Funk-Schaltgeräte für anspruchsvolle Einsätze

Im Programm der Wireless-Schaltgeräte gibt es nicht nur neue Baureihen für energieautarken und batteriegestützten Betrieb, sondern auch neue Funkstandards, die u.a. höhere Reichweiten bei der Nutzung der „Energie Harvesting"-Technologie ermöglichen.

Wireless-Schaltgeräte bieten in vielen industriellen Anwendungsbereichen deutliche Vorteile sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch aus technischer Sicht. Der Maschinen- und Anlagenbauer muss keine Signalleitungen verlegen. Das spart vor allem dann Zeit und Kosten, wenn die Schalter in unzugänglichen Maschinenbereichen oder an beweglichen Komponenten (verschiebbaren Türen, rotierenden Werkzeugen etc.) angebracht sind. Zudem gewinnt er an Flexibilität, weil die Schalter nachträglich an anderer Position installiert werden können - ein Vorteil, der bei Bediengeräten besonders ins Gewicht fällt.

„Energy Harvesting" für Industrie-Anwendungen
Der Nutzwert von kabellosen Schaltgeräten ist dann besonders groß, wenn man nicht nur auf die kabelgebundene Signalleitung, sondern auch auf die Energiezuführung verzichten kann. Hier gibt es die Standardlösung der Stromversorgung per Energie, aber auch die innovativere Variante des „Energy Harvesting", bei dem das Schaltgerät selbst die Energie erzeugt, die zum Senden des Funksignals nötig ist - z.B. über ein miniaturisiertes Solarmodul oder einen elektrodynamischen Energiegenerator.

Anfangs war der Einsatzbereich dieser Technologie in der industriellen Automatisierungstechnik begrenzt, weil sie vorwiegend für die Gebäudeautomation entwickelt wurde. Dementsprechend waren Parameter wie die Lebensdauer (Anzahl der Schaltspiele) und Schalthäufigkeit begrenzt. Daraufhin hat der steute-Geschäftsbereich „Wireless" durch eigene Entwicklungen die Anwendungsmöglichkeiten erweitert, u.a. durch einen elektrodynamischen Energiegenerator mit einer Lebensdauer von mehr als einer Million Schaltspielen.

Neue Generation von ­Wireless-Positionsschaltern
Zu den neuen Baureihen des Geschäftsbereichs „Wireless" gehören die Funk-Positionsschalter der Baureihe RF 98 mit elektrodynamischem Energiegenerator. Sie sind in einem äußerst robusten Gehäuse untergebracht, dessen Einbaumaße der DIN EN 50041 entsprechen. Daher kann der RF 98 sehr vielseitig eingesetzt werden - auch unter rauen Umgebungsbedingungen, wie die Schutzarten IP 66 und IP 69K (optional) beweisen. Es stehen zahlreiche Betätigungselemente zur Auswahl.

Neuer Funk-Standard für erhöhte Reichweiten und bidirektionale Kommunikation
Aktuell führt steute einen neuen Funkstandard ein, der u.a. den Vorteil bietet, dass er die Reichweite der Funkverbindung erweitert. Damit wird der Betrieb von Funk-Schaltgeräten bei Reichweiten bis 700 Metern im Freifeld möglich. Das Funkprotokoll arbeitet im 868 MHz-Band bzw. mit 915 MHz in der Nordamerika-Ausführung. Die 915 MHz-Version ist nach FCC und IC zugelassen; eine CSA/UL-Zulassung ist in Vorbereitung. Der Anwender hat die Wahl zwischen zwei Varianten. Bei energieautarken Schaltgeräten wird eine Funk-Technik eingesetzt, die beim Abschicken eines Funksignals noch ausreichend Energie zum Empfang der Empfangsbestätigung des Empfängers bereitstellt. Damit wird eine - wenn auch zeitversetzte - bidirektionale Kommunikation ermöglicht. Die zweite Variante kommt in batteriegestützten Funk-Schaltgeräten zum Einsatz. Sie quittiert das „Acknowledge"-Signal sofort nach dem Empfang, kann das Signal ggfs. wiederholt senden und bei Bedarf auch bei der Empfangseinheit „nachfragen", ob das Signal angekommen ist. Auf diese Weise ist auch bei sensiblen Anwendungen die nötige Übertragungssicherheit gewährleistet.

