Per Funk zum Schalter

Schalter - Kabellos zum Schalter oder Sensor: Es gibt zurzeit keine Messe in der Automatisierungstechnik, die sich nicht ausgiebig mit dem Thema ›Wireless Automation‹ befasst. Dafür gibt es gute Gründe: Ein kabelloses Schaltgeräte ohne Energieanschluss ist etwas ganz Besonderes.

11. Februar 2007

Wenn der Konstrukteur einen Schalter an der seitlich verschiebbaren Schutztür einer Werkzeug- oder Verpackungsmaschine vorsehen möchte, ist der konstruktive und finanzielle Aufwand für die Energie- und Signalführung zum Schalter oft größer als der für den eigentlichen Schalter. Dasselbe gilt, wenn Schalter oder Sensoren an rotierenden Teilen anzubringen sind. Man braucht zusätzliche Konstruktionselemente, die aufgrund der mechanischen Belastungen nicht ohne Verschleiß arbeiten ? zum Beispiel Kabelschleppeinrichtungen oder Schleifringe. Dieser hohe Kosten- und Zeitaufwand ist ein wesentlicher Grund dafür, dass man über ›Wireless Automation‹ in der gesamten Automatisierungstechnik nicht nur stark diskutiert, sondern sie in vielen Unternehmen auch praktiziert. Ein zweiter Grund für diesen Trend: Maschinenbauer und Anwender wünschen mehr Flexibilität. Das gilt ? erstens ? für die Konstruktions- und Produktionsphase: Oft gibt es noch Änderungswünsche in letzter Minute, die besser umzusetzen sind, wenn Schalter und Sensoren nicht kabelgebunden sind. Empfangen sie ihre Signale per Funk, muss man nur das Schaltgerät an anderer Stelle montieren und braucht nicht die Installation zu verändern ? weder in den Konstruktionszeichnungen noch an der realen Maschine. Zweitens aber ist man mit kabellosen Komponenten auch bei nachträglichen Umbauten an Maschinen und Anlagen flexibel und muss nicht auf vorhandene Kabelführungen Rücksicht nehmen.

›Wireless‹ ohne Stromanschluss

Allerdings darf man nicht außer Acht lassen, dass sich der Begriff ›Wireless‹ zumeist nur auf die Signalübertragung und nicht auf die Energiezuführung bezieht. Die Schaltgeräte müssen mit externer Energieversorgt werden, sofern sie nicht mit serviceintensiven Batterien ausgestattet sind. Eine Ausnahme bilden die Funk-Schaltgeräte von Steute, die sehr stabile Signale von sehr geringer Stärke übertragen und daher auch nur sehr wenig Energie benötigen. Da die Technologie auf Radiowellen im lizenzfreien SDR-Band basiert, ist kein Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger erforderlich. Das Funksignal hat eine Reichweite von bis zu 300 m im Außen- und 30 m im Innenbereich. Das ist deutlich mehr als herkömmliche Funkstandards für die Industrieautomation bieten. Dabei ist sichergestellt, dass die Signale auch unter den eher ungünstigen Bedingungen der industriellen Produktion mit vielen Störstrahlungen und Reflexionen zuverlässig arbeiten.

Das energiearme Signal schafft die Voraussetzungen für einen tatsächlich kabellosen Betrieb ohne Energiezuführung. Zum Beispiel kann eine miniaturisierte Solarzelle mit integriertem Energiespeicher oder ein elektrodynamischer Energiegenerator zum Einsatz kommen, der die zur Übertragung des Signals benötigte Energie aus der Bewegung des Schaltstößels erzeugt ? er wandelt also kinetische in elektrische Energie um. Somit arbeiten die Schaltgeräte vollkommen autark. Diese Wireless-Technologie der besonderen Art bietet Steute inzwischen unter anderem in Positions-, Türgriff -, Zug- und Fußschaltern an. Ein Hersteller von Bearbeitungszentren nutzt kabellose Türgriffschalter an den seitlich verschiebbaren Schutztüren der Maschinen: So hat der Bediener ? ganz im Sinne des ergonomischen Bedienens und Beobachtens ? alles im Blick und im Griff und man kann auf eine Kabelschleppeinrichtung verzichten: eine auch unter Design-Aspekten außerordentlich Ansprechende Lösung. Eine andere Anwendung für energieautarke Schaltgeräte ist die Steuerung von Industrietoren mit Zugschaltern: Hier waren bislang aufwendige Kabelführungen von der Decke zur Torsteuerung erforderlich, wenn man gewährleisten wollte, dass Personal oder Staplerfahrer das Tor zeitsparend per Seilzug öffnen können. Nun befestigt man den Schalter, der seine Signale per Funk an die Steuerung sendet, an der Decke. Auch als ›Reißleine‹ bewähren sich solche Zugschalter: Die Mitarbeiter sind gehalten, bei einem Qualitätsdefekt das Band anzuhalten. Das Signal »Band steht still« wird dann per Funk an die Nachbarhalle gesendet.

Auch für explosionsgefährdete Bereiche

Der neue Energiegenerator wird seit neuestem auch für kabellose Schaltgeräte genutzt, die speziell für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 2/ Gas- Ex und Zone 22/ Staub-Ex) entwickelt wurden. Die Funktechnologie ermöglicht hier wesentliche Vereinfachungen, weil man zum Beispiel die Signalauswertung losgelöst vom Schaltgerät in Nicht-Ex-Bereichen unterbringen kann, ohne Kabel verlegen zu müssen. Das erlaubt den Verzicht auf zusätzliche Ex-Schutz-Komponenten wie Kabelverbindungen und Steckverbinder. Die geringe Energiemenge der Signale stellt keine Gefährdung im Sinne des Explosionsschutzes dar.

Vorteile fürs Design

Anders als in Industrie-Applikationen werden mit den Fußschaltern in der Medizintechnik auch sehr komplexe Bewegungen gesteuert. Zum Beispiel Patientenliegen und Geräte der Laser-Augenchirurgie werden mithilfe von Fußschaltern feinfühlig positioniert. Entsprechend komplex sind die Stellsysteme, in die zum Beispiel Potenziometer und Joypads integriert werden können. Viele dieser Fußschalter werden kundenspezifisch entwickelt. Dabei spielt neben der Ergonomie das Design eine wichtige Rolle. Das RF/BT-Modul beansprucht nur wenig Bauraum und die Geräte bieten eine hochwertigere Anmutung als solche mit konventionellem Kabelanschluss.

René Scherer, Produktmanager

Steuerungstechnik, Steute Schaltgeräte

Fakten

¦ Kabellose Fußschalter vermeiden Stolperfallen für die Medizintechnik. Sie müssen auch Hygienegerecht konstruiert sein ? Kabel und Kabeleinführungen stören im oft hektischen OP- oder Praxisbetrieb.

¦ Fußschalter in der Medizintechnik steuern sehr komplexe Bewegungen ? sowohl Patientenliegen wie auch zum Beispiel Geräte der Laser-Augenchirurgie werden mithilfe von Fußschaltern feinfühlig positioniert.

¦ Das von Steute entwickelte RF/BTModul überträgt im Bluetooth-Standard. Es ist sicherheitstechnisch an die hohen Anforderungen der Medizintechnik angepasst.

Erschienen in Ausgabe: 01/2007