In der Werkshalle von morgen sind nur noch die Außenwände fest verbaut. Maschinen und Anlagen hingegen sind frei beweglich und kommunizieren im Industrial Internet of Things (IIoT) miteinander. Wichtige Voraussetzung hierfür: Eine dezentrale Versorgungs- und Dateninfrastruktur. Mit dem intelligenten Boden hat die Bosch Rexroth AG ein entsprechendes System entwickelt, in dem Lösungen der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG zum Einsatz kommen.
Inhaltsverzeichnis
1. Fabrik der Zukunft ersetzt starre Produktionslinien
2. Dezentrale Versorgungs- und Steuereinheiten und integriertes Smart Factory Grid
3. Kontaktlose Energieübertragung ermöglicht modulares Ladekonzept
4. Individuelle Einsatzmöglichkeiten des Systems
5. Die Smart Factory Grid Lösung mit dem FieldPower-System
6. Die Systemkomponenten Fieldpower
7. Kluge Anschlusstechnologie: Der FieldPower-Energiebus
Das FieldPower-Konzept bietet eine modulare und dezentrale Plug-and-Play-Bereitstellung der benötigten 400 V Versorgungsspannung und die 24 V Last- und Steuerspannung. Besonders ausfallsicher ist das System durch den redundanten Aufbau der 24 V Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid Lösung mit dem FieldPower-System. FreeCon Contactless, das System für kontaktlose Energieübertragung, ermöglicht ein modulares Ladekonzept. Geräte, Maschinen oder Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden durch berührungslose Übertragungseinheiten mit Strom versorgt. FreeCon Contactless ermöglicht die Übertragung bis zu 240 Watt Strom über einen 5 Millimeter großen Luftspalt.
Fabrik der Zukunft ersetzt starre Produktionslinien
Die Fabrik der Zukunft ersetzt starre Produktionslinien durch einen modularen Ansatz: Maschinen- und Anlagenteile sind mobil, funktionieren weitgehend selbständig und tauschen ihre Daten aus, um die Fertigungsprozesse fortlaufend zu verbessern. An die Stelle zentraler Steuerungsmechanismen treten intelligente Netzwerke. „Hierfür hat Bosch Rexroth ein neues Bodensystem entwickelt, bei dem die Lösungen von Weidmüller zum Einsatz kommen“, erklärt Christian Deppermann, Key Account Manager für Bosch bei Weidmüller. Das System von Bosch Rexroth setzt sich aus Platten von einem Quadratmeter mit jeweils eigener Steuerung zusammen. Die Lösungen von Weidmüller sorgen für die dezentrale und gleichzeitig modulare Versorgung und Automatisierung der einzelnen Platten als auch für die berührungslose Energieübertragung an die Verbraucher auf dem Boden. Das System ist als Doppelboden angelegt: Dieser bietet nicht nur Raum für die Verkabelung der Steuereinheiten, sondern auch für die Versorgung mit Kühlwasser, Druckluft oder Schmierstoffen.
Dezentrale Versorgungs- und Steuereinheiten und integriertes Smart Factory Grid
Konkret sieht die Produktion in der Fabrik der Zukunft so aus: Ein übergeordnetes System in der Produktionshalle oder in der Cloud wertet die anstehenden Auftragslose aus. Dann verschiebt und platziert es die Geräte und Maschinen entsprechend. Auch Ad-hoc-Veränderungen von Logistikwegen sind möglich. Die sich wandelnden Arbeitszonen markieren die Ingenieure durch Leuchtstreifen, damit sich Bediener und Fahrzeuge stets sicher durch die Fabrik bewegen. Hierbei setzt Bosch Rexroth auf das FieldPower-Konzept. Es bietet eine modulare und dezentrale Plug-and-Play-Bereitstellung der benötigten 400 V Versorgungs- und 24 V Last- und Steuerspannung. Für seinen Einsatz unterhalb des Bodens erfüllt das FieldPower-Gehäusesystem Schutzklassen bis IP65.
Um Ausfälle in der Prozesskette zu vermeiden, stellen die Ingenieure die fehlerfreie und reibungslose Funktion des intelligenten Bodens sicher. Mit dem redundanten Aufbau der 24 V Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid bietet das FieldPower-System von Weidmüller maximale Ausfallsicherheit. Auch die Module für die Steuerungs- und Netzwerktechnik sind dezentral angeordnet.
