Zentral, dezentral oder doch ein Mix daraus?

Der Schaltschrank und seine Zukunft

Schaltschrank mit Zukunft
Schaltschrankhersteller bieten Anwendern Unterstützung bei der möglichen Integration von zusätzlichen Funktionen in den Schaltschrank Bild: industrieblick/Fotolia.com
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Schon in der Vergangenheit gab es Tendenzen, in Maschinen und Anlagen auf den Schaltschrank zu verzichten. In diesem Zusammenhang werden Vorteile wie Platzeinsparungen sowie eine modulare Maschinengestaltung genannt. Doch der Einsatz eines Schaltschranks bietet auch Vorteile. Wie sehen Schaltschrankhersteller die aktuelle Entwicklung?

Irene Knap, Redakteurin KEM Konstruktion

Thomas Eglof, Produktmanager bei Häwa, erklärt: „Ein Verzicht auf den Schaltschrank ist aus unserer Sicht weder möglich noch sinnvoll.“ Demnach sorge der Schaltschrank nicht nur für Ordnung und eine Zentralisierung wichtiger Komponenten, sondern gewährleiste in seiner Geschlossenheit vor allem auch die Berührungssicherheit für Einbauteile. Damit werde im Schaltschrank praktisch das „Gehirn“ der Maschine oder Anlage geschützt. „Nicht zuletzt bietet der Schaltschrank außerdem eine barrierefreie Zugänglichkeit für sämtliche Einbauteile und somit eine extrem hohe Wartungsfreundlichkeit, was sich insbesondere bei den Wartungskosten niederschlägt“, ergänzt Eglof.

Vielseitige (Schutz-) Funktionen

Auch Udo Lütze, Inhaber der Luetze International Group, sieht im Schutz der Steuerungskomponenten sowie der entsprechenden Verbindungstechnik eine wichtige Aufgabe des Schaltschrankes: „Im Normalfall erfolgt dies über die IP67-Gehäusetechnik. Die Zusatzkosten für Komponenten in Schutzklasse IP67 sorgen jedoch schnell dafür, dass eine entsprechende dezentrale Lösung teurer wird.“ Darüber hinaus nehme die Komplexität von Anlagen und deren Steuerungen zu, weshalb oft ein zentraler Schaltschrank sinnvoller sei. „Zwar kann der Schaltschrank durch den Einsatz von Feldgeräten eventuell verkleinert werden, aber ganz entfallen wird er in naher Zukunft wohl kaum“, sagt Michael Schell, Leiter Produktmanagement Industry bei Rittal. Denn selbst wenn alle Sensoren, Aktoren und Antriebe als Feldgeräte verfügbar wären, werde immer noch eine Zentrale benötigt, an der die elektrische Energie auf die einzelnen elektrischen Betriebsmittel verteilt wird.

David Streit, Vertriebsleiter bei Elmeko, kann überhaupt die Tendenz auf den Verzicht von Schaltschränken nicht bestätigen: „Wir sehen allerdings den Trend hin zu dezentralen und somit auch kleineren Schaltschränken, die dann an der Maschine verteilt montiert werden. Die zentralen Schaltschränke werden dadurch kleiner und auf ein notwendiges Minimum reduziert – stellen dadurch allerdings auch neue Anforderungen, etwa an die Klimatisierung.“ Dirk Mücke, Vertriebsleiter bei Lohmeier hebt zudem die Schutzfunktion des Schaltschrankes während des Transports hervor – beispielsweise vom Schaltanlagenbau hin zum Auftraggeber. Ein Schaltschrank biete den bestmöglichen Schutz der Komponenten vor Staub, Feuchtigkeit sowie EMV-Strahlung und das nicht nur an seinem Bestimmungsort. Die bereits erwähnten Vorteile eines zentralen Schaltschranks hinsichtlich Wartung sieht auch Martin Koch, Produktmanager Schalten & Schützen bei Schneider Electric. „Solange nicht auf breiter Front Augmented Reality eingesetzt wird, um den Anwender bei Wartung und Instandhaltung oder auch im Störungsfall gezielt zu neuralgischen Punkten zu leiten, bietet der zentrale Aufbau nach wie vor die bessere Übersicht und damit auch Zeitvorteile.“ Mittelfristig kann sich Martin Koch am ehesten den Trend zur Dezentralisierung der Antriebstechnik vorstellen. Sie biete Vorteile in Hinblick auf die Kühlung des Schaltschranks sowie die Leitungsführung.

Ein Schaltschrank für mehrere Maschinen

In zentral aufgestellten Schaltschränken, die zusätzliche Funktionen beinhalten und mehreren Maschinen zur Verfügung stellen können, sieht Koch vor allem hinsichtlich des Energiemonitorings und in der Prozessautomatisierung für komplette Produktionsanlagen Vorteile. „Im Maschinenbau dürfte sich allerdings mittel- bis langfristig eher der Trend zur Dezentralisierung durchsetzen“, sagt er. Weitere Vorteile eines zentralen Schranks verortet Udo Lütze insbesondere bei den Themen Komplexität – demnach ist es oft sinnvoll, die komplexer werdenden Steuerungen zentral in einem Schaltschrank aufzubauen – , Power Management sowie bei Anlagen mit einem hohen Kühlungsaufwand. „Die Kosten für die Klimatisierung können durch eine zentrale Anlage deutlich reduziert werden. Das ist gut für das Budget und für das Klima“, sagt Lütze.

Neben dem Umstand, dass nur eine Belüftung beziehungsweise Kühlung vorhanden sein muss, hält es Dirk Mücke außerdem für zweckdienlich, dass Einbauten beispielsweise in mehrfacher Funktion genutzt werden können. Und während Thomas Eglof deutlich macht, dass man bei der Frage nach einem zentralen Schaltschrank für mehrere Maschinen, wie sonst auch, vor allem darauf achten muss, welche Anforderungen der Anwender hat, führt Michael Schell an, dass solche Lösungen bereits verwendet werden. „Spätestens wenn man dezentrale Maschinensteuerungen und Prozesse miteinander verknüpfen möchte, wird ein Schaltschrank benötigt, in dem diese Funktion integriert ist. Bei der Konzipierung von Maschinen und Anlagen muss frühzeitig definiert werden, welche kleinste autarke Einheit aus verschiedenen Betriebsmitteln sinnvoll ist und ob dann nicht schon der Schaltschrank die wirtschaftlichste Lösung darstellt.“

„Wenn ein Schaltschrank für mehrere Maschinen, genutzt werden soll, muss dieser individuell geplant werden und es sind Absprachen von vielen Beteiligten erforderlich. Dieser Mehraufwand übersteigt den Nutzen des gemeinsam genutzten Gehäuses erheblich“, erklärt dagegen David Streit von Elmeko. Zusammen nutzen könne man die Spannungsversorgung und -verteilung, die Klimatisierung und die Beleuchtung. Viel mehr aber wahrscheinlich nicht, das sich der Aufwand für Installation und Inbetriebnahme deutlich erhöhen und die Fehlersuche schwieriger werde.

