Als Produktmanager bei Pepperl+Fuchs kennt Dr.rer.nat. Konrad Kern (links) die Anforderungen seiner Kunden – das Modul KE5 entstand in enger Abstimmung mit dem Projektteam um Pepperl+Fuchs-Entwickler Dipl.-Ing. Frank EbertPhoenix Contact

Frontanschlusstechnik für AS-Interface

Im Anlagenbau der Getränke-Industrie werden kosteneffiziente und installationsfreundliche Lösungen immer wichtiger. Kompakte Module in der unteren Feldebene mit einer hohen Anzahl an Anschlusspunkten sind hier noch rar. In enger Kooperation mit Phoenix Contact hat Pepperl+Fuchs das Schaltschrankmodul KE5 entwickelt, das mit seinen zahlreichen Vorzügen diese Lücke füllt.

Der Weg von der Entwicklung eines neuen Gerätes bis zum Praxiseinsatz beim Endanwender ist oft weit. Daher ist es keinesfalls selbstverständlich, dass die detaillierten Geräteanforderungen des Endanwenders bereits bei den Komponentenentwicklern Berücksichtigung finden. Um diese Hürde zu meistern hat sich der Mannheimer Fabrik- und Prozessautomatisierungs-Spezialist Pepperl+Fuchs bei der Neuentwicklung seines E/A-Moduls KE5 mit Phoenix Contact zusammen getan.

Schwerpunkt Getränke-Abfüllanlagen – das neue AS-i-Schaltschrankmodul KE5Phoenix Contact

Konzept – Modul – Gehäusefamilie

„Mit Phoenix Contact als Spezialist für Leiterplattenanschlusstechnik und Elektronikgehäuse konnten wir unsere Anforderungen aus dem Anlagenbau der Getränke-Industrie exakt auf die Komponenten herunterbrechen“, erinnert sich Dr. Konrad Kern, Produktmanager für Fabrikautomation bei der Pepperl+Fuchs GmbH in Mannheim.

Auch für Phoenix Contact hat die enge Kooperation einen hohen Stellenwert, denn aus dem zunächst kundenspezifischen Projekt um das KE5-Modul wurde die neue Gehäusefamilie ME-IO mit integrierter Anschlusstechnik, die das Unternehmen inzwischen auch für andere Branchen erfolgreich auf den Markt gebracht hat.

In der EMV-Kammer werden hochfrequente Emissionen und Störeinstrahlungen während des Entwicklungsprozesses des KE5-Moduls gemessenPhoenix Contact

Am Mannheimer Stammsitz von Pepperl+ Fuchs sind Entwicklung und Marketing angesiedelt – auch die Labore befinden sich hier. Durch den engen Austausch mit den jeweiligen Abteilungen bei Phoenix Contact im nur drei Autostunden entfernt gelegenen ostwestfälischen Blomberg konnten neue Ideen schnell umgesetzt und umfassend geprüft werden. So erfolgen in der EMV-Messkammer bei Pepperl+ Fuchs zum Beispiel die EMV-Prüfungen für hochfrequente Emissionen und Störeinstrahlungen.

In der GTEM-Zelle wird die Störfestigkeit des KE5-Moduls nach dem Standard IEC 61000-4-20 geprüftPhoenix Contact

Außerdem umfasst das EMV-Labor eine GTEM-Zelle (Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell) zur Prüfung der Störfestigkeit – Zwischenergebnisse der Elektronikprüfung im Gehäuse sind hier jederzeit kurzfristig möglich.

Kompakt und effizient mit AS-i

Bei führenden Herstellern von Abfüll-Anlagen spielt AS-Interface (AS-i, Actuator-Sensor-Interface) eine wichtige Rolle. Als Standard für die Feldbus-Kommunikation zum Anschluss von Aktoren und Sensoren entwickelt, bietet AS-i heute nicht nur ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis, sondern findet auch durch seine Einfachheit und Flexibilität als dezentrales Interface-System viel Zuspruch. Über ein zweiadriges Flachbandkabel werden dabei Energie, digitale und analoge Daten sowie sichere Signale übertragen. Auf diese Weise wird der Installationsaufwand reduziert und die Produktivität deutlich erhöht.