Modulares Programm
Die ersten Schaltgeräte, die mit dem neuen Funkmodul ausgerüstet sind, hat steute auf der SPS/IPC/Drives erstmals gezeigt. Es handelt sich um Positionsschalter der Reihe 95, die in zwei verschiedenen Reichweiten verfügbar sind. Mit einer Antenne im „Haifischflossen"-Design sind Anwendungen im „Long-Range Device"-Bereich (LR) bis 450 m möglich. Als Alternative steht eine „Ultra Long Range Device"-Antenne (ULRD) zur Verfügung, die Reichweiten bis 700 m im Freifeld erlaubt. Die verschiedenen Varianten (energieautark/ batteriegestützt und LR/ ULR) lassen sich frei miteinander kombinieren. Damit erweitert steute das modular konstruierte Programm der Funk-Schaltgeräte. Und der Anwender kann sicher sein, dass künftig noch weitere Bauarten von Wireless-Schaltgeräten mit der neuen Funk-Technik verfügbar sein werden.

2,4 GHz-Funkstandard: Kurze Ansprechzeit, geringe Stromaufnahme
Als Alternative zu den beschriebenen Standards hat steute auch ein Funkprotokoll für den weltweit einsetzbaren 2,4 GHz-Bereich entwickelt. Durch ein spezielles Frequenz-Hoppingverfahren ist eine hohe Koexistenz mit anderen Systemen im 2,4 GHz-Band gewährleistet. Ein weiterer Vorteil ist die Funktion des Sleepmodus, bei dem das System nur 6 μA Strom verbraucht. Durch Betätigen einer Schalterfunktion wird das System aktiviert und die Funkdatenverbindung in weniger als 200 msec (typisch sind 50 bis 100 msec) hergestellt. Der Anwender bemerkt davon nichts, profitiert aber von deutlich längerer Batterielebensdauer. Zu den ersten Schaltgeräten, die mit dieser Funktechnologie ausgerüstet werden, gehören Fußschalter der GFS/ GFSI-Baureihe.

Energieautarke Befehlsgeräte für den Explosionsschutz
Auch für explosionsgefährdete Bereiche stehen inzwischen kabellose, energie-autarke Schaltgeräte mit elektrodynamischem Energiewandler zur Verfügung. Denn steute hat diese „Energy Harvesting"-Technologie entsprechend zertifizieren lassen - mit dem Ergebnis, dass z.B. die Befehlsgeräte der Baureihe Ex RF BF 80 gemäß ATEX-Richtlinie für den Einsatz in den Gas-Ex-Zonen 1 und 2 und den Staub-Ex-Zonen 21 und 22 zugelassen sind (Abb. 2). Das Kunststoffgehäuse der neuen Befehlsgeräte ist sehr robust. Es stehen Varianten für ein, zwei und drei Bedienelemente zur Verfügung, wobei der Anwender aus einem breiten Programm an Drucktastern wählen kann. Das Wireless-Protokoll gewährleistet eine hohe Übertragungssicherheit über Distanzen bis 30 Meter (in Gebäuden) bzw. 300 Meter (Außenbereich). Außerdem können mehrere „Wireless Ex"-Systeme in einem Sendebereich betrieben werden; die eindeutige Zuordnung von Befehlsgerät und Empfangseinheit wird im Teach-in-Betrieb mit wenigen Schritten erledigt.

Wireless-Sensorik mit Batterie
In vielen Fällen - z.B. wenn ein Statussignal erwünscht ist - wird der Anwender von Wireless-Technologien einem Schaltgerät den Vorzug geben, das mit einer Batterieversorgung ausgestattet ist. Zum Programm, das steute hier bietet, gehören u.a. sehr kompakte Positionsschalter. Unumgänglich ist die Batterie bei kabellosen Sensoren, denn beim Betätigen dieser Schaltgeräte entsteht keine Bewegung, die in Energie umgewandelt werden könnte. Der Anwender kann sich u.a. zwischen verschiedenen Bauformen von Wireless-Magnetsensoren entscheiden. Selbst batteriegestützte Wireless-Lichtschranken stehen zur Verfügung. Und das schon jetzt große Programm wird kontinuierlich erweitert.