Stromversorgung maßgeschneidert

Mit dem Standard ASi-5 sind die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt. Bild: Gebrüder Frei GmbH

Mit dem Standard ASi-5 sind die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt. Bild: Gebrüder Frei GmbH

Sicher und zuverlässig sollen Anlagen und Maschinen arbeiten. Dafür spielt auch die Stromversorgung eine wichtige Rolle, obwohl sie meist eher im Hintergrund arbeitet. Die Auswahl der passenden Stromversorgung wird nicht nur bestimmt von unterschiedlichen Leistungsanforderungen, sondern auch differierende Wünsche an die Bauform, notwendige Zertifizierungen oder die in der Applikation verwendeten Bussysteme sind wichtige Kriterien. Darum gibt es auch bei Stromversorgungen nicht die „eierlegende Wollmilchsau“. In vielen Fällen zeigt sich aber ohnehin, dass eine auf die Anwendung maßgeschneiderte Stromversorgung nicht nur praxisgerechter, sondern auch effizienter als eine Standardlösung ist. Das gilt auch für moderne Stromversorgungen, die bereits den Standard ASi-5 unterstützen.

Die Primärschaltregler haben sowohl Filter für ASi-5 als auch für ASi-3, sind also abwärtskompatibel; am Ausgang stellen sie je nach Ausführung 0...8 A bzw. 0...4 A zur Verfügung. Bild: Gebrüder Frei GmbH
Die Primärschaltregler haben sowohl Filter für ASi-5 als auch für ASi-3, sind also abwärtskompatibel; am Ausgang stellen sie je nach Ausführung 0…8 A bzw. 0…4 A zur Verfügung.
Bild: Gebrüder Frei GmbH

Das AS-Interface-System (ASi) hat sich als einfache und kostengünstige Verdrahtungstechnik für Sensoren und Aktoren in vielen Bereichen durchgesetzt, vor allem weil Stromversorgung und Datenkommunikation über ein einziges Flachkabel laufen. Bei einigen Anwendungen stößt der Standard ASi-3 inzwischen jedoch an seine Grenzen. Neben den 4-Bit Prozessdaten pro Slave bedeutet z.B. auch die Zykluszeit von 10 ms bei Vollausbau mit 62 Teilnehmern oft eine Einschränkung und pro angeschlossenem Modul steht für Diagnosemeldungen nur 1 Bit zur Verfügung. Im Hinblick auf Industrie 4.0 war deshalb eine Weiterentwicklung notwendig. Mit dem Standard ASi-5 sind die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt: Es lassen sich mehr Daten übertragen, mehr Teilnehmer anschließen und die Datenbreite vervierfacht sich. Gleichzeitig sinkt die Zykluszeit von 5 ms auf 1,2 ms (bei 24 Teilnehmern) und die Netzwerklänge pro Strang verdoppelt sich auf 200 m. Zudem bietet ASi-5 im Vergleich zum vorherigen Standard eine deutlich erweiterte Diagnose. Das heißt, es stehen azyklische Dienste zur Verfügung sowie ein zusätzlicher Diagnosekanal parallel zu den Prozessdaten. ASi-5 eignet sich damit bspw. für Predictive-Maintenance und ist für die Zukunft bestens gerüstet. Zudem ist die Einbindung von IO-Link einfach zu realisieren und auch ASi-3 Geräte lassen sich weiter nutzen.

 

Primärschaltregler für den ASi-5-Standard

Christian Koch, Teamleiter Stromversorgungen bei der Gebrüder Frei GmbH: „Als Komplettanbieter für Stromversorgungen produzieren und liefern wir kostengünstig das volle Programm: die flexibel einsetzbare Standardkomponente ebenso wie die detailliert individuelle Lösung, die in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickelt werden.“ Bild: Gebrüder Frei GmbH
Christian Koch, Teamleiter Stromversorgungen bei der Gebrüder Frei GmbH: „Als Komplettanbieter für Stromversorgungen produzieren und liefern wir kostengünstig das volle Programm: die flexibel einsetzbare Standardkomponente ebenso wie die detailliert individuelle Lösung, die in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickelt werden.“
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Natürlich braucht auch der ASi-5-Standard Stromversorgungen, die auf seine Anforderungen abgestimmt sind, also ASi-5-konform sind. Pro Strang ist ein Netzteil mit 30,5 V DC Ausgangsspannung und Datenentkopplung gefordert, um Energie und modulierte Signale störungsfrei auf einer Leitung zu übertragen. Der Stromversorgungsspezialist Frei hat hier frühzeitig reagiert und hat als einer der ersten Hersteller entsprechende Stromversorgungen angeboten. Die Primärschaltregler haben sowohl Filter für ASi-5 als auch für ASi-3, sind also abwärtskompatibel. Am Ausgang stellen sie je nach Ausführung 0…8 A bzw. 0…4 A zur Verfügung.

 

Die Stromversorgungen für den ASi-5-Standard sind aus einer kundenspezifischen Entwicklung entstanden und wurden anschließend im Einvernehmen mit dem Anwender ins Standardprogramm übernommen. „So etwas ist bei uns eher die Regel als die Ausnahme“, erklärt Christian Koch, Teamleiter Stromversorgungen bei der Gebrüder Frei GmbH. „Wenn sich Anwendungen nicht aus dem breit gefächerten Standardprogramm bedienen lassen, werden applikationsgerechte Lösungen maßgeschneidert. Für den Anwender kann das durchaus günstiger sein, weil er beispielsweise nicht für technischen Overhead bezahlen muss, den er gar nicht braucht. Bei USV-Anlagen lohnt es sich beispielsweise die Ultracaps im Hinblick auf dem konkreten Einsatzbereich auszulegen und nicht eine standardmäßige, aber überdimensionierte Lösung zu verwenden.“

Leistung, Bauform und Sicherheit

Ultracap-Laderegler für eine Anwendung im Bereich erneuerbare Energie. Bild: Gebrüder Frei GmbH
Ultracap-Laderegler für eine Anwendung im Bereich erneuerbare Energie.
Bild: Gebrüder Frei GmbH

Bei Stromversorgungen spielen aber oft nicht nur die Leistungsdaten, sondern z.B. auch der Formfaktor eine entscheidende Rolle. Soll das Gerät ein Gehäuse haben, sich auf der Hutschiene oder im 19“-Rack montieren lassen, soll es als Platine im Endgerät seinen Platz finden? Gilt es besondere Normen zu erfüllen? Letzteres war z.B. bei einer Anwendung in der Medizintechnik ein wichtiges Thema. Bei diesem Primärschaltregler galt es, ein spezielles Anforderungsprofil umzusetzen. So mussten die eingesetzten Bauteile entsprechend der sensiblen Anwendung im Patientenbereich ausgewählt werden und qualitativ besonders hochwertig und zuverlässig sein. Aus Sicherheitsgründen mussten Luft- und Kriechstrecken sowie Ableitströme besonders beachtet werden und obendrein galt es mechanische Vorgaben einzuhalten.

Maßgeschneidert für den Einsatzbereich: Primärschaltregler für eine medizinische Anwendung. Bild: Gebrüder Frei GmbH
Maßgeschneidert für den Einsatzbereich: Primärschaltregler für eine medizinische Anwendung.
Bild: Gebrüder Frei GmbH

Ein weiteres Beispiel für eine applikationsspezifische Entwicklung ist ein Primärschaltregler, der für eine sicherheitstechnische Anwendung entwickelt wurde. Er liefert mehrere Ausgangsspannungen, die sich mikroprozessorgesteuert stufenweise einstellen lassen. Wegen der geforderten Baugröße und dem vorgegebenen Höhenprofil wurde das Gerät nach dem Multilayerprinzip aufgebaut, ein Verpolschutz ist integriert und es wurden die applikationsspezifischen Anforderungen an die Netzausfall-Überbrückungszeit erfüllt.

Das Chamäleon unter den Stromversorgungen

„Um schnell auf applikationsspezifische Anforderungen reagieren zu können, haben wir zudem mit den Stromversorgungen der COMPETENT CHAMAELEO Baureihe eine leistungsfähige Plattform entwickelt“, fährt Koch fort. Die exotische Tierfamilie stand Pate bei der Namenswahl dieser Serie, deren Stärke insbesondere in ihrer effizienten Anpassungsfähigkeit an spezifische Kundenwünsche liegt. So passen sich die ultraschmalen Primärschaltregler und DC-USV-Module dank ihres flexiblen modularen Aufbaus unterschiedlichsten Bedarfssituationen an, wobei auch kleine Stückzahlen lieferbar sind.

Die Primärschaltregler (24 V / 5A) bieten einen Weitbereichseingang von 92 bis 265 VAC. Der Ausgangsspannungsbereich ist einstellbar. Sie sind dauerkurzschluss- und dauerleerlauffest und lassen sich über Push-In-Federkraftklemmen einfach anschließen. Weitere Features sind aktive Power Factor Correction (PFC) und eine hohe Störfestigkeit. Die DC-USV sind ebenfalls flexibel einsetzbar. Sie bieten Schutz vor kostenintensiven Applikationsschäden bei einem Ausfall der Versorgungsspannung, können mit integriertem oder externem Energiepuffer ausgelegt werden und lassen sich auch als Kompakt-USV mit integriertem Netzteil und Ladefunktion (Batterielader oder Caplader) ausstatten. „Als Komplettanbieter produzieren und liefern wir damit kostengünstig das volle Programm: die flexibel einsetzbare Standardkomponente ebenso wie die detailliert individuelle Lösung, die in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickelt werden“, fasst Koch zusammen. „Darüber hinaus haben wir gute Kontakte zu UL, CSA, VDE, KEMA und ASI, sind also mit allen aktuellen Sicherheitsanforderungen bestens vertraut und können sämtliche Bauteile effizient bezüglich ihrer Zulassung, Anforderung und Belastung auswählen und kalkulieren.“

Über die Gebrüder Frei GmbH
Wenn es um elektrotechnische und elektronische Geräte und Komponenten geht, vertrauen Kunden in aller Welt dem Namen Frei. Neben ausgereiften Standardprodukten sind es vor allem individuell anwenderspezifische Lösungen bei Stromversorgungen, Systemen der Transporttechnik und im Geschäftsbereich Frei-Systeme, für die das Unternehmen mit Firmensitz im schwäbischen Albstadt bekannt ist. Innovation, nachhaltige Qualität und hohe Wirtschaftlichkeit kennzeichnen die Produkte des mittelständischen Unternehmens, das von den Brüdern Willi und Karl Frei im Jahre 1949 gegründet wurde. Bis heute bestimmen Kreativität und umfassende Kompetenz den Weg zur optimalen und kostengünstigen Kundenlösung, von der gemeinsam gefundenen Idee über die Planung und Fertigung bis zur Prüfung und Inbetriebnahme vor Ort.

Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter: https://www.frei.de/produkte/stromversorgungen/standards.html

Titelbild: Gebrüder Frei GmbH

Ellen-Christine Reiff

Studium der deutschen Philologie, danach tätig bei Theater und Fernsehen, seit 1986 freie Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee mit Schwerpunkt Optoelektronik, elektrische Antriebstechnik, Elektronik und Messtechnik.

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