Als Anbieter von AS-i-Lösungen ist es Pepperl+Fuchs nun gelungen, mit der Geräteserie KE5 ein effizientes System in einer kompakten Bauform zu entwickeln. Auf einer Baubreite von weniger als 19 mm befinden sich im Frontbereich 28 bequem zugängliche Anschlusspunkte. „Die Packungsdichte konnten wir gegenüber anderen Lösungen um 50% erhöhen“, erläutert Kern die Vorzüge. Vor allem kostenintensiven Schaltschrankplatz können unsere Kunden – in diesem Fall die Hersteller von Abfüll-Anlagen – hier einsparen. Weil sich bei den gängigen Lösungen die Anschlusspunkte an beiden Seiten befinden, wird jeweils ein Kabelkanal oben und unten benötigt. Durch den frontseitigen Anschluss wird jetzt nur noch der untere Kabelbaum benötigt. Dadurch entsteht ein übersichtliches Verdrahtungs-Design, und der Einbau in 100er Vorschaltkästen ist auf Grund der niedrigen Bauform kein Problem.

Neben dem Verdrahtungs-Design wurde auch die Zuordnung der Anschlusspunkte optimiert. Im transparenten Klappdeckel sind zusätzliche, farbige Klemmenkennzeichnungen untergebracht. Sie werden sichtbar, sobald zum Verdrahten der Deckel nach oben geklappt wird. Eine zentrale, hinterleuchtete Ziffernanzeige sorgt für eine gute Übersichtlichkeit auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen. Bei Ausgangsüberlast leuchtet die Ziffer des betroffenen Kanals rot – für eine verbesserte kanalbezogene Diagnose. AS-i wird im Schaltschrank somit noch erheblich effizienter.

Auf den Stecker kommt es an

Besonders effizient am Gehäuse ist die Anschlusstechnik. Mit dem Push-in-Federkraftstecker wird bequem und werkzeuglos verdrahtet, was bei konventionellen Schraub- oder Zugfederanschlüssen so nicht möglich ist. Eine spezielle Kontaktfeder sorgt für hohe Kontakt- und Leiterauszugskräfte sowie für eine vibrationssichere und gasdichte Kontaktierung. Die codierbaren Stecker lassen sich bequem und zügig über ein Verriegelungssystem lösen und unterstützen so einen fehlerfreien Geräteaustausch. Das spart im Feld nicht nur Zeit, sondern schont auch die Nerven.

Infos

Das Elektronikgehäuse ME-IO von Phoenix Contact

  • Kompakte Bauform von 18,8 mm für bis zu 36 Anschlusspole in der Front
  • Push-in-Technik für einen werkzeuglosen Anschluss
  • Baukastenprinzip für eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen
  • Sicheres Ver- und Entriegeln der Stecker dank orangefarbenem Verriegelungshebel
  • Vermeidung von Fehlstecken durch Kodierung der Stecker
  • Komfortable Verbindung von Modulen mittels Tragschienen-Busverbinder

Das AS-i-Schaltschrankmodul KE5 von Pepperl+Fuchs

  • AS-Interface Schaltschrankmodul mit Push-in-Anschlusstechnik
  • Neues KE5-Gehäusekonzept mit frontseitigem Anschluss und Kabelabgang nach unten
  • Intern gebrückte Kontakte erleichtern AS-i-/AUX-Weiterleitung
  • Zentrale Anzeige für Ein- und Ausgänge sorgen für Übersichtlichkeit
  • Funktional sicher getrennte Potentiale von AS-i und AUX für sicheres Abschalten von Anlagenteilen
  • Platzersparnis durch 18,8 mm Baubreite

Sowohl das AS-i- wie auch das AUX-Interface mussten bisher über Doppelader-Endhülsen aufwendig durchgeschleift werden. Durch einen intern gebrückten Stecker fällt dieser Installationsaufwand nun weg. „Unser KE5-Modul setzt den gebrückten Stecker so ein, sodass jetzt AS-i und AUX über vier zusätzliche Klemmpunkte durchgeschleift wird“, erläutert Dipl.-Ing. Frank Ebert, zuständiger Entwicklungsleiter im KE5-Projekt, „und das unter der vollen Stromlast von 8 A“.

Für die galvanische Trennung von Schaltausgängen wurden auch Relais-Module entwickelt, über die problemlos Fremdanlagen mit unterschiedlichen Potentialen angebunden werden können. Zudem ermöglichen die Relais-Module, 230 VAC mit hoher Last zu schalten. Neben dem 4-poligen Standard-Stecker gibt es genau dafür eine 2-polige Variante – zwei gegenüberliegende Kontaktpunkte fallen weg und werden durch eine Blindkappe ersetzt. Dadurch erhöhen sich die Luft- und Kriechstrecken, und der Stecker ist prädestiniert für den geforderten Einsatzbereich. „Die elektronischen Module besitzen ein neuartiges Leiterplatten-Design, so dass AS-i und AUX sicher voneinander getrennt werden können“, so Kern. „Diese funktionale Sicherheit ist besonders wichtig, um die KE5-Module auch in Safety-Applikationen als Ausgangsvervielfachung einsetzen zu können“.

So lassen sich Maschinen-Sicherheitskonzepte besonders einfach und kostengünstig umsetzen – zum Beispiel die sichere Abschaltung über AUX mit dezentraler Multiplizierung über die AUX-Ausgänge des KE5-Moduls. „Alle Sensor-Signale bleiben über die Eingänge am Modul weiterhin verfügbar“, ergänzt Kern, „und auch bei abgeschalteter Hilfsenergie erhält der Endanwender alle relevanten Informationen über den Anlagenzustand“.

Das Gehäuse, das heute als Gehäusefamilie ME-IO am Markt ist (links), dient als „Verpackung“ für das Schaltschrankmodul KE5 (rechts)Phoenix Contact

Vorteile für beide Kooperationspartner

Inzwischen bietet Phoenix Contact die neue Baureihe ME-IO mit ihrer integrierten Anschlusstechnik auch für Gerätebauer in anderen Branchen an. Bei dieser Gehäusefamilie ME-IO können – auf einer Baubreite von nur 18,8 mm – bis zu 36 steckbare Anschlusspole in der Front umgesetzt werden.

Konzipiert wurde das Gehäusesystem nach dem Baukasten-Prinzip - unterschiedliche Längenvarianten bei den Abdeckungen erlauben eine Vielzahl unterschiedlicher

Anschlusspole. Für eine einfache Kommunikation zwischen mehreren Modulen wird gerne der Tragschienen-Busverbinder genutzt. Dabei handelt es sich um einen T-förmigen Stecker, der bequem auf die Hutschiene gerastet wird. Die Module werden dann nur noch aufgeschwenkt und sind sofort miteinander verbunden.

Autorin Dipl.-Wirt.-Ing. Marta CiesielskiPhoenix Contact

Fazit

Anwendergerechte Lösungen entstehen nur durch eine frühzeitige und intensive Kooperation der beteiligen Partner. Das zeigt auch das Beispiel von Phoenix Contact als Experte für Elektronik-Gehäuse und Anschlusstechnik sowie Pepperl+ Fuchs als Innovationstreiber bei AS-i-Komponenten. Mit dem Know-how der Anforderungen aus dem Anlagenbau konnte ein innovatives Schaltschrankmodul für Abfüll-Anlagen der Getränke-Industrie entwickelt werden. Bei der Krones AG in Neutraubling, die Maschinen und komplette Anlagen für die Bereiche Prozess-, Abfüll- und Verpackungstechnik plant, entwickelt und fertigt, befindet sich das KE5-Modul bereits in der Testphase.