Stromversorgung maßgeschneidert

Sicher und zuverlässig sollen Anlagen und Maschinen arbeiten. Dafür spielt auch die Stromversorgung eine wichtige Rolle, obwohl sie meist eher im Hintergrund arbeitet. Die Auswahl der passenden Stromversorgung wird nicht nur bestimmt von unterschiedlichen Leistungsanforderungen, sondern auch differierende Wünsche an die Bauform, notwendige Zertifizierungen oder die in der Applikation verwendeten Bussysteme sind wichtige Kriterien. Darum gibt es auch bei Stromversorgungen nicht die „eierlegende Wollmilchsau“. In vielen Fällen zeigt sich aber ohnehin, dass eine auf die Anwendung maßgeschneiderte Stromversorgung nicht nur praxisgerechter, sondern auch effizienter als eine Standardlösung ist. Das gilt auch für moderne Stromversorgungen, die bereits den neuen Standard ASi-5 unterstützen. Das AS-Interface-System (ASi) hat sich als einfache und kostengünstige Verdrahtungstechnik für Sensoren und Aktoren in vielen Bereichen durchgesetzt, vor allem weil Stromversorgung und Datenkommunikation über ein einziges Flachkabel laufen (Bild 1). Bei einigen Anwendungen stößt der aktuelle Standard ASi-3 inzwischen jedoch an seine Grenzen. Neben den 4-Bit Prozessdaten pro Slave bedeutet z.B. auch die Zykluszeit von 10 ms bei Vollausbau mit 62 Teilnehmern oft eine Einschränkung und pro angeschlossenem Modul steht für Diagnosemeldungen nur 1 Bit zur Verfügung. Im Hinblick auf Industrie 4.0 war deshalb eine Weiterentwicklung notwendig. Mit dem neuen Standard ASi-5 sind jetzt die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt: Es lassen sich mehr Daten übertragen, mehr Teilnehmer anschließen und die Datenbreite vervierfacht sich. Gleichzeitig sinkt die Zykluszeit von 5 ms auf 1,2 ms (bei 24 Teilnehmern) und die Netzwerklänge pro Strang verdoppelt sich auf 200 m. Zudem bietet ASi-5 im Vergleich zum bisherigen Standard eine deutlich erweiterte Diagnose. Das heißt, es stehen azyklische Dienste zur Verfügung sowie ein zusätzlicher Diagnosekanal parallel zu den Prozessdaten. ASi-5 eignet sich damit bspw. für Predictive-Maintenance und ist für die Zukunft bestens gerüstet. Zudem ist die Einbindung von IO-Link einfach zu realisieren und auch ASi-3 Geräte lassen sich weiter nutzen.

Primärschaltregler für den neuen ASi-Standard

Natürlich braucht auch der neue ASi-Standard Stromversorgungen, die auf seine Anforderungen abgestimmt sind, also ASi-5-konform sind. Pro Strang ist ein Netzteil mit 30,5 V DC Ausgangsspannung und Datenentkopplung gefordert, um Energie und modulierte Signale störungsfrei auf einer Leitung zu übertragen. Der Stromversorgungsspezialist Frei (vgl. Firmenkasten) hat hier frühzeitig reagiert und kann nun als einer der ersten Hersteller entsprechende Stromversorgungen anbieten (Bild 2). Die neuen Primärschaltregler haben sowohl Filter für ASi-5 als auch für ASi-3, sind also abwärtskompatibel. Am Ausgang stellen sie je nach Ausführung 0…8 A bzw. 0…4 A zur Verfügung.

