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Niederspannungsschaltgeräte

Fit für Smart Factory: Darum sind Schaltgeräte nicht von gestern

| Redakteur: Sariana Kunze

Ihre primären Aufgaben „schalten und schützen“ erfüllen sie seit über 100 Jahren. Doch die Niederspannungsschaltgeräte von heute unterscheiden sich deutlich von ihren Ahnen. Denn digitale Leistungsschalter sammeln nicht nur Daten, sondern sind auch durch integrierte Kommunikationsschnittstellen fit für die Smart Factory.

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Die Fabrik von gestern: So fertigte Klöckner-Moeller um 1950 Großverteiler. Deren Sammelschienen waren für einen Strom bis 1000 A ausgelegt.
Die Fabrik von gestern: So fertigte Klöckner-Moeller um 1950 Großverteiler. Deren Sammelschienen waren für einen Strom bis 1000 A ausgelegt.
( Bild: Eaton )

Hilfsschütze – eine überholte Technologie? Diese rhetorische Frage stellte einst Georg Friedrich in der Klöckner-Moeller-Post im Mai 1980. Der damalige Anlass war die Entwicklung der Halbleitertechnik. Man fragte sich, inwieweit die aufkommenden elektronischen Systeme die bis dahin vorherrschenden elektromechanischen Schaltgeräte wohl ablösen würden. Insbesondere stand zur Diskussion, ob Hilfsschütze durch speicherprogrammierbare elektronische Steuerungen überholt wären. Für den Niederspannungsspezialisten aus Bonn, Klöckner-Moeller, hatten beide Technologien reelle Zukunftschancen. Deshalb präsentierte das Unternehmen zur damaligen Hannover Messe die entsprechenden Produkte: neben den speicherprogrammierbaren Elektroniksystemen Sucos PS 22 und PS 24 war das die Universal-Hilfsschütz-Familie DIL 08. Und: Der Hochleistungsselbstschalter NZM H4 sollte die Baureihe an NZM-Hochleistungsschaltern vervollständigen und auch als Motorschutzschalter einsetzbar sein. Denn der Hochleistungsselbstschalter schloss mit einem Schaltvermögen von 50 kAeff bei 380 V die letzte Lücke zwischen dem Motorschutzschalter PKZ M3 (10 kA Schaltvermögen) und dem Hochleistungsschalter NZM H 6 (100 kA Schaltvermögen), erklärte das Unternehmen seinerzeit.

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Schütze verlieren nicht an Bedeutung

Bereits seit der Gründung von Klöckner-Moeller im Jahr 1899 wurde Wert auf eine lange Lebensdauer aller Produkte gelegt sowie auf Eigenschaften, die über denen der Normen-Vorschriften liegen. Dies ist eine Tradition, die dafür gesorgt hat, dass beispielsweise der Produktname der Schütze, DIL, der für „Drehstrom In Luft“ steht, von Anwendern durch „Das Ist Lebensdauer“ ersetzt wurde. Zum 70. Geburtstag des Unternehmens ändert sich dann 1969 die Moellersche Farbenlehre für Schütze. Denn die Schütze vom Typ DIL gab es seit den 1940er Jahren in zwei Baureihen, eingeteilt in Rot und Grün. Die grünen Schütze DIL waren für rund ein halbe Mio. Schaltspiele ausgelegt. Sie zeigten für normale Schaltbeanspruchung bei normaler Schalthäufigkeit, also für 75 Prozent aller Fälle, ein gutes Schaltverhalten. Zugeschnitten auf drei Mio. Schalt- spiele waren die roten DILs. Sie zeigten für normale bis außergewöhnliche Schaltbeanspruchung bei hoher Schalthäufigkeit, in 25 Prozent aller Fälle, ein optimales Schaltverhalten. Diese wurden 1980 von den Universal-Schützen DIL abgelöst. Gert Moeller erklärt die Entscheidung damals so: „Schützen ist schon oft das Aussterben geweissagt worden. Nach wie vor bilden sie das Kernstück der Steuerungstechnik. Ohne sie ist die Automation nicht denkbar. Gerade zum Zeitpunkt der düstersten Prophezeiungen weisen Schütze eine überdurchschnittliche Wachstumsrate auf. Aus diesem Grund hat Klöckner-Moeller der Fortentwicklung von Schützen stets größte Bedeutung beigemessen.“