Unterstützung für Anwender

Zentral aufgestellte Schaltschränke können demnach, abhängig vom Anwendungsfall, durchaus sinnvoll sein. Doch welche Unterstützung bieten die Schaltschrankhersteller den Anwendern dabei, mögliche zusätzliche Funktionen in den Schaltschrank zu integrieren – etwa in Form vorgefertigter Elemente? Und wird dadurch der Schaltschrankaufbau beispielsweise hinsichtlich des Wärmehaushalts beeinflusst? „Als Systemanbieter stellt Rittal für die Integration vieler Funktionen ein umfangreiches Portfolio zur Verfügung: zum Beispiel ein Kühlgerät, das in den passenden Ausschnitt des Dachbleches, der Seitenwände oder der Tür eingelassen wird und für eine gute Kühlung des Schaltschrankes sorgt“, erklärt Schell. Für die Planungen des Schaltanlagenbauers biete das Unternehmen mit „Power Engineering“ zudem ein Tool zur Ermittlung der Verlustleistung der Hauptstromkreise sowie mit „Rittal Therm“ eine Software zur optimalen Auslegung des Wärmehaushaltes an. Des Weiteren ergeben sich mit „Eplan Thermal Design Integration“ Möglichkeiten zur energieeffizienten Planung klimatisierter Schaltschränke. „Ein weiterer zu beachtender Punkt sind Mindestabstände. Werden in diesem Zusammenhang Spielregeln missachtet, besteht die Gefahr einer Überhitzung“, sagt Schell. Zusätzliche Funktionen in der Software „Eplan Pro Panel“ können demnach helfen, solche Mindestabstände nach den Vorgaben der Hersteller einzuhalten.

Schneider Electric liefert für einen optimalen Aufbau von Schaltschränken die so genannten TVDAs. Dabei handelt es sich um getestete und dokumentierte Basiskonfigurationen (‚Tested Validated Documented Architectures‘) für eine breite Palette von Applikationen, die Anwendern als Grundgerüst zur Verfügung gestellt werden. Martin Koch erläutert dazu: „Mittlerweile erstreckt sich dieses Angebot bis hin zu TÜV-zertifizierten TVDAs für die Sicherheitstechnik. Die Zeit für die Realisierung einer Applikation wird so minimiert, und es sind von vorherein alle notwendigen Komponenten vorgedacht, die vom Anwender bei Bedarf jederzeit ergänzt werden können.“

Intelligentes Zubehör

Lütze bietet mit Airstream eine umfassende Lösung für ein gutes Schaltschrankklima. „Intelligentes Zubehör für den Verdrahtungsrahmen, wie beispielsweise der Airblower-Lüfter zur Homogenisierung des Klimas im Schaltschrank oder die Airblades zur zielgerichteten Kühlluftführung vermindern die Gefahr von Hot-Spots deutlich. Dies führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Komponenten und zu einer Verringerung der Gefahr von Maschinenausfällen“, erklärt Udo Lütze. Darüber hinaus biete das Unternehmen neben der aktiven Beratung bei thermischen Problemen mit dem Leitfaden für eine effiziente Schaltschrankklimatisierung zahlreiche Praxistipps, die bereits bei der Planung des Schaltschranks zur Vermeidung von Wärmeproblemen berücksichtigt werden können.

Thomas Eglof führt an, dass Anwender bei Häwa ganz konkret davon profitieren, dass für die Montage des Zubehörs grundsätzlich nur eine Person notwendig ist. „Es muss also niemand zusätzlich dabei sein, um zum Beispiel etwas zu halten. Diese Unkompliziertheit ist dadurch möglich, dass wir das Zubehör für unsere Schaltschränke selbst entwickeln“, sagt Eglof. Aktuell sei dies beispielsweise auch bei einer neuen LED-Beleuchtung für Schaltschränke der Fall. Sie komme ohne Kontaktschalter oder Bewegungsmelder aus und liefere dann Licht, wenn die Tür des Schaltschranks geöffnet ist. „Eine scheinbar unspektakuläre Innovation, ja, aber unheimlich praktisch“, ergänzt der Produktmanager.

Lohmeier bietet für seine Schränke beispielsweise entsprechende Festböden an, die eine Luftzirkulation zulassen. Darüber hinaus erhalten Kunden Hilfe bei der Auslegung ihrer Schaltschrankklimatisierung – die je nach Vorgabe gleich mit ein- oder an den Schaltschrank angebaut wird. „Außerdem sind Belüftungsmöglichkeiten beispielsweise durch Lüfterdächer oder perforierte Sockel dort möglich, wo die IP-Schutzart es zulässt“, sagt der Vertriebsleiter Dirk Mücke.

