Weniger Risiko, weniger Aufwand, viele Möglichkeiten Antriebe und Schutzkleinspannung

Schutzkleinspannung und Kleinspannung sind nicht dasselbe. Welche Spannung beispielsweise bei industriellen Antrieben aus Sicherheitsgründen angebracht ist, lässt sich nur im Hinblick auf die Anwendung beantworten. Die Schutzkleinspannung definiert sich über das Schutzziel der Anwendungen; es gibt daher dafür keine fixen Werte.

Prinzipiell ist Kleinspannung als Bereich der Niederspannung definiert mit maximal 120 Volt Gleichspannung oder maximal 50 Volt Wechselspannung. Für Mensch und Tier sind diese Werte nicht vollkommen harmlos, aber nicht lebensbedrohend. Auch für empfindliche Gerätschaften kann eine solche Kleinspannung in der Umgebung für eine sichere Funktion sinnvoll sein. Es lässt sich nicht allgemeingültig beantworten, welche Kleinspannung bei elektrischen Antrieben aus Sicherheitsgründen angebracht ist.

Modulares Antriebssystem für den Kleinspannungsbetrieb

Die in vielen Automatisierungsanwendungen verbreiteten, industriegerecht ausgelegten Antriebe von ebm-papst St. Georgen arbeiten üblicherweise mit Kleinspannung, konkret sind das Gleichspannungen von 24 oder 48 V (Bild 1). Das heißt nicht immer, dass die Motoren genau an diesen Spannungen betrieben werden müssen. Vielmehr sorgen Transformatoren in den Netzteilen

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und Batterien in mobilen Geräten für die notwendige galvanische Trennung und Sicherheit.

Wie bei Gleichspannungen unter 60 V allgemein üblich, ist prinzipiell bei den Antrieben kein aufwändiger Berührungsschutz vorzusehen. Denn die Kleinspannungswerte gelten im normalen Umfeld als ungefährlich. Eine klassische Definition für die Schutzkleinspannung gibt es nicht, nur das Ziel, dass diese Spannung völlig ungefährlich sein muss. Ob sie das ist, hängt von der Anwendung ab: Ein Industrieroboter oder ein Fahrerloses Transportsystem stellen hier andere Anforderungen als ein medizintechnisches Gerät, das direkt am Patienten eingesetzt wird. Ein OP-Tisch (Bild 2) ist dafür ein gutes Beispiel: Obwohl bei weniger als 60 V Gleichspannung keine lebensbedrohenden Stromschläge zu befürchten sind, könnten schon kleinste elektrizitätsbedingte Muskelreflexe beim Patienten oder Operateur schwerwiegende Auswirkungen haben. Das gesamte Sicherheitskonzept und das Gerätedesign entscheiden in solchen Fällen über die Wahl der richtigen Spannung. Die Kleinspannungsantriebe sind hier eine sehr gute Wahl (Bild 3).

Kleine Spannung, viele Vorteile

Was bedeutet dies nun für die Antriebe aus dem Modularen Antriebssystem von ebm-papst? Das „Herz“ aller hier möglichen Konfigurationen sind elektronisch kommutierte Innen- und Außenläufermotoren im Leistungsbereich von ca. 10 bis 750 W, die alle mit Kleinspannungen arbeiten. Neben den Motoren sind Regelelektroniken mit unterschiedlichen Kommunikationsschnittstellen, unterschiedliche Getriebevarianten sowie Encoder und Bremsen verfügbar, so dass sich Antriebslösungen quer durch alle Branchen realisieren lassen.

Kleinspannung geht nicht mit einer Leistungseinschränkung einher, wie man vermuten könnte; sondern das Gegenteil ist der Fall. So treiben elektrisch kommutierte Antriebsysteme wie im Fahr-Lenk-System ArgoDrive etwa Fahrerlose Transportfahrzeuge (Automated Guided Vehicles (AGV), Bild 4) in der Intralogistik an und sind dabei drehmomentstark und effizient. Anwender brauchen hier keine Kompromisse bei der Leistung einzugehen und haben trotzdem die Sicherheit, dass durch die Fahrzeuge keine Gefahr eines elektrischen Schlags ausgeht. Ein typischer Kleinspannungsantrieb von ebm-papst kann bei gleichem Bauraum und Gewicht meist mehr als die 3-fache Leistung (oder noch höher) eines vergleichbar leistungsstarken und mit Elektronik und Sensorik ausgestatteten Niederspannungsantriebs erreichen (Bild 5, Tabelle). Wer also Kompaktheit in Kombination mit einfacher Installation und Inbetriebnahme schätzt, ist damit gut beraten.

Anwendungen in der Praxis

Wer für seine Anwendung so wie bei den Automated Guided Vehicles ohne Weiteres auf Antriebe mit Kleinspannung setzen kann, profitiert an unerwarteten Stellen: So darf beispielsweise Personal ohne spezielle Qualifikation die Inbetriebnahme durchführen, wenn Sicherheits- und Risikobetrachtung dies erlauben.

Bei Montagerobotern etwa könnten einfachere Anlagen- und Werkskonzepte möglich werden. Kleinspannung lohnt sich also mehrfach; die richtige Schutzkleinspannung sogar noch mehr. Dazu zählen auch Anwendungen, bei denen eine besonders hohe elektrische Sicherheit gewährleistet sein muss, wie beispielsweise beim oben erwähnten OP-Tisch. Denn auch wenn die Hersteller hier auf den ersten Blick sehr anspruchsvolle Wünsche haben, lässt sich meist die passende Lösung finden. Sie haben die Verantwortung für ihr Gerät und definieren dementsprechend die Anforderungen an die Antriebe. Dazu zählen etwa die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken, Isolationskonzepte oder der Einsatz bestimmter Materialien, die beispielsweise nicht ausgasen oder brennen dürfen.

Durch die Kleinspannung können die Kabel bei den elektrischen Anschlüssen kleiner dimensioniert werden. Im Vergleich zu Niederspannungsantrieben sind diese Motoren inklusive Elektronik dadurch wesentlich kompakter und lassen sich auch bei beengten Einbauverhältnissen gut unterbringen.

Auf Herz und Nieren geprüft

Mit den Prüfeinrichtungen, die bei ebm-papst im Haus verfügbar sind, werden die gewählten Antriebslösungen auf Herz und Nieren geprüft und entsprechende Dokumentationen erstellt. Dabei ist es auch möglich, dass Standardantriebe mit überschaubarem Aufwand sich an die Anwenderwünsche anpassen lassen. Schon eine andere Betrachtungsweise kann helfen.

Vielleicht lässt sich der gewünschte Effekt zum Beispiel schon mit einem galvanisch getrennten Netzteil erreichen. Eine flexible und kreative Herangehensweise ermöglicht es somit, maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, die sowohl den technischen Anforderungen als auch den individuellen Kundenwünschen gerecht werden.  (mr)

* Philipp Rauch ist Marktmanager OEM Industrielle Antriebstechnik bei ebm-papst

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