zeichen der Hochwertigkeit edel ausgeführt ist. Dort finden sich auch häufig Befehls- und Meldegeräte – nicht selten in Kombination mit Touchpaneln im individuellen, herstellerspezifischen Design. Deshalb wird gewünscht, dass auch diese Komponenten den ästhetischen Gesamteindruck unterstützen. Bezüglich des Handlings war der Wunsch einfach formuliert, aber mit recht hohem Aufwand für die Entwicklungsabteilung verbunden: Die gesamte Handhabungskette muss vom Auspacken über die mechanische Blechbearbeitung, die Montage der einzelnen Komponenten, die Verdrahtung bis hin zur Demontage im Servicefall schneller und fehlerfreier von der Hand gehen. Hinsichtlich der Robustheit waren die Rückmeldungen sowohl vonseiten der Wartungsverantwortlichen beim Maschinenbauer als auch vonseiten der Servicekräfte beim Endkunden eindeutig: Wegen solch einem technologisch einfachen Produkt – im Vergleich zur sonstigen Automatisierungs- und Antriebstechnik – darf es nicht zu Produktionsausfällen kommen. Und ein weiterer Wunsch betraf die einfache Anbindung an die Steuerungssysteme zur Reduktion des Verdrahtungsaufwands. Dabei sollten Möglichkeiten für die am Markt verbreiteten Kommunikationslösungen, wie IO-Link und AS-Interface, geschaffen werden – sofern verfügbar natürlich inklusive der Einbindung der sicheren Signale von zum Beispiel Not-Halt-Tastern. In Summe wurden aus der Befragung vier Fokusthemen für die Entwicklung der neuen Befehls- und Meldegerätegeneration abgeleitet.

Vier Designreihen – ein Konzept
Das Ergebnis der Entwicklung ist die Befehls- und Meldegerätereihe Sirius Act mit einem „runden“ Portfolio aus weit über tausend einzelnen Bestellnummern. Sie gliedert sich in vier unterschiedliche Designreihen, die alle auf dem gleichen Grundsystem aufsetzen. Das heißt, der Anwender kann zwischen einer schwarzen Kunststoffreihe, einer Kunststoffreihe mit matter Edelstahlfront, einer Hochglanzmetallausführung oder einer Metallausführung mit matter, flacher Edelstahlfront auswählen (Bild 1). Auf der Rückseite (Verdrahtungsseite) hingegen greift er nahezu durchgängig auf die gleichen Systemkomponenten zurück. Somit fällt selbst bei einem Mix der Designreihen die Vielfalt an Einzelteilen gering aus.

Einsparungen bei Montage und Verdrahtung
Beim Montage- und Verdrahtungskonzept wurde der konkrete Kundenanspruch, mit einem „einfachen, runden Loch“, ohne besondere Nut arbeiten zu können, umgesetzt. Der Vorteil dabei ist, dass sich die Bohrung sowohl maschinell als auch bei Bedarf schnell per Hand herstellen lässt. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Ein-Hand-Montage. Dazu kann das Betätigungselement, der Aktor, mithilfe des Dichtrings so straff eingesetzt werden, dass selbst bei einer Überkopfmontage, zum Beispiel bei einem geöffneten Pultdeckel, von der Gegenseite beim Montieren des Halters kein Helfer benötigt wird. Ist der Halter erst einmal gesteckt, was durch ein Klicken deutlich zu hören bzw. zu spüren ist, genügt es, mit der Zentralschraube den Befestigungsvorgang abzuschließen (Bild 2). Die Ausrichtung erfolgt mit einem Lineal an der Oberkante des Halters oder mittels einer Hilfslinie. Am Halter werden anschließend in ein oder zwei Reihen bis zu je drei Kontaktmodule werkzeuglos aufgeschnappt. Bei Leuchtelementen kommt statt des mittleren Kontaktmoduls ein LED-Modul zum Einsatz. Alle Verdrahtungsmodule stehen mit Schraub- oder Federzugklemme zur Verfügung. Somit muss im Fall eines Austauschs lediglich die Befestigungsschraube gelöst und der Befestigungshebel mit der Hand betätigt werden. Alle gesteckten Kontakt- und Leuchtmodule bleiben inklusive der kompletten Verdrahtung montiert. Auf diese Weise werden Fehler systematisch ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass Blindstopfen mit dem Halter und den Kontaktmodulen befestigt werden können. So ist bei optionalen Maschinenfunktionen die komplette Verdrahtung bereits vorhanden (Bild 3).