Und bei Elmeko liegt die Klimatisierung kleinerer Schaltschränke und Bediengehäuse laut David Streit schon immer im Fokus. Dafür werden maßgeschneiderte Lösungen angeboten, die in vielen Leistungsklassen – beispielsweise als Serie von Peltier-Kühlgeräten – zur Verfügung stehen. „Mit den Peltier-Kühlgeräten können auch kleine Verlustleistungen mit kleiner Baugröße abgefangen werden. Sie eignen sich also perfekt für dezentrale, kleine Gehäuse, die heutzutage oft in die Maschine integriert sind“, sagt Streit.

Effiziente Auslegung und Fertigung

Apropos Auslegung – welche Tools bieten die Hersteller ihren Anwendern an, die nicht nur die Auslegung, sondern auch die anschließende Fertigung des Schaltschranks effizienter machen? „Wir unterstützen den Anwender beispielsweise bei der Dimensionierung der Klimatisierung. Die Besonderheit hierbei ist: Aus einer Datenbank kann der vorgesehene Einsatzort ausgewählt werden und die dort herrschenden klimatischen Bedingungen werden berücksichtigt“, sagt Produktmanager Koch von Schneider Electric. Zur Unterstützung bei der Planung von Schränken sowie bei der maschinellen Bestückung und Verdrahtung versorge der Hersteller die Anwender des Weiteren mit 3D-Produktdaten. Darüber hinaus werden beispielsweise folgende Hilfeleistungen angeboten: Schnellverdrahtungssysteme, Mulitstandard-Produkte wie etwa der Leistungsschalter PowerPact B, der ohne Einschränkungen weltweit eingesetzt werden kann, oder Produkte wie TeSys D Green – hier sorgen vier Weitspannungsbereiche sowie die Möglichkeit einer Ansteuerung sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselspannungen für eine erhebliche Vereinfachung von Konstruktion und Lagerhaltung.

„Mit unserem frei verfügbaren Berechnungsprogramm Delta T haben die Anwender die Möglichkeit, eine schnelle Leistungsberechnung durchzuführen. Die entsprechenden Produkte für die Klimatisierung werden direkt vorgeschlagen“, erklärt David Streit von Elmeko. Das Unternehmen liefert die Schränke sowohl als Standard-Schaltschrank, als vorgefertigte Einheit, inklusive der Montageausbrüche für Klimageräte, Kabelverschraubungen etc. als auch mit montierter Ausstattung.

Die Optimierung von Wertschöpfungsketten

Gemäß Michael Schell von Rittal müssen Industrie-4.0-Konzepte die Prozesse vom Anbieter zum Kunden entlang kompletter Wertschöpfungsketten optimieren: „Für unsere Kunden erarbeiten wir dies gemeinsam mit Eplan in Form von Softwarelösungen, Produkten, Maschinen und Dienstleistungen. Die Verkettung dieser Leistungen zeigen wir jeden Tag in unserem Rittal Innovation Center in Haiger.“ Ein Beispiel sei das „Eplan Smart Wiring“: Alle notwendigen Informationen zur Verdrahtung wie auch die Engineering-Daten des Montageaufbaus im Schaltschrank werden hier komplett in digitaler Form für die Fertigung bereitgestellt und visualisiert. Dadurch könne die zeitaufwändige, fehleranfällige und Know-how verlangende Verdrahtung auf Basis des Schaltplans entfallen.