Die Stromversorgungen für den neuen ASi-Standard sind aus einer kundenspezifischen Entwicklung entstanden und wurden anschließend im Einvernehmen mit dem Anwender ins Standardprogramm übernommen. „So etwas ist bei uns eher die Regel als die Ausnahme“, erklärt Christian Koch (Bild 3), Teamleiter Stromversorgungen bei der Gebrüder Frei GmbH. „Wenn sich Anwendungen nicht aus dem breit gefächerten Standardprogramm bedienen lassen, werden applikationsgerechte Lösungen maßgeschneidert. Für den Anwender kann das durchaus günstiger sein, weil er beispielsweise nicht für technischen Overhead bezahlen muss, den er gar nicht braucht. Bei USV-Anlagen lohnt es sich beispielsweise die Ultracaps im Hinblick auf dem konkreten Einsatzbereich auszulegen und nicht eine standardmäßige, aber überdimensionierte Lösung zu verwenden (Bild 4).“

Leistung, Bauform und Sicherheit

Bei Stromversorgungen spielen aber oft nicht nur die Leistungsdaten, sondern z.B. auch der Formfaktor eine entscheidende Rolle. Soll das Gerät ein Gehäuse haben, sich auf der Hutschiene oder im 19“-Rack montieren lassen, soll es als Platine im Endgerät seinen Platz finden? Gilt es besondere Normen zu erfüllen? Letzteres ist z.B. bei Anwendungen in der Medizintechnik ein wichtiges Thema. Bild 5 zeigt ein Beispiel: Bei diesem Primärschaltregler für eine medizinische Anwendung galt es ein spezielles Anforderungsprofil umzusetzen. So mussten die eingesetzten Bauteile entsprechend der sensiblen Anwendung im Patientenbereich ausgewählt werden und qualitativ besonders hochwertig und zuverlässig sein. Aus Sicherheitsgründen mussten Luft- und Kriechstrecken sowie Ableitströme besonders beachtet werden und obendrein galt es mechanische Vorgaben einzuhalten.

Ein weiteres Beispiel für eine applikationsspezifische Entwicklung ist ein Primärschaltregler, der für eine sicherheitstechnische Anwendung entwickelt wurde. Er liefert mehrere Ausgangsspannungen, die sich mikroprozessorgesteuert stufenweise einstellen lassen. Wegen der geforderten Baugröße und dem vorgegebenen Höhenprofil wurde das Gerät nach dem Multilayerprinzip aufgebaut, ein Verpolschutz ist integriert und es wurden die applikationsspezifischen Anforderungen an die Netzausfall-Überbrückungszeit erfüllt.

Das Chamäleon unter den Stromversorgungen

„Um schnell auf applikationsspezifische Anforderungen reagieren zu können, haben wir zudem mit den Stromversorgungen der COMPETENT CHAMAELEO Baureihe eine leistungsfähige Plattform entwickelt“, fährt Koch fort. Die exotische Tierfamilie stand Pate bei der Namenswahl der neuen Serie, deren Stärke insbesondere in ihrer effizienten Anpassungsfähigkeit an spezifische Kundenwünsche liegt. So passen sich die ultraschmalen Primärschaltregler und DC-USV-Module dank ihres flexiblen modularen Aufbaus unterschiedlichsten Bedarfssituationen an, wobei auch kleine Stückzahlen lieferbar sind.

Die Primärschaltregler (24 V / 5A) bieten einen Weitbereichseingang von 92 bis 265 VAC. Der Ausgangsspannungsbereich ist einstellbar. Sie sind dauerkurzschluss- und dauerleerlauffest und lassen sich über Push-In-Federkraftklemmen einfach anschließen. Weitere Features sind aktive Power Factor Correction (PFC) und eine hohe Störfestigkeit. Die DC-USV sind ebenfalls flexibel einsetzbar. Sie bieten Schutz vor kostenintensiven Applikationsschäden bei einem Ausfall der Versorgungsspannung, können mit integriertem oder externem Energiepuffer ausgelegt werden und lassen sich auch als Kompakt-USV mit integriertem Netzteil und Ladefunktion (Batterielader oder Caplader) ausstatten. „Als Komplettanbieter produzieren und liefern wir damit kostengünstig das volle Programm: die flexibel einsetzbare Standardkomponente ebenso wie die detailliert individuelle Lösung, die in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickelt werden“, fasst Koch zusammen. „Darüber hinaus haben wir gute Kontakte zu UL, CSA, VDE, KEMA und ASI, sind also mit allen aktuellen Sicherheitsanforderungen bestens vertraut und können sämtliche Bauteile effizient bezüglich ihrer Zulassung, Anforderung und Belastung auswählen und kalkulieren.“