Kontaktlose Energieübertragung ermöglicht modulares Ladekonzept
Bewegen sich Geräte, Maschinen oder Fahrerlose Transportsysteme (FTS) auf dem Boden, versorgt sie die berührungslosen Übertragungseinheiten mit Strom. Dies bringt entscheidende Vorteile mit sich: Erstens müssen die Verbraucher nicht mehr an einem festen Platz stehen, um die Versorgung sicherzustellen. Stattdessen können sie flexibel angeordnet werden oder sich selbst bewegen. Zweitens verhindert die berührungslose Energieübertragung teure Produktionsausfälle, die durch den Geräteverschleiß entstehen. Denn defekte Kontakte sind ein häufiger Grund für zeitintensive Reparaturen. „Für das modulare Ladekonzept im intelligenten Boden verwendet Bosch Rexroth deshalb das FreeCon Contactless-System von uns“, erklärt Deppermann. Die Lösung hat eine sehr kompakte Bauweise und eignet sich daher gut für die dezentralen Einsatzgebiete. Bis zu 240 Watt Strom überträgt das System über einen 5 Millimeter großen Luftspalt. Das sorgt für besonders hohe Leistungsdichte gegenüber vergleichbaren Lösungen im Markt bei einem sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 93 Prozent.
Individuelle Einsatzmöglichkeiten des Systems
Es ist auch möglich, den intelligenten Boden zunächst in Teilbereichen einer Produktion einzuführen: Falls nicht der komplette Raum eine berührungslose Energieübertragung benötigt, verlegt der Entwickler in Randbereichen oder auf definierten Wegen Kacheln ohne Funktionen. Dies ermöglicht dem Anwender, schrittweise auf flexible Fertigungskonzepte umzustellen und so die Investitionskosten zu verringern. „Durch flexibilisieren, modularisieren und mobilisieren erhöhen Fertigungsprozesse gerade kleiner Losgrößen ihre Effizienz deutlicher als in derzeit oft noch starren Produktionsumgebungen“, erklärt Christian Deppermann.
Die Smart Factory Grid Lösung mit dem FieldPower-System
Der dezentrale Aufbau der 24 V Last- und Steuerspannung als Smart Factory Grid vereinfacht die Planung und spätere Erweiterungen oder Änderungen von Anlagen. Beim Neu- oder Umbau einer Fertigungslinie steht die 24 VDC-Versorgung zur Verfügung, bevor der Anwender alle Maschinen installiert hat. Dieses unterstützt die Techniker bei der Inbetriebnahme der Anlage, da keine fehleranfällige, provisorische 24 VDC-Verdrahtung erforderlich ist. Die Struktur der 24 VDC-Versorgung muss gut geplant sein, denn die Versorgung muss auch bei lokalen Störungen erhalten bleiben.
Durch die geringe Spannung in dem 24 V-Netz erhöht sich der Spannungsfall an der Leitung, was die Leitungslängen einschränkt. Weidmüller hat eine Smart Factory Grid-Lösung entwickelt, die durch kurze Leitungslängen zwischen Last und Quelle für einen geringen Spannungsfall sorgt. So gibt es nicht eine zentrale Einspeisung, sondern mehrere im Anlagenfeld installierte Stromversorgungen.
Die Systemkomponenten Fieldpower
Umgesetzt sind die Lösungen mit dem modularen Systembaukasten Fieldpower, der die benötigten Komponenten enthält. Das Portfolio umfasst alle elektromechanischen und elektronischen Komponenten einschließlich der Schutzgehäuse. Die Fieldpower-Gehäusemodule dienen als Basis für die Einspeiseboxen. Die Ausführung gemäß Schutzart IP65 und die passive Kühlung ermöglichen die Installation außerhalb des Schaltschranks. Die typgeprüfte Kühlung ohne Lüfter erleichtert den Einsatz in Umgebungstemperaturen bis 50°C ohne Derating. Die Stromversorgung ist im Aluminium-Kühldeckel eingebaut und erlaubt im Servicefall einen schnellen Austausch. Die Einspeisebox bietet Anschlüsse für zwei ungeschnittene Leitungen zur 400 V-Versorgung sowie zur 24 V DC-Verteilung. Ein interner Sicherungssteckverbinder schützt die integrierte Stromversorgung.
Kluge Anschlusstechnologie: Der FieldPower-Energiebus
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Anschlusstechnik. Bei ungeschnittenen Leitungen sind die Abgriffe neuralgische Punkte. Auftrennen und Wiederanschließen sind Fehlerquellen, die beispielsweise zu ungewolltem Verringern des Querschnitts oder hochohmigen Übergängen führen können. Mit der FieldPower-Anschlusstechnologie trennen sich die Leitungen nicht auf, sondern zweigen sich per IDC-Technologie sicher ab. Mit FieldPower verwendet der Anwender Leiterquerschnitte von 2,5 mm² bis 6 mm².
Nicht nur für die Energieverteilung ist FieldPower einsetzbar. Der durchdachte Modulbaukasten bietet für zahlreiche Applikation eine passende Lösung, ob für die den Einsatz in der Robotik oder der dezentrale Automatisierungstechnik. Bestehende Komponenten können jederzeit angepasst oder um zusätzliche Module ergänzt werden. Mit der FieldPower-Produktfamilie steht ein einzigartiges Lösungssystem für vielfältige Anwendungen in der Fabrikautomatisierung zur Verfügung. jke
Weidmüller Interface GmbH & Co. KG
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