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Auch die Stromversorgung spielt bei der Digitalisierung eine Rolle. Aber wie sieht eine moderne Stromversorgung genau aus?

Bild: iStock, decobrush

Stromversorgung 4.0 Mehr Power für Schaltschrank und Co.

04.11.2019

Schnell, flexibel, möglichst kostengünstig – und das bei steigendem Kostendruck, knappen Ressourcen und engen Lieferfristen. Die Anforderungen an die Schaltschrankbranche steigen stetig weiter an. Produktionsprozesse werden immer mehr digitalisiert und automatisiert, um Kosten und Zeiten zu senken. Dabei spielt auch die Stromversorgung eine entscheidende Rolle. Aber wie sieht eine moderne Stromversorgung genau aus? Und was sollte sie unbedingt können?

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Grundsätzlich muss eine moderne Stromversorgung eines tun: Eine Wechselspannung in eine galvanisch sicher getrennte Gleichspannung wandeln. Gleichzeitig sollen Zeit und Kosten gespart werden – aber wie?

Laut einer aktuellen Studie von Eplan und dem Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2017 benötigen die Projektierung und Erstellung des Stromlaufplans über 50 Prozent der Konstruktionszeit.

Für die Praxis liegt hier ein erhebliches Einsparpotential. Durch den Umstieg von projektbezogenen oder auftragsorientierten Stromlaufplänen auf modulare Stromlaufpläne können beim Engineering-Prozess bis zu 45 Prozent der Zeit eingespart werden – das zeigt die Studie zum Thema Schaltschrankbau 4.0.

Optimierungspotenziale wie diese gibt es im Schaltschrankbau und in der Stromversorgung einige, denn viele Arbeitsschritte laufen heute noch nicht automatisiert ab. 92 Prozent der befragten Studienteilnehmer setzen immer noch auf zweidimensionales Engineering. Aber warum ist das so? Eine Branche, die diesbezüglich vor besonderen Herausforderungen steht, ist die Automobilbranche.

Power für Automobilbranche

Steht eine Produktionsanlage im Automobilbau auch nur für wenige Minuten still, bedeutet das schnell mehrere Tausend Euro Kosten und weniger produzierte Fahrzeuge. Mehr als ärgerlich, wenn dies durch eine ausgefallene Stromversorgung verursacht wurde, deren Anschaffungswert nur bei einem Bruchteil dieser Kosten liegt. Um das zu vermeiden, ist die Auswahl einer zuverlässigen Stromversorgung elementar.

„Für Automobilhersteller spielt vor allem die Verfügbarkeit eine wichtige Rolle. Ein wichtiges Auswahlkriterium bei der Stromversorgung ist die theoretische Lebenserwartung“, so Manfred Grabowski, Key-Account-Manager Automotive bei Wago. Ein gründlicher Blick in die Datenblätter bei der Auswahl der Stromversorgungen lohnt sich: Vergleichbare Geräte können sich deutlich unterscheiden, wenn genauer hingeschaut wird.

Mit der langen Lebenserwartung gehen in der Regel auch eine geringe Erwärmung und eine geringe Verlustleistung einher. Am Beispiel der Verlustleistung wird klar, dass man durch die geschickte Auswahl und Dimensionierung von Stromversorgungen auch Energiekosten einsparen kann.

Richtige Schaltschrankkühlung

Je höher die Verlustleistung ist, desto stärker erwärmt sich die Stromversorgung. Das hat insbesondere Auswirkungen auf die Schaltschrankklimatisierung: Die Kosten für die Kühlung des Schaltschrankes steigen. Bereits ein Grad Erwärmung im Schaltschrank bedeutet einen deutlich höheren Energieaufwand.

So empfehlen die Hersteller von Klimageräten für Schaltschränke eine Temperatur von 35 Grad Celsius. Wenn aber, wie bei manchen Anwendern der Automobilbranche, eine höhere Temperatur von 38 Grad Celsius eingestellt ist, trägt das Delta von drei Grad deutlich zur Senkung der Energiekosten und des CO2-Ausstoßes bei.

Hierfür müssen aber die Schaltschrankkomponenten sowie die Stromversorgungen geeignet sein. Der Konstrukteur muss gegebenenfalls Derating-Kurven einzelner Komponenten beachten. Nicht so bei zum Beispiel den neuen Wago Stromversorgung Pro 2, die ohne Derating bis +60 Grad Celsius zu betreiben sind.