Schaltgeräte haben Tradition und Zukunft

Der Fortschritt in der Elektrotechnik prägte zugleich auch die Zukunft der Niederspannungsschaltgeräte: Ersetzte einst die speicherprogrammierbare Steuerung die Relais, so dominieren aktuell softwarebasierte Steuerungen und digitale Leistungsschalter. Und aus Klöckner-Moeller wurde Eaton. Noch heute führen deren Leistungsschalter weiter das Kürzel NZM im Namen, aber sie übernehmen eine weitere wichtige Rolle auf dem Weg zur Smart Factory: Weil sie in der Energieverteilung an zentraler Position sitzen, fallen ihnen beim Umsetzen von Digitalisierungsstrategien im Maschinen- und Anlagenbau zusätzliche Aufgaben zu. Merkmale moderner Leistungsschalter von Eaton sind unter anderem Bauartdurchgängigkeit bei Schaltern und Zubehör. Seit Einführung der Produktlinie NZM 1 bis 4 im Jahre 2002 können vorhandene einfache Geräte schnell und problemlos gegen Geräte mit neuen Leistungsmerkmalen ausgetauscht werden. Dies gilt auch für die sich gerade in der Markteinführung befindlichen digitalen Leistungsschalter NZM. Für ältere Baureihen bietet Eaton Bausätze zur Umrüstung an, so dass auch vorhandene ältere Anlagen im Retrofit einfach auf den neuesten Stand gebracht werden können. Unterschiedliche Auslösemechanismen, angefangen bei Thermo-Bimetallen oder kommunikationsfähiger Elektronik, übernehmen die gewünschten Schutzaufgaben sowohl für Wechselspannungsnetze als auch für Gleichspannungsnetze. Sie schützen Kabel und Leitungen, Motoren und Generatoren sowie Trafos. Für die diversen Anwendungen gibt es die Schalter heute mit einem Schaltvermögen bis 1600 A. Das wohl wichtigste Leistungsmerkmal der heutigen digitalen NZM aber ist die Flexibilität der Kommunikationsschnittstelle. Dank verschiedener Kommunikationsmodule lassen sich die vom Schalter erfassten Daten und Messwerte über praktisch alle gängigen Feldbussysteme einfach an übergeordnete Reporting-Strukturen weitergeben, um dort ausgewertet zu werden.

Doch auch andere Produkte wie beispielsweise die Motorschutzschalter wurden in Bonn weiterentwickelt für die Anforderungen bei Digitalisierungsprojekten. So stellte der Niederspannungsspezialist im Jahr 1932 den ersten Motorschutzschalter PKZ vor. Auch hier wurde eine Reduzierung der Variantenvielfalt forciert, was den Aufwand und die Kosten für Projektierung und Bevorratung senkt. Heute können über eine einfache Kommunikationsanbindung die Stromwerte der angeschlossenen Anwendung ausgelesen werden – ein wichtiger Indikator in Digitalisierungsprojekten. Weitere Vorteile für moderne Motorschutzschalter gelten auch für andere Niederspannungsschaltgeräte: Steckbare Module verbessern die Servicefreundlichkeit, verkürzen die Rüstzeiten und ermöglichen eine schnelle Inbetriebnahme. Die Integration in den Systembaukasten xStart schafft Kompatibilität durch Verwendung von Standard-Komponenten. Eine Schnittstelle zur intelligenten Verbindungstechnik Smartwire-DT überträgt prozessrelevante Daten, mit deren Analyse sich die Anlagenverfügbarkeit erhöhen lässt. Ebenso vereinfacht sich so die zeitaufwändige Fehlersuche bei Inbetriebnahme und Wartung.

Der Blick zurück zeigt: Niederspannungsschaltgeräte haben eine lange Tradition. Einhergehend mit der beginnenden Elektrifizierung durchliefen sie in ihrer über 100-jährigen Geschichte die unterschiedlichsten technischen Entwicklungsstufen, bestimmt von den damaligen Anwendungen und verfügbaren Technologien. Dominierten in den Anfängen noch die handwerklichen Entwicklungen, bildeten um 1920 aktuelle Ergebnisse aus Forschung und Wissenschaft die Grundlage für Neuentwicklungen. Niederspannungsschaltgeräte übernehmen immer weitreichendere Aufgaben, besonders auch im Rahmen von Maschinensteuerungen. Rückblickend gilt die Zeitspanne von 1920 bis 1945 als die wohl fruchtbarsten Jahre der noch jungen Technik. Die geforderten Einsatzgebiete der Geräte beeinflussten die Konstruktion wesentlich. Dem Konstrukteur wurden mehr und mehr Eigenschaften wie Schutzart, Schalthäufigkeit und Schaltvermögen vorgegeben. Zu berücksichtigen waren Werte wie Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Isolation, Werkstoffe und Lichtbogenlöschung. Die Stückzahlen stiegen, die handwerkliche Einzelfertigung ging zurück, die industrielle serienmäßige Produktion begann. Betriebsmittel „vor Ort“, wie Motoren, Schaltgeräte, Steuerungen und Verteilungsanlagen wurden gekapselt. Im Jahre 1934 erschien erstmals ein Normblatt über Schutzarten (VDI VDE 50), Vorgänger des späteren Normblattes DIN 40 050. Bei den Motoren nahm der Anteil geschlossener, oberflächengekühlter Motoren zu, Schaltgeräte erhielten statt der „Abdeckungen“ dichtere Gehäuse aus Blech, Guss oder schon aus isolierenden Materialien wie Keramik oder Kunststoff. Jedoch haperte es in den 1970er Jahren noch mit den üblichen Schutzarten IP 54 und IP 55. Man begnügte sich damals mit den Schutzarten IP 43 (IP 50) beim Ausrüsten von Maschinen.

Predictive Maintenance dank digitaler Schaltgeräte

Erfassen, bewerten, vorhersagen: Aufgrund langjähriger Erfahrung bei der Konstruktion von Niederspannungsschaltgeräten und weil digitale Geräte jetzt selbst Daten ermitteln und gewichten können, weiß man bei Eaton, welche Parameter zu Fehlfunktionen führen können. Ein Komponentenausfall lässt sich so vorausberechnen sowie Komponenten zu einem günstigen Zeitpunkt austauschen. Mit dieser vorausschauenden Wartung, Predictive Maintenance, lassen sich Maschinenstillstände vermeiden. Dies macht der digitale NZM möglich, so Eaton. Somit hat ein Urgestein der Elektrotechnik, die Niederspannungsschalttechnik, noch nicht ausgedient. Dank Digitaltechnik ist auch sie fit für Aufgaben in einer intelligenten Fabrik.

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