Modulare Stromverteilung für die automatisierte Fertigung

Die 24-V-DC-Versorgung entscheidet mit darüber, ob ein Fehler auf einen einzelnen Lastkreis begrenzt bleibt oder weitere Bereiche der Maschine beeinträchtigt. Mit zunehmendem Automatisierungsgrad steigen deshalb auch die Anforderungen an eine zuverlässige, übersichtliche und wartungsfreundliche Stromverteilung. Gleichzeitig sollen Schaltschränke kompakter werden und einmal entwickelte Konzepte sollen sich möglichst flexibel auf unterschiedliche Maschinenvarianten übertragen lassen.

Daher sind Lösungen gefragt, die Verteilung, Absicherung und Signalisierung in einer funktionalen Einheit zusammenführen und den klassischen Aufbau aus zahlreichen Einzelkomponenten vereinfachen. Ein Beispiel für diesen Ansatz ist das Flexible Power-D-Module S700 von E-T-A Elektrotechnische Apparate.

Selektivität durch elektronischen Überstromschutz

Eine typische 24-V-Versorgung speist heute sehr unterschiedliche Verbraucher: SPS und Remote-I/O, Sensorik, Ventilinseln, Aktoren, Bediengeräte, Kommunikationskomponenten oder kleinere DC-Antriebe. Ein kurzgeschlossener Aktor sollte jedoch nicht dazu führen, dass gleichzeitig Steuerung oder Kommunikation ausfallen. Hier ist die selektive Absicherung einzelner Lastkreise entscheidend. Moderne Schaltnetzteile stellen im Kurzschlussfall nur begrenzte Ströme zur Verfügung; lange Leitungen reduzieren den erreichbaren Kurzschlussstrom zusätzlich. Löst ein Sicherungselement nicht schnell genug aus, kann das Netzteil in die Strombegrenzung gehen und die 24-V-Spannung für weitere Verbraucher einbrechen. Eine Möglichkeit, dieses Verhalten zu vermeiden, ist der elektronische Überstromschutz. Er schaltet den fehlerhaften Lastkreis gezielt ab, bevor die Versorgungsspannung des gesamten Systems einbricht.

Beim Flexible Power-D-Module S700 von E-T-A lassen sich bis zu 30 Schutzschalterplätze integrieren. Die Schutzschalter sind steckbar und lassen sich einzelnen Verbrauchergruppen eindeutig zuordnen. Der Vorteil zeigt sich im Betrieb: Fällt beispielsweise eine Ventilinsel durch einen Kurzschluss aus, kann der zugehörige Stromkreis abgeschaltet werden, während SPS, Sensorik und andere Verbraucher weiter versorgt bleiben. Selektivität wird damit zum Baustein der Anlagenverfügbarkeit.

Weniger Einzelverdrahtung im Schaltschrank

Nicht jede Maschine benötigt zwei Netzteile. In Anlagen, bei denen ein Ausfall der 24-V-Versorgung einen größeren Produktionsstillstand verursacht oder der Wiederanlauf aufwendig ist, kann eine zweite Spannungsquelle die Verfügbarkeit jedoch deutlich erhöhen.

Der S700 kann sowohl für eine einfache als auch für eine redundante Versorgung aufgebaut werden. Bei der redundanten Variante werden zwei Einspeisungen über integrierte Entkopplungsdioden zusammengeführt. Fällt eine Versorgung aus, steht die zweite weiterhin zur Verfügung. Die Einspeisung des Systems ist für Ströme bis 80 A ausgelegt. Zwei Netzteile allein erzeugen jedoch noch keine robuste Versorgung. Auch die Entkopplung, die Leitungsführung und die nachgelagerte Absicherung müssen als Gesamtsystem betrachtet werden.

Neben der Verfügbarkeit spielt die Montagezeit eine wichtige Rolle. Eine klassische 24-V-Verteilung benötigt Einspeise- und Verteilklemmen, Schutzschalter, Signalanschlüsse und zahlreiche Verbindungslitzen. Jede Leitung muss konfektioniert, verlegt, angeschlossen und geprüft werden. Bei Serienmaschinen wird daraus schnell ein relevanter Kostenfaktor.

Beim S700 erfolgt die interne Stromverteilung über eine Leiterplatte. Viele Verbindungen, die sonst einzeln verdrahtet werden müssten, sind bereits innerhalb der Baugruppe realisiert. Für Last- und Signalanschlüsse kommen Federkraft- beziehungsweise Push-in-Anschlüsse zum Einsatz. Der Vorteil liegt vor allem in der Wiederholbarkeit. Ein einmal definiertes Stromverteilungskonzept lässt sich in weiteren Maschinen weitgehend identisch einsetzen. Das reduziert den Montageaufwand und erleichtert die Dokumentation und die Prüfung.

