AS-i-Schaltschrankmodul KE5 - Bild: Phoenix Contact

Das AS-i-Schaltschrankmodul KE5 von Pepperl+Fuchs für Sensoren und Aktoren entstand in Kooperation mit Phoenix Contact. - Bild: Phoenix Contact

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 aufschlagen. Um diese Hürde zu meistern hat sich der Fabrik- und Prozessautomatisierungs-Anbieter Pepperl+Fuchs bei der Neuentwicklung seines E/A-Moduls KE5 mit Phoenix Contact zusammen getan.

Modul - Gehäusefamilie

Konrad Kern (links) und Frank Ebert (rechts). - Bild: Phoenix Contact
Konrad Kern (links) und Frank Ebert (rechts). - Bild: Phoenix Contact

„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 Pepperl+Fuchs. 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 Phoenix Contact inzwischen auch für andere Branchen erfolgreich auf den Markt gebracht hat.

Am Stammsitz von Pepperl+Fuchs sind Entwicklung, Marketing und auch die Labore angesiedelt. In der EMV-Messkammer erfolgen zum Beispiel die EMV-Prüfungen für hochfrequente Emissionen und Störeinstrahlungen. 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

Bild: Phoenix Contact
Bild: Phoenix Contact

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, findet AS-i auch durch seine Flexibilität als dezentrales Interface-System 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.

Es ist nun gelungen mit der Geräteserie KE5 ein effizientes System in einer kompakten Bauform zu entwickeln. Auf einer Baubreite von weniger als 19 Millimeter befinden sich im Frontbereich 28 gut zugängliche Anschlusspunkte. „Die Packungsdichte konnten wir gegenüber anderen Lösungen um 50 Prozent erhöhen“, erläutert Kern. Vor allem kostenintensiven Schaltschrankplatz können unsere Kunden 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 nur 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.

Auf den Stecker kommt es an

Bild: Phoenix Contact
In der GTEM-Zelle bei Pepperl+Fuchs wird die Störfestigkeit des KE5-Moduls nach dem Standard IEC 61000-4-20 geprüft. - Bild: Phoenix Contact

Besonders effizient am Gehäuse ist die innovative Anschlusstechnik. Mit dem Push-in-Federkraftstecker wird 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 über ein Verriegelungssystem lösen und unterstützen so einen fehlerfreien Geräteaustausch.

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 Frank Ebert, zuständiger Entwicklungsleiter im KE5-Projekt, „und das unter der vollen Stromlast von 8 A“.

Gehäusefamilie ME-IO ist am Markt. - Bild: Phoenix Contact
Gehäusefamilie ME-IO ist am Markt. - Bild: Phoenix Contact

Für die galvanische Trennung von Schaltausgängen wurden auch Relais-Module entwickelt, über die 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, sodass 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 einfach und kostengünstig umsetzen wie 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“.

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 Millimeter 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.

Durch die Kooperation zwischen den beiden Unternehmen konnte ein Schrankmodul für Abfüll-Anlagen der Getränke-Industrie entwickelt werden. Bei Krones, dem Maschinen- und Anlagenbauer für die Bereiche Prozess-, Abfüll- und Verpackungstechnik, befindet sich das KE5-Modul bereits in der Testphase.