Drahtlos sicher

Schaltgeräte – Energieautarke Schaltgeräte, die ohne Kabel und ohne Batterie auskommen, bieten viele Vorteile. Das Einsatzspektrum reicht vom Maschinenbau bis zur Materialfluss- oder Verfahrenstechnik.

27. Mai 2010

Ein interessanter Trend in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik ist das sogenannte »Energy Harvesting«, also die Umwandlung von in der Umgebung vorhandener Energie mit Hilfe von Schaltgeräten, die ohne Kabel und Batterien auskommen.

Vor allem in der Gebäudetechnik gibt es inzwischen ein umfassendes Programm an Schaltgeräten, die ihre Signale per Funk übertragen und die dafür nötige Energie aus ihrer Umgebung generieren. So lassen sich Lichtschalter und Steuerelemente für Türen, Tore, Lüftungsklappen, Rollläden etc. ganz einfach an anderer Stelle platzieren, ohne Kabel verlegen zu müssen.

Energieautark ohne Kabel

Eine Möglichkeit zum »Energy Harvesting« bietet der Einsatz von miniaturisierten Photovoltaik-Modulen mit integriertem Energiespeicher, um Dunkelphasen ohne externe Energiezufuhr zu überbrücken. Ein besonders elegantes Prinzip ist der elektrodynamische Energiegenerator, der die kinetische Energie, die beim Betätigen des Schalters frei wird, in elektrische Energie umwandelt. Denkbar sind auch Lösungen, die Schaltenergie zum Beispiel aus Vibrationen oder aus Temperaturunterschieden generieren.

Große Vorteile bieten derartige Konzepte vor allem in Fällen, bei denen die Anschaffung und Verlegung einer Energiezufuhr um ein Vielfaches teurer ist als das Schaltgerät selbst. Dies gilt zum Beispiel für Bedieneinheiten an verschiebbaren Maschinen-Schutztüren, wo sonst verschleißanfällige Kabelführungseinrichtungen gebraucht werden. Auch bei den häufig eingesetzten Zugschaltern, mit denen Staplerfahrer im Lager Rolltore öffnen und schließen, erspart die Energy-Harvesting-Technologie die aufwendige Installation der Kabelzuführung an der hohen Lagerdecke.

Voraussetzung für die Nutzung dieser Technologie ist der Einsatz von Schaltgeräten, die auch unter den widrigen Bedingungen der industriellen Produktion mit zahlreichen anderen Funksignalen und Abstrahlungen durch metallische Maschinenoberflächen eine zuverlässige Signalübertragung sicherstellen. Ein Spezialist für solche Wireless-Lösungen ist der Schaltgerätehersteller Steute aus Löhne in Westfalen. Das Unternehmen bietet zahlreiche energieautarke kabellose Geräte, die energiearme Funksignale senden können, wie beispielsweise Positions-, Türgriff-, Fuß-, Zug- und Seilzugschalter oder Befehlsgeräte.

Große Reichweite

Um dennoch eine hohe Übertragungssicherheit zu gewährleisten, werden jeweils mehrere Telegramme mit eindeutiger Zuordnung zwischen Sende- und Empfangseinheit ausgetauscht. Für die Auswertung bietet Steute verschiedene Empfänger zum Schaltschrankeinbau an. Die Reichweite des Signals beträgt 300 Meter im Freien und 30 Meter in geschlossenen Räumen. Wenn größere Entfernungen zu überbrücken sind, stehen Repeater zur Verfügung. Neu im Programm ist zudem eine vierkanalige Empfangseinheit, die viel Platz im Schaltschrank spart, wenn mehrere Wireless-Schaltgeräte auszuwerten sind.

Zahlreiche Einsatzfelder

Die kabellosen Schaltgeräte lassen sich in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen einsetzen. So bewähren sie sich bei der Herstellung von Glasartikeln, wo die Kabelverbindungen konventioneller Befehlsgeräte und Fußschalter oft durch glühende Glastropfen beschädigt werden. Ein typisches Einsatzfeld liefert auch der Werkzeugmaschinenbau:

Hier kommt es oft zu ungeplanten Stillständen durch den Verschleiß der Kabelzuführungen zu den Freigabe- oder Starttastern an der Schutztür. Eine Lösung bietet hier der Austausch der Türgriffe durch Türgriffschalter mit integriertem Funk-Schalter, die ihre Energie über ein Solarmodul generieren. Die unveränderten Abmessungen der Schalter ermöglichen dabei deren Integration ohne aufwendige Anpassung der Umgebungskonstruktion.

Sehr effizient ist auch der Einsatz von energieautarken Seilzugschaltern als »Reißleine« an Produktionslinien, mit denen sich Störungen per Funk an eine Leitwarte melden lassen. Hier kommt ein Schaltgerät mit elektrodynamischem Energiegenerator zum Einsatz, das ohne Energiespeichersysteme auskommt. Die nötige Energie für die Signalübermittlung bezieht das Gerät stattdessen direkt aus der Betätigung des Schaltelements durch den Zug am Seil.

Auch eine pfiffige Lösung zur Unfallvermeidung an Lkw-Laderampen lässt sich mit Hilfe von energieautarken Funk-Schaltgeräten realisieren. So nutzt ein Hersteller von Lkw-Verladesystemen die Funk-Positionsschalter zur Überwachung der Position eines transportablen Unterlegkeils, der einen Lkw am Wegfahren hindert, solange er be- oder entladen wird. Das Signal kann dann zum Beispiel eine Ampel schalten, das Öffnen oder Schließen des Verladetors veranlassen oder externe Sicherheitseinrichtungen aktivieren.

Sicherheit im Ex-Bereich

Zusätzliche Vorteile bieten energieautarke Schaltgeräte, wenn sie in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Hier können sie Signale aus der Ex-Zone heraus senden, sodass keine ex-gerechten Auswertegeräte benötigt werden. Steute hat daher ein Geräteprogramm für diese besonders sicherheitssensiblen Anwendungen zertifizieren lassen.

Zu den ersten Einsatzbeispielen dieses »Wireless Ex«-Systems gehört ein Transportsystem für Bahn-Tankwaggons in einer Raffinerie in Frankreich. Dort fährt ein flaches Satellitenfahrzeug unter den jeweiligen Waggon und bewegt ihn über eine Distanz von bis zu 70 Metern zur gewünschten Position im Verladebahnhof. Seine Position erkennt das Fahrzeug mit Hilfe eines energieautarken Positionsschalters, der von einem Mitnehmer am Waggon betätigt wird, wenn dieser die Vorderachse des Tankwaggons erreicht hat. Sobald der Positionsschalter auf diese Weise betätigt wird, stoppt das autonome Fahrzeug und koppelt sich an den Waggon an.

Der Schalter kommuniziert dabei kabellos mit der Empfangseinheit, deren Antenne an der Außenwand der geschlossenen Steuerzentrale montiert und ihrerseits mit der Steuerung der Anlage verbunden ist. Dieses System benötigt keinerlei Kabelzuführungen, Schleifleitungen oder Energieführungsketten und erfüllt alle einschlägigen Normen des Explosionsschutzes.

Andreas Schenk, Steute/bt

Fakten

- Die Steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG im ostwestfälischen Löhne ist Spezialist für sichere Schaltgeräte für anspruchsvolle und brisante Anwendungen.

- Die wichtigsten Anwendungsfelder sind die Steuerungstechnik, der Explosionsschutz sowie die Medizintechnik.

- Das Produktportfolio umfasst unter anderem Sicherheitsschalter, Zughaltungen, Schutztürwächter oder Fußschalter sowie die passenden Auswertegeräte.

Erschienen in Ausgabe: 03/2010