Standardisierung mit Flexibilität

Bei Serienmaschinen sollen gleiche Komponenten und Verdrahtungsprinzipien den Einkauf, die Montage und den Service vereinfachen, obwohl sich Varianten bei Verbraucherzahl oder Redundanz unterscheiden. Ein modular aufgebautes System hält das Grundkonzept konstant, während sich Zahl und Ausführung der Lastkreise anpassen lassen. Auch Stromlaufpläne, Stücklisten und Prüfabläufe lassen sich so stärker standardisieren.

Für Maschinenbauer ist diese Wiederverwendbarkeit besonders wertvoll, wenn sie ein Grundkonzept über mehrere Baureihen hinweg nutzen. Änderungen betreffen dann nicht mehr die komplette Verteilung, sondern nur noch einzelne Lastkreise oder Ausstattungsoptionen. Das verkürzt die konstruktive Anpassung und reduziert den Aufwand bei Beschaffung, Montage und Dokumentation.

Bei der Bewertung einer Stromverteilung wird die spätere Wartung häufig unterschätzt. Schon wenige Minuten ungeplanter Stillstand können teuer werden. Lastkreise sollten deshalb eindeutig identifizierbar und Komponenten schnell austauschbar sein. Beim S700 sind die Schutzschalter steckbar und die relevanten Anschlüsse frontal zugänglich. Je nach Einbausituation lässt sich das Modul auf der Montageplatte eines Schaltschranks oder über drehbare Flansche in einem 19-Zoll-Rack montieren. Muss ein Schutzschalter getauscht werden, sollte dafür weder die komplette Stromverteilung demontiert noch eine umfangreiche Verdrahtung geöffnet werden müssen.

Stromverteilung mitdenken

Mit zunehmender Digitalisierung steigen auch die Erwartungen an die Transparenz elektrischer Systeme. Nicht jede Komponente im Schaltschrank benötigt deshalb eine Ethernet-Schnittstelle. Für viele Anwendungen reicht es, relevante Betriebs- und Fehlerzustände zuverlässig an die Steuerung weiterzugeben.

Der S700 stellt dafür unter anderem Möglichkeiten zur Sammelsignalisierung zur Verfügung. Bei redundanten Varianten lässt sich zudem der Zustand der Versorgung überwachen. Optional lässt sich der Gesamtstrom digital anzeigen. Solche Informationen ersetzen keine umfassende Energiedatenerfassung, unterstützen aber die Diagnose. Wird ein Lastkreis abgeschaltet, kann dieser Zustand an die Steuerung gemeldet werden. Informationen entstehen damit dort, wo sie für Diagnose und Service benötigt werden.

Bei neuen Maschinenprojekten sollte die 24-V-Stromverteilung nicht erst am Ende der Elektroplanung betrachtet werden. Welche Verbraucher müssen auch bei einer Störung weiterlaufen? Welche Lastkreise sollen separat abschaltbar sein? Ist eine redundante Versorgung notwendig? Welche Informationen benötigt die Steuerung im Fehlerfall?

Wer diese Fragen früh beantwortet, kann die Stromverteilung als festen Bestandteil der Maschinenarchitektur auslegen. Modulare Systeme führen Schutz, Verteilung, Signalisierung und bei Bedarf Redundanz zu einer definierten Funktionseinheit zusammen. Das schafft klare elektrische Strukturen, die sich über mehrere Maschinenvarianten hinweg weiterverwenden lassen.

Stromversorgung als Grundlage

Bei Diskussionen über die Fabrik der Zukunft stehen häufig Daten, künstliche Intelligenz, digitale Zwillinge oder neue Kommunikationsstandards im Mittelpunkt. All diese Technologien benötigen jedoch eine zuverlässig arbeitende Automatisierungsplattform und diese wiederum eine stabile 24-V-Versorgung. Aus unserer täglichen Arbeit mit Maschinenbauern und Anlagenbetreibern wissen wir, dass kleine elektrische Details große Auswirkungen auf die Verfügbarkeit haben können. Ein sauberes Stromverteilungskonzept begrenzt Fehler lokal und erleichtert den Service.

Das Stromverteilungssystem Flexible Power-D-Module S700 von E-T-A zeigt, wie sich diese Anforderungen in einer kompakten Baugruppe zusammenführen lassen. Entscheidend ist nicht, möglichst viele Funktionen in einem Gerät zu vereinen, sondern die Stromversorgung so zu strukturieren, dass sie zur Maschine und zu ihrem Betriebskonzept passt. Denn auch in einer zunehmend digitalen Fertigung gilt eine sehr analoge Grundregel: Ohne stabile Stromversorgung funktioniert keine Automatisierung.