Extreme Robustheit steigert die Verfügbarkeit
Im Betrieb beim Endkunden müssen die Geräte eine hohe Schutzart sowie gute Reinigungsmöglichkeiten bieten. So wird in manchen Branchen per Dampfdruckstrahler für hygienische Verhältnisse gesorgt. Dank neuartiger Fertigungsmethoden ist es dem Entwicklungsteam gelungen, nahezu das komplette Sirius-Act-Portfolio zu einem marktkonformen Preis in Schutzart IP69K (Bild 4) anzubieten. Verbunden mit den sowieso resistenten Metallteilen bieten die größtenteils aus Polyamid bestehenden Kunststoffteile eine neuartige Materialbeständigkeit. Auch rückseitig wurde eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um die Funktion dieser an sich preiswerten, aber für die Verfügbarkeit einer Maschine wichtigen Komponenten auch bei widrigen Verhältnissen sicherzustellen. Ein Aspekt ist die lange und zuverlässige Funktion der Elemente auch bei staubiger Umgebung. Im Rahmen dieser Entwicklungsschritte wurde die elektrische Lebensdauer der Kontakte auf eine Million Schaltspiele/Betätigungen erhöht. Das senkt automatisch die rechnerische Ausfallwahrscheinlichkeit einer kompletten Maschine, auch bei deutlich geringeren Schaltspielen. Vor einer besonderen Herausforderung standen die Ingenieure bei der Konstruktion des Halters. So ist dieser für die mechanische Festigkeit der kompletten Einheit verantwortlich – sowohl gegen Verdrehen als auch bei der Aufnahme der Kontakt- und Leuchtmodule. Beim Verdrehschutz dient der Metallkranz des Halters mit einer Reihe spitzer Zähne, die durch die zentrale Befestigungsschraube federnd auf das Montagematerial wirken, als Garant für dauerhafte Festigkeit. Die mechanische Konstruktion der Befestigung der Kontakt- und Leuchtmodule wurde erst dann freigegeben, als ein über die Normdefinition hinaus reichender Erschütterungstest bestanden war.

Bewährte Feldbus-Kommunikation
Desweiteren wurde bei der Neuentwicklung großer Wert auf die kommunikative Einbindung der Befehls- und Meldegeräte in die favorisierten Feldbussysteme des „Totally Integrated Automation“-Angebots von Siemens gelegt. Wie bisher stehen zum Beispiel vorkonfektionierte Gehäuse mit bis zu sechs Befehls- und Meldegeräten an AS-Interface zur Verfügung. Das heißt, die komplette Verdrahtung und Datenübertragung erfolgen mit der AS-i-typischen Flachleitung; wenn gewünscht, inklusive der sicheren Übertragung des Not-Halt-Signals via „AS-i Safe“. Neu ist die Möglichkeit der Anbindung einer fix und fertig verdrahteten Einheit via IO-Link. In diesem Fall reichen drei konventionelle Leitungen (Adern), um alle Signale einfach an die überlagerte Steuerung zu übergeben.

Einfache Tools reduzieren den Engineering-Aufwand
Um einen direkten Nachweis zu erhalten, ob auch der mit jeder neuen Gerätebaureihe verbundene Aufwand in den Konstruktionsabteilungen reduziert werden konnte, hat Siemens einen Konfigurator (Bild 5) entwickelt. Mit diesem können komplette Bedienpanels mit wenigen Klicks bestellnummerngenau beschrieben werden. Außerdem lassen sich mit den über ihn generierten Stücklisten alle für den Engineering- Prozess relevanten Daten individuell und in den wesentlichen Sprachen dieser Welt abrufen. Vom technischen Datenblatt und 2D/3D-Zeichnungen über Zertifikate bis hin zu Eplan-Makros stehen tagesaktuell alle Informationen online zur Verfügung. Sind kundenspezifische Gehäuse das Ziel, können diese beim Hersteller direkt in Auftrag gegeben werden und dank via Konfigurator erzeugter, individueller Bestellnummer weltweit selbst Jahre später wieder abgerufen werden. Parallel dazu hilft das Fachpersonal des Herstellers bei der „Umschlüsselung“ von bisherigen Produkten auf die neue Baureihe.

Win-Win-Situation für Maschinenbauer, Installateure und Endkunden
Die neue Reihe von Befehls- und Meldegeräten Sirius Act bietet viele Einzelvorteile sowohl bei der Konstruktion, der Montage und Verdrahtung als auch für die Wartung und Instandhaltung. In der Konstruktionsabteilung punkten die schnell gefundenen Daten zur Anlagendokumentation, beim Maschinenbauer und Installateur werden die vielen Vorteile bei Montage und Verdrahtung begeistern und der Endkunde wird die höhere Ausfallsicherheit bzw. geringere Ausfallwahrscheinlichkeit inklusive der leichten Reinigungsmöglichkeiten seiner Anlage begrüßen. (ih)

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Autor:
Andreas Thomas ist Marketingmanager Control Products in der Siemens-Division Digital Factory. andreas.thomas@siemens.com