Vertriebsleiter Dirk Mücke von Lohmeier zur Frage nach einer effizienten Fertigung: „Wir bieten den Kunden mit kurzen Lieferzeiten unter anderem alle mechanischen Vorarbeiten wie Montageausschnitte in Verkleidungsteilen, vorgearbeitete Montageplatten, mechanisch aufgebaute Montageplatten sowie die Vormontage von mechanischen Einbauten an. Dadurch kann sich der Kunde komplett auf die elektrotechnische Bestückung konzentrieren.“

Bei Lütze besteht das Airstream-Komplettsystem aus einem Verdrahtungssystem, einem Planungs-Konfigurator sowie dem Airtemp-Onlinetool zur thermischen Analyse der Schaltschrankaufbauten. Udo Lütze erläutert dazu: „Airtemp gestattet eine differenzierte thermodynamische Analyse eines Schaltschranks mit Montageplatte oder Airstream-Verdrahtungsrahmen. Die Daten aus der Simulation ermöglichen eine thermisch verbesserte Anordnung der Komponenten.“ Mit dem Airstream-Konfigurator oder wahlweise auch mit Eplan lassen sich die Verdrahtungsrahmen demnach bequem planen und umsetzen. Darüber hinaus verfüge Airstream von Haus aus über eine große Modularität und setze Maßstäbe bei Flexibilität und Installationszeit. „Sein Potential für nachträgliches Umrüsten oder kurzfristige Änderungen sowie die Zeiteinsparung gegenüber der Montagetafel bei der Verdrahtung machen Airstream besonders effizient“, ergänzt Udo Lütze.

Und Produktmanager Eglof zu den Tools von Häwa: „Das effizienteste Tool, das wir liefern, ist unsere kundenspezifische Fertigung.“ Mindestens acht von zehn Schaltschränken, die die Häwa-Werke verlassen, sind demnach nicht von der Stange, sondern individuell für den jeweiligen Anwender geplant und dann gefertigt. „Dies ist übrigens nicht nur ein erstklassiger Service, sondern in erster Linie eine Frage der Effizienz. Ein Schaltschrank, der bereits bei der Lieferung komplett auf seinen späteren Einsatzbereich vorbereitet ist, spart enorm viel Zeit bei der Bestückung und der Inbetriebnahme“, führt Eglof weiter aus. Und genau das sei in Zeiten, in denen zum Beispiel eine neue Produktionsstraße auf den Tag genau in Betrieb gehen muss, oft entscheidend. Bezeichne man das Innere des Schaltschranks, wie erwähnt, als das „Gehirn“ eines Maschinenkomplexes, dann sollte man aus seiner Sicht vor Ort nicht mehr an der Hardware optimieren müssen.

www.elmeko.de

www.haewa.de

www.lohmeier.de

www.luetze.com

www.rittal.com

www.schneider-electric.de

Aktuelle Informationen rund um elektrotechnische Bauelemente:

http://hier.pro/sVCc4


„Wir sehen einen Trend hin zu dezentralen und somit auch kleineren Schaltschränken, die dann an der Maschine verteilt montiert werden.“

David Streit, Vertriebsleiter, Elmeko
Bild: Elmeko

„Ein Verzicht auf den Schaltschrank ist aus unserer Sicht weder möglich noch sinnvoll.“

Thomas Eglof, Produktmanager, Häwa
Bild: Häwa

„Ein Schaltschrank bietet den bestmöglichen Schutz der Komponenten vor Staub, Feuchtigkeit sowie EMV-Strahlung.“

Dirk Mücke, Vertriebsleitung, Lohmeier
Bild: Lohmeier

„Die Kosten für die Klimatisierung können durch eine zentrale Anlage deutlich reduziert werden. Das ist gut für das Budget und für das Klima.“

Udo Lütze, Inhaber der Luetze International Group
Bild: Lütze

„Spätestens wenn man dezentrale Maschinensteuerungen und Prozesse miteinander verknüpfen möchte, wird ein Schaltschrank benötigt, in dem diese Funktion integriert ist.“

Michael Schell, Leitung Produktmanagement Industry, Rittal
Bild: Rittal

„Solange nicht auf breiter Front Augmented Reality eingesetzt wird, um den Anwender gezielt zu neuralgischen Punkten zu leiten, bietet der zentrale Aufbau nach wie vor die bessere Übersicht und damit auch Zeitvorteile.“

Martin Koch, Produktmanager Schalten & Schützen, Schneider Electric
Bild: Schneider Electric



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