Taktgeber im Schaltschrank

Diese effizienten Stromversorgungen liefern jederzeit eine gleichbleibende Versorgungsspannung – ob für einfache Anwendungen oder für die Automatisierung mit großem Leistungsbedarf. Der hohe Wirkungsgrad sorgt für platzsparende Abmessungen; ein einheitliches Gehäusedesign und ein digitaler Zwilling machen die Implementierung sehr einfach. Ein weiterer Vorteil: Steckbare Anschlüsse ermöglichen eine vorkonfektionierte Verkabelung und eine schnellere Installation.

Power für Industrie 4.0

Die Wago Stromversorgung Pro 2 ist zum Beispiel so gebaut, dass wichtige Betriebsstatus entweder direkt an der Front abgelesen werden oder per Controller weitere wertvolle Daten abgerufen werden können. Nur wer Echtzeitstatus erhält, kann auch in Echtzeit Situationen einschätzen und überlegt handeln.

Genau dafür verfügt die Stromversorgung über verschiedene Funktionen und Komponenten, die den Anwender informieren. Der LED-Bargraph an der Front zeigt zuverlässig die aktuelle Ausgangsleistung sowie Überlastungen beziehungsweise Lastreserven an. Außerdem zeigen die LEDs den ausgewählten Betriebsmodus sowie im Fall eines Falles auch Warnungen und Fehler an.

In Bezug auf Datenerfassung und Auslesen von Statusinformationen kann an die Energiequelle jederzeit ein dezidiertes Kommunikationsmodul angeschlossen und so das gewünschte Protokoll für die Kopplung an die Automatisierungs- und Leitebene gewählt werden.

Intelligentes Überlastverhalten

Applikationen mit großem Leistungsbedarf verlangen professionelle Stromversorgungen, die auch Leistungsspitzen zuverlässig abdecken können. Die Wago Stromversorgung Pro 2 ist die Power of Possible für alle Vorhaben. Entsprechend smart ist ihr Leistungsmanagement – schließlich geht es darum, Anlagen zuverlässig zu versorgen und gleichzeitig zu schützen.

Mit TopBoost, PowerBoost und weiterem parametrierbarem Überlastverhalten schützt und versorgt die Stromversorgung Anlagen mit smarten Strom- und Schaltmodi. Für eine zuverlässige und abgesicherte Anlagenverfügbarkeit stehen 150 Prozent PowerBoost sowie bis zu 600 Prozent TopBoost zur Verfügung.

Optimaler Energieeinsatz

Klein, aber oho: Der Unterschied liegt eben doch im Detail. Wieso, zeigen wir anhand eines kleinen Beispiels: Ein typischer Wirkungsgrad bei einem einfachen Netzgerät mit 960 W Nennleistung beträgt 91 Prozent. Bei der Pro-2-Stromversorgung liegt der Wirkungsgrad bei 96 Prozent.

Auf den ersten Blick scheinen diese 5 Prozentpunkte nicht gerade viel zu sein – aber genau auf sie kommt es an: Dieser bessere Wirkungsgrad der Netzgeräte spart 55 W an Verlustleistung. Auf eine Betriebszeit von fünf Jahren gerechnet bedeutet dies eine Einsparung von 198 Euro an Energiekosten und gleichzeitig eine Einsparung von einer Tonne CO2.

Zum Vergleich: Eine 80-jährige Buche mit 23 m Wuchshöhe kann eine Tonne CO2 speichern – bei mehreren hundert Netzgeräten in einer Produktionsstraße wäre das also schon ein ganzer Wald. Man sieht: Kleiner Unterschied, große Wirkung!

Umweltbedingungen beachten

Ganz gleich, ob in der Arktis oder in der Wüste – die Stromversorgungen Pro 2 von Wago können von -40 Grad Celsius bis +70 Grad Celsius gestartet und betrieben werden. Ein geringes Derating beginnt bei > 60 Grad Celsius und ermöglicht so eine 70-prozentige Ausgangsleistung auch bei 70 Grad Celsius Anwendungen. Und das bis zu einer Einsatzhöhe von 5.000 m.

Außerdem sind die Schaltungen in der Stromversorgung sehr robust gegenüber Transienten. Die Überspannungskategorie III gewährleistet einen sicheren Betrieb in Stromnetzen mit Überspannungsspitzen oder Schaltschränken mit rückspeisenden Antriebsreglern.

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