Mit dem raschen Fortschritt neuer Technologien und der stetigen Einführung von Innovationen in der industriellen Automatisierung steht die Planung von Schaltschränken vor neuen Herausforderungen. Die Frage ist, wie Unternehmen ihre Schaltschränke zukunftssicher gestalten können, um den Anforderungen moderner Technologien gerecht zu werden. Tobias Thelemann, Produktmanager Mechanische Bauelemente und Elektroinstallation bei reichelt elektronik, erklärt, welche Strategien möglich sind, um Themen wie Flexibilität, Modularität und Erweiterbarkeit in der Schaltschrankplanung zu integrieren, sodass künftige technologische Veränderungen problemlos adaptiert werden können.
Bedeutung von Schaltschränken
Von außen wirkt ein Schaltschrank eher unspektakulär, doch das Innere hat es in sich: In dem Gehäuse befinden sich eine Vielzahl technischer Lösungen, die zusammenarbeiten, um eine zuverlässige und effiziente Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse zu gewährleisten – eine der Hauptaufgaben eines Schaltschrankes.
Des Weiteren sorgt ein Schaltschrank für Ordnung der Elektronik. Kabelverbindungen sind oft komplex und erfordern eine präzise Anordnung. Eine gut organisierte Verdrahtung ist entscheidend für die Funktionalität und Wartungsfreundlichkeit in einem Schaltschrank. Eine wesentliche Rolle spielt außerdem die Sicherheitsfunktion: Das Gehäuse mit den verschließbaren Türen schützt vor unbefugtem Zugriff auf kritische Komponenten und äußeren Einflüssen wie Staub, Feuchtigkeit und mechanischen Schäden.
Anwendungsgebiete und zunehmende Digitalisierung
Mit der immer weiter fortschreitenden Digitalisierung und Automatisierung in Betrieben und Produktionsstätten muss auch der Schaltschrank neu durchdacht werden, um den zusätzlichen Anforderungen gerecht zu werden. Besonders wichtig ist dabei, dass Schaltschränke nun mit einzelnen Konstruktions- und Fertigungsschritten vernetzt und automatisiert sein können. Prozesse mit einem hohen Digitalisierungsgrad ermöglichen die Automatisierung unterschiedlicher Schaltvorgänge und dies führt wiederum dazu, dass die Fehleranfälligkeit sinkt und das System effizienter arbeitet. Die Vorteile eines digitalen Schaltschranks stehen also außer Frage. Wichtig zu wissen ist, dass es verschiedene Ansätze und Technologien gibt, um Schaltschränke oder ihre Produktionsprozesse digital abzubilden – je nach Zielsetzung und Komplexität der Anforderungen.
Häufig beginnen Unternehmen damit, die Dokumentation von Stromabläufen, Schaltplänen und anderer technischer Dokumentationen zu digitalisieren. Hierbei wird der Zugriff auf diese Daten nicht mehr über papierbasierte Prozesse ermöglicht, sondern über digitale Plattformen wie etwa cloudbasierte Dokumentenplattformen. Ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung ist möglich über die IoT-Integration (Internet of Things). Dabei werden Sensoren und Aktoren mit IoT-Geräten verbunden, um Echtzeitdaten zu sammeln und zu analysieren. Die digitalisierten Prozesse tragen auch dazu bei, dass eine komplette Transparenz über die laufenden Prozesse herrscht. Hierbei wird beispielsweise eine Zustandsüberwachung wie etwa zur aktuellen Temperatur oder auch eine generelle Energieverbrauchsanalyse möglich – auch per Fernwartung. Moderne Schaltschränke mit IoT-Verknüpfungen kommen derzeit vor allem in der Gebäudeautomatisierung, Energietechnik und Industrie vor, wo sie dazu beitragen, Prozesse effizienter zu gestalten.
Energieeffizienz in Schaltschränken spart Kosten
Prozesse effizienter zu gestalten, hat auch positive Auswirkungen auf die Energiebilanz. Denn eine Optimierung des Energieverbrauchs in Schaltschränken bedeutet gleichzeitig, dass weniger Betriebskosten entstehen. Auch hier hilft IoT wieder durch die gesammelten Daten, zur Effizienzsteigerung beizutragen. Schwachstellen wie etwa ein zu hoher Stromverbrauch, lassen sich durch digitale Daten schneller aufdecken und im Anschluss optimieren.
Effizienz ist bei einem Schaltschrank auch im Hinblick auf die Klimatisierung wichtig. Denn die immer kleiner werdenden elektronischen Bauelemente und die dadurch steigende Packungsdichte in Schaltschränken haben die Empfindlichkeit der Systeme gegenüber äußeren Einflüssen wie Staub, Feuchtigkeit und Temperatur erhöht. Insbesondere für die empfindliche Mikroelektronik ist zu viel Hitze schädlich.
Auch die richtige Isolierung lässt sich durch Echtzeitdaten permanent überwachen und bei Bedarf korrigieren. Das ist deshalb von großer Bedeutung, weil eine gute Isolierung dabei unterstützt, die Temperatur im Inneren zu regulieren und vor Veränderungen der Umgebungstemperatur zu schützen. Die richtige Isolierung trägt auf diese Weise dazu bei, dass die Funktionalität des Schaltschranks in Puncto Effizienz und Sicherheit nicht beeinträchtigt wird. Beispielsweise können ohne eine effektive Isolierung Kurzschlüsse entstehen, Bauteile beschädigt oder sogar Brände verursacht werden. Um die Effektivität der Isolierung bewerten zu können, gibt es verschiedene Sensoren, die integriert werden und die Parameter wie Temperatur oder Feuchtigkeit messen und somit überwachen können. Eine digitale Dokumentation der Isolationsmaterialien führt außerdem dazu, dass eine bessere Planbarkeit und schnellere Reaktion zum Beispiel in Form von Austausch des Materials stattfinden kann.
Ein wichtiger Tipp ist, dass die Installation des Schaltschranks an einem geeigneten Standort, wo die Umgebungstemperatur niedrig und stabil ist, erfolgen sollte. So kann der Kühlungsbedarf generell verringert werden. Der Einsatz energieeffizienter Komponenten wie etwa Relais, Schützen und anderen Steuerungskomponenten kann auch den Gesamtenergieverbrauch senken. Mit der Umsetzung dieser Maßnahmen kann die Energieeffizienz in Schaltschrankanwendungen erheblich verbessert werden, was nicht nur Kosten senkt, sondern auch zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks beigeträgt.
Modularität und Erweiterbarkeit
Damit ein Schaltschrank mit dem Fortschritt der Technologien mithalten kann, muss er flexibel und modular aufgebaut sein. Dadurch kann auch eine einfache Skalierbarkeit sichergestellt werden: Durch ein flexibles Design oder auch steckbare Plug-and-Play-Lösungen können neue Module leicht hinzugefügt oder bestehende Module ausgetauscht werden, ohne dass der komplette Schaltschrank neu konzipiert werden muss. Das ist besonders relevant für Branchen, in denen Anlagen oft angepasst oder umgestaltet werden.
Die Verwendung vormontierter Module ist außerdem von Vorteil, da diese oft aus vorgefertigten Komponenten bestehen, die die Installation beschleunigen. Beispiele dafür sind Netzteile, Steuerungen und Schutzschalter. Für Firmen, die noch am Anfang ihres digitalen Schaltschranks stehen und noch zurückhaltend sind, empfiehlt es sich, in Schaltschränke zu investiert, die sich durch zusätzliche Komponenten erweitern lassen. Dadurch lassen sich weitere intelligente Komponenten wie Smart Breaker oder weitere Kommunikationsschnittstellen problemlos einsetzen. Zukünftige Schaltschränