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Energieefiziente Automatisierung

Mit Reduzierfunktion am Ventilstecker Strom sparen

Energie aus elektrischem Strom kann Industriebetriebe gut viermal teurer kommen als aus Erdgas. Entsprechende Energiesparmaßnahmen führen daher häufig zu deutlichen Einsparungen bei CO2-Ausstoß und Kosten. Um das Potenzial möglichst umfassend auszuschöpfen, gilt es, auch unauffällige Energieverbraucher im Blick zu haben. Hier setzen kürzlich vorgestellte Ventilstecker von Phoenix Contact an: Die Steckverbinder können bei der Ansteuerung eines Ventils bis zu 50 Prozent weniger Energie verbrauchen als Modelle mit herkömmlicher Technologie.

Bild: Phoenix Contact

Etwa zwei bis zehn Prozent des Jahresumsatzes zahlt die Industrie für Wärme und elektrische Energie. Jedes Kilowatt Strom, das durch effektivere Geräte oder andere technische Maßnahmen eingespart wird, mindert den Ausstoß an CO2. Ein weiterer Vorteil der Energieeinsparung ist die Kostenersparnis angesichts stetig steigender Energiekosten. Um Unternehmen bei diesen Initiativen zu unterstützen, hat Phoenix Contact einen Steckverbinder mit Energiereduzier-Funktion entwickelt und auf der Hannover Messe 2014 der Öffentlichkeit vorgestellt.



Nach Ansteuerung des Ventils wird der Haltestrom durch die Energiereduzier-Funktion der Ventilstecker auf 50 Prozent reduziert. Somit können kleinere Netzteile verwendet und Kosten eingespart werden. Bild: Phoenix Contact

Voraussetzung: Schutz vor Umwelteinwirkungen

Der Ventilstecker ist für industrielle Umgebungsbedingungen ausgelegt. Neben den normativen Anforderungen nach der deutschen Industrienorm EN 175301-803 sind die Einheiten gegen Eindringen von Staub und Flüssigkeiten abgeschirmt. Diese Schutzart IP67 ist bei Verwendung der Stecker außerhalb von Schaltschränken in Produktionsbereichen meist unumgänglich, da etwa verwendete Öle einer Schraubenfertigung die Funktionalität des Ventilsteckers schnell beeinträchtigen können.

Neuentwicklung ab der Leiterplatte erforderlich

Die Herausforderung bei der Entwicklung der Ventilstecker waren die Energiesparfunktionen. Dazu musste zunächst die Neukonstruktion einer Leiterplatte für die verschiedenen Ventilstecker-Bauformen angestoßen werden. Mit dieser Leiterplatte wird die Reduzierung der Energie durch eine Pulsweiten-Modulation möglich. Durch ein schnelles Ein- und Ausschalten des Ventils wird der benötigte Strom zum Halten des Ventilankers um bis zu 50 Prozent gesenkt (Bild rechts). Dabei lässt sich die Schaltung in drei Segmente aufteilen:

  • Der erste Schaltungsteil ist die Ventilansteuerung. Hier wird das Ventil für eine kurze Zeit voll bestromt. Dies ist notwendig, um die Übergangskraft des Magnetfeldes zu überbrücken. Jetzt befindet sich das Ventil im eingeschalteten Zustand.
  • Der zweite Schaltungsteil stellt die Pulsweitenmodulation dar. Hier wird mit Hilfe eines Oszillators die Taktfrequenz der pulsierenden Rechteckspannung vorgegeben. Das daraus resultierende Ein- und Ausschalten bewirkt die Energiereduktion am Ventil. Dabei bleibt das Ventil aufgrund der Trägheit des Ankers weiterhin im eingeschalteten Zustand, da die Taktfrequenz schneller ist als die abfallende Kraft des Magnetfeldes.
  • Der dritte und letzte Schaltungsteil beschreibt die Leistungsabgabe an das Ventil sowie die Schutzbeschaltung für davor befindliche Steuerungselemente. Durch die integrierte Schutzbeschaltung in Form einer Freilaufdiode im Ventilstecker wird im ‚Energiesparmodus‘ der aufgebaute Strom während des Abschaltens zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes im Ventil wiederum in den Leistungskreis zurückgeführt, wodurch weitere Energie eingespart wird.

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