Neue Funktechnologie für die Maschinensicherheit

Noch vor wenigen Jahren galten Funk-Schaltgeräte in der Industrie als Exoten, die nur dann zur Anwendung kamen, wenn kabelgebundene Alternativen kaum einsetzbar waren. Das hat sich inzwischen geändert. Es gibt nicht nur Referenzbeispiele aus unterschiedlichsten Bereichen, sondern auch diverse Funk-Technologien z. B. für energie­autarke Schaltgeräte und für sicherheitsgerichtete Anwendungen.

Es begann mit der Innovation eines Startup-Unternehmens. Im Jahr 2004 gewann die EnOcean GmbH den renommierten Hermes Award. Sie hatte eine Funk-Technologie entwickelt, mit der die zum Senden des Funksignals nötige Energie nach dem Prinzip des „Energy Harvesting" erzeugt wird - z. B. über ein miniaturisiertes Solarmodul.

Diese Technologie setzte sich in der Gebäudetechnik rasch durch. steute hatte zu diesem Zeitpunkt schon umfangreiche Erfahrungen mit Funk-Technologien in der Medizintechnik gesammelt, erkannte die Vorteile des „Energy Harvesting" und entwickelte als EnOcean-Partner entsprechende Schaltgeräte für Industrie-Anwendungen.

Das war der erste (erfolgreiche) Schritt. Die Einsatzmöglichkeiten der energieautarken Schaltgeräte erwiesen sich als außerordentlich vielfältig. In Industrie-Applikationen gibt es jedoch Anwendungsfälle, in denen andere Anforderungen gestellt werden, weil z. B. eine hohe Schalthäufigkeit oder die Rücksendung eines Empfangs- bzw. Bestätigungssignals verlangt wird. Aus diesem Grund entwickelte steute die Basistechnologie weiter, und das in mehrfacher Hinsicht und in verschiedene Richtungen, so dass heute ein breites Programm an unterschiedlichen Bauarten von Schaltgeräten zur Verfügung steht, das mit verschiedenen sWave-Funkprotokollen kombiniert werden kann.

Weiterentwicklung mit erhöhter Übertragungssicherheit
Unter anderem gehört zu diesem Programm ein Funksystem für energieautarke Funksysteme, das eine extrem robuste und zuverlässige Datenübertragung auf dem 868/ 915 MHz-Band in Industrieumgebungen ermöglicht. Die vom Generator erzeugte Energie reicht aus, um ein Funkprotokoll zu verschicken, eine Empfangsbestätigung vom Empfänger zu verarbeiten und das Protokoll bei fehlender Empfangsbestätigung erneut zu senden. Das Konzept für eine hohe Verfügbarkeit und Unempfindlichkeit besteht darin, die Luftschnittstelle so kurz wie möglich zu benutzen, also einen kurzen Duty Cycle zu gewährleisten. Auch ein störungsfreier Parallelbetrieb mit anderen Systemen bei hoher Systemdichte ist problemlos möglich, und selbstverständlich ist eine hohe EMV-Störfestigkeit im industriellen Umfeld gewährleistet.

Bidirektionale Kommunikation
Auf der Basis dieser Technologie ließ sich - und das war der nächste Schritt - eine bidirektionale Funkstrecke aufbauen. Voraussetzung dafür war allerdings der Verzicht auf das „Energy Harvesting"; stattdessen verwendet man eine Longlife-Batterie als Energiequelle. Diese Technik liefert robuste und zuverlässige Leistung selbst in störanfälligen Funkumgebungen und erweitert nochmals die Einsatzmöglichkeiten der Funktechnik. Parallel dazu hatte steute einen neuen elektrodynamischen Energiegenerator entwickelt, der eine hohe Schalthäufigkeit bei sehr langer Lebensdauer bietet und mit verschiedenen kabellosen Kommunikationsstandards kombinierbar ist.

Auch für Sensoren und für ex-geschützte Bereiche
Die batteriegestützte Funktechnik schaffte die Voraussetzung dafür, auch Funk-Sensoren zur Marktreife zu entwickeln. Da die Sensoren über keine beweglichen Betätiger verfügen und die Energie nicht über eine mechanische Bewegung erzeugt werden kann, sind elektrodynamische Energiegeneratoren hier nicht einsetzbar.
Darüber hinaus hat steute die sWave-Funktechnologie für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ertüchtigt. Die „Wireless Ex"-Schaltgeräte bieten u. a. den Vorteil, dass sie aus den Ex-Bereichen „herausfunken" und man auf ex-konforme Leitungsverbindungen verzichten kann.
Eine andere Programmerweiterung betrifft energieautarke Befehls- und Bediengeräte. Sie bieten den großen Vorteil, dass sie sich flexibel dort anbringen lassen, wo der Bediener sie benötigt. Bei geänderten Anforderungen oder Maschinenumbauten kann man die Position ganz einfach verändern, ohne Rücksicht auf verlegte Leitungen zu nehmen. In der heutigen flexiblen Produktion ist das ein echtes Plus.

Funk-Fußschalter als Zustimmschalter
Eine aktuelle Neuentwicklung - ein kabelloser Sicherheits-Fußschalter - kommt an Pressen, Einlegestationen und anderen Maschinen zum Einsatz, die als Sicherheitseinrichtung einen Fußschalter als Zustimmschalter verwenden. Solange der Maschineneinrichter den Fußschalter gedrückt hält, kann er die Maschine starten und im Einrichtbetrieb fahren oder bei geöffneter Schutztür den Prozess beobachten. Der Verzicht auf die Leitung hat den Vorteil, dass der Bediener freier in seinen Bewegungen ist und keine störende Leitung auf dem Boden herumliegt. Die Auswertung der Funksignale überimmt eine kompakte Kombination aus Funkempfänger und Sicherheitsrelaismodul, die im Schaltschrank eingebaut werden kann.

Neue Funktechnologie für die Maschinensicherheit
Für diese Einsätze hat steute eigens eine neue Funktechnologie im 2,4 GHz-Band mit der Bezeichnung sWave 2.4-safe entwickelt, die alle Anforderungen der Maschinensicherheit erfüllt. Das aus dem Funkfußschalter und der Empfangseinheit bestehende System ist EG-baumustergeprüft und gemäß ISO EN 13849-1 in Performance Level (PL) d sowie Safety Integrated Level (SIL) 2 nach IEC 62061 eingestuft. Diese Kategorisierung dokumentiert die Zuverlässigkeit des sicheren Funksignals und die Eignung für sicherheitsgerichte Anwendungen.
Alternativ steht auch ein Funksystem auf 2,4 GHz-Basis für nicht sicherheitsgerichtete Anwendungen zur Verfügung. Seine Grundeigenschaften sind eine hohe Zuverlässigkeit, ein störungsfreier Parallelbetrieb mehrerer Sende- und Empfangseinheiten durch ein spezielles Frequency Hopping-Verfahren sowie sehr lange Batteriestandzeiten.

Modulsystem sorgt für Flexibilität
Mit den verschiedenen Schaltgeräte-Baureihen und den Funktechnologien steht jetzt ein Modulsystem für Funk-Schaltgeräte zur Verfügung, das sich vielfältig kombinieren lässt. Jetzt ist auch die Kreativität der Konstrukteure gefragt, um neue Anwendungsbereiche für diese Technologien zu erschließen und die Vorteile der kabellosen Schaltgeräte zu nutzen.