Die Dezentralisierung beim Anlagenbau kannte bis jetzt ein Hindernis: Die Stromversorgung. Nun wird alles anders: Puls entwickelte eine schaltschranklose Stromversorgung mit IP54-IP67. Die Produktfamilie nennt sich «FIEPOS».

Die Dezentralisierung bietet wesentliche Vorteile. Sie ermöglicht eine flexiblere Planung von Anlagen und Maschinen und erleichtert zudem die Wartung und die modulare Erweiterung. Die Anlagenverfügbarkeit steigt und es können Platz, Kosten und Zeit eingespart werden.

Angesichts dieser Vorteile ist es kein Wunder, dass immer mehr Systemkomponenten mit hoher Schutzart (IP54, IP65, IP67) ausgestattet und direkt im Feld installiert werden. Zentrale Schaltschränke können somit durch kleinere Versionen ersetzt oder sogar komplett aufgelöst werden.

Der Status Quo bei der Stromversorgung

Im dezentralen Anlagen- und Maschinenbau lassen sich grundsätzlich drei gängige Strategien bei der Realisierung der Stromversorgung beobachten:

1. Dezentrale Vor-Ort-Schaltkästen

Die Stromversorgung und weitere Standard-Komponenten wie elektronischen Sicherungen oder Schalter werden aus dem zentralen Schaltschrank herausgelöst und in kleineren, dezentralen IP67-Schaltkästen direkt im Feld installiert. Die Konzeption, Umsetzung und Installation dieser Kästen übernehmen die Unternehmen dabei oft selbst. Das schliesst die Auswahl der verschiedenen Komponenten ein, genauso wie deren Bestellung Lagerung und letztlich das Zusammenfügen zu einem System durch einen Techniker.

2. Kundenspezifische Lösung

Der Systementwickler beauftragt die Entwicklung einer kundenspezifischen, dezentralen Stromversorgung speziell für diese Anwendung. Eine kundenspezifische Lösung ist jedoch recht zeitaufwändig, kostenintensiv und lohnt sich erst ab grösseren Stückzahlen.

3. Keine Dezentralisierung der Stromversorgung

Die Stromversorgung wird aus dem Prozess der Dezentralisierung ausgeklammert und verbleibt in den zentral platzierten Schaltschränken. Für die Versorgung der bereits dezentralisierten Komponenten im Feld werden lange Kabel mit entsprechend grossem Querschnitt verlegt. Die langen Kabel führen zu Leistungsverlusten, die mit einer entsprechend grösser dimensionierten Stromversorgung kompensiert werden müssen.

Vorteile der dezentralen Stromversorgung

Lösungsansatz 1 und 2 zeigen, dass viele Unternehmen bereits selbst aktiv geworden sind, da sie die Vorteile einer dezentralen Stromversorgung erkannt haben. Weitläufige Anwendungen, wie Förderbänder oder Fertigungslinien, können dezentral deutlich effizienter und flexibler mit Energie versorgt werden. Dank einer Installation der Stromversorgung direkt neben der Last, können kürzere Kabel mit geringerem Querschnitt verlegt werden. Das spart Kosten für Kupfer und die Stromversorgung muss nicht länger überdimensioniert werden.

Einzelne Bestandteile der Anlage freier planen

Die einzelnen Bestandteile der Anlage können freier geplant und modular aufgebaut werden. Diese Module lassen sich schneller und effektiver ergänzen, warten und umrüsten. Zudem kann durch die Verkleinerung oder den Wegfall von Schaltschränken der neu gewonnene Platz für den Ausbau von wertschöpfenden Bestandteilen der Anlage genutzt werden.

Doch der Aufwand für eine effiziente, dezentrale Lösung war bislang recht hoch. Aufgrund der Vielfalt an Anwendungen und Anforderungen fehlte eine dezentrale Standard-Stromversorgung. Um eine echte Alternative in allen drei zuvor genannten Fällen zu bieten, müsste diese ab Lager bestellbar, einfach ins System zu integrieren und in zahlreichen Varianten verfügbar sein.

Mit der neuen Stromversorgungs-Produktfamilie FIEPOS schliessen die Entwickler von Puls nun diese Lücke in der Dezentralisierung und bieten Anwendern mehr Flexibilität in der Planung ihrer Anlagen und Maschinen. Mit dieser Lösung können Schaltschränke kleiner dimensioniert oder sogar ganz aufgelöst werden (siehe folgende Grafik).

Schaltschrankloses Stromversorgungssystem

Die schaltschranklose Stromversorgung FIEPOS von Puls ist ein entscheidendes Puzzleteil auf dem Weg zur vollständigen Dezentralisierung. Mit den aktuell 24 verschiedenen Varianten der FIEPOS-Familie eröffnen sich Anwendern neue Freiheiten in der schaltschranklosen Planung von Anlagen und Maschinen.

Die FIEPOS-Produktfamilie basiert auf einer modularen Plattform. Die Grundlage dafür bilden einphasige und dreiphasige Stromversorgungen mit 300 W oder 500 W Ausgangsleistung. Alle Geräte der FIEPOS-Familie liefern 120% Leistung dauerhaft (bei bis zu +45°C Umgebungstemperatur) und 200% für 5s. Dadurch sind sie optimal zum Starten stromintensiver Lasten geeignet und beugen einer kostspieligen Überdimensionierung der Stromversorgung vor.

Hoher Wirkungsgrad des Stromversorgungssystems

Puls macht die robusten FIEPOS-Produkte in verschiedenen Schutzarten verfügbar, beginnend bei IP54 (staubgeschützt, spritzwassergeschützt) über IP65 (staubdicht, strahlwassergeschützt) bis hin zu IP67 (staubdicht, zeitweiliges Untertauchen möglich). Auch der weite Temperaturbereich von -25°C bis +55°C (ohne Leistungsminderung und mit Derating bis +70°C) ermöglicht einen problemlosen Einsatz in nahezu jeder Umgebung.

Dank eines sehr hohen Wirkungsgrads von mindestens 95% entstehen weniger Verluste und damit auch weniger Wärme im Gerät. Deshalb konnte bei den FIEPOS-Geräten komplett auf den Verguss der Elektronik, der für den Schutz vor zu hohen Temperaturen eingesetzt wird, verzichtet werden. Das ermöglicht ein umweltfreundliches Recycling der Geräte, beispielsweise nach Ablauf der hohen Lebensdauer.

Auf dieser Plattform basieren die verschiedenen Versionen mit zahlreichen Steckerkonfigurationen sowie optionalen Sicherungs- und Redundanzfunktionen. Puls unterteilt die Produktfamilie dabei in die FIEPOS-Produktserien Basic und eFused.

Parallelbetrieb mehrerer FIEPOS-Geräte möglich

Die Geräte der Basic-Serie besitzen einen Ausgang, für den verschiedene Steckverbinder, wie z.B. M12-L/-T/-A, 7/8“ oder die Han-Q-Serie, verfügbar sind. Zudem sind die Basic-Versionen auch für eine flexible N+1-Parallelschaltung zur Erhöhung der Ausgangsleistung geeignet (siehe folgende Grafik). Durch den Parallelbetrieb von mehreren identischen FIEPOS-Geräten werden Leistungen im Kilowattbereich möglich. Damit die Geräte bei diesem Anwendungsfall gleichmässig ausgelastet sind, verfügen sie über eine geneigte Kennlinie (Droop-Funktion). Das erhöht die Lebensdauer.

Stromversorgungsgeräte in «Reserve» installieren

Liegt der Fokus vor allem auf der Betriebssicherheit der Anlage, können auch weitere redundante FIEPOS-Geräte in «Reserve» installiert werden. Diese Einheiten stellen den nötigen Laststrom zur Verfügung, sobald eine andere Stromversorgung im System ausfällt. Ein ausgangsseitiger, integrierter Entkopplungs-MOSFET (O-Ring-Funktion) ermöglicht diesen Aufbau sogar ohne zusätzliches Redundanzmodul realisiert werden. So ermöglicht FIEPOS den Aufbau von sicheren, redundanten IP54 bis IP67 Stromversorgungssystemen ausserhalb des Schaltschranks.

Bis zu 4 strombegrenzte Ausgänge

Die FIEPOS eFused-Serie verfügt über bis zu vier intern abgesicherte Ausgänge, ebenfalls mit verschiedenen Anschlussoptionen wie z.B. M12-L/-T/-A, und 7/8“. Durch die eingebaute Strombegrenzung lassen sich mit diesen Geräten ganz einfach eine selektive Stromverteilung und Absicherung direkt im Feld realisieren. Die Konfiguration und Überwachung der Ausgänge erfolgt über IO-Link oder über das Human Machine Interface an der Gerätefront.

Vorteil selektiver Stromverteilung

Durch die selektive Stromverteilung eignen sich die eFused-Versionen sehr gut, um elektromechanische Lasten (z.B. Motoren) und empfindliche Verbraucher (z.B. Steuerungen, Sensoren) gleichzeitig mit einem dezentralen, abgesicherten Netzteil zu versorgen. So können die Geräte beispielsweise auch für den Aufbau von NEC-Class-2-Stromkreisen genutzt werden.

Vorgang bei sicherheitskritischen Lasten

Im Fehlerfall schalten die Geräte der eFused-Serie selektiv nur die fehlerhaften Ausgänge ab und melden dies über IO-Link oder Output-OK-Signal und das LED-Interface an der Gerätevorderseite. Dank aktiver Strombegrenzung werden alle anderen Ausgänge ohne Einschränkungen weiter mit Spannung versorgt. Das ist besonders für sicherheitskritische Lasten wichtig und sorgt für eine hohe Anlagenverfügbarkeit.

Priorisierter Schutz empfindlicher Lasten

Die Geräte verfügen zudem über eine Selektivitätsfunktion, die einen priorisierten Schutz empfindlicher Lasten ermöglicht. Ausgang 1 hat dabei die höchste Priorität, Ausgang 4 die niedrigste. Wird das Strombudget überschritten, schaltet das Gerät somit zuerst die Ausgänge mit der niedrigsten Priorität ab. Nach dieser Priorität werden die Ausgänge im Übrigen auch in Schritten von 100ms gestaffelt eingeschalten.

Durch ihren Funktionsumfang bieten die Geräte der eFused-Serie damit eine All-in-One-Alternative zu Stromversorgungen, die entweder mit einem externen, elektronischen Vier-Kanal-Sicherungsmodul, vier Leitungsschutzschaltern oder vier externen Schmelzsicherungen abgesichert sind.

Dezentrale Standard-Stromversorgung erleichtern

Mit den Geräten der FIEPOS Basic und eFused-Serie legt Puls den Grundstein für eine wachsende, umfangreiche Produktplattform. Ziel ist es, möglichst allen Kunden die Dezentralisierung durch eine passende, dezentrale Standard-Stromversorgung zu erleichtern. Dabei steht Puls im intensiven Austausch mit zahlreichen Unternehmen aus verschiedenen Industrien, wie der Intralogistik, Fabrikautomatisierung, Automobilindustrie, Prozessindustrie, dem Maschinenbau usw.

Mehr erfahren zum Thema «Dezentrale Stromversorgung»?

Die Firma Puls hat zum Thema «Dezentrale Stromversorgung» eine 16-seitige Broschüre herausgegeben.

Wer interessiert ist, kann diese über den folgenden Link gleich auf der Website des Anbieters kostenlos und ohne Anmeldung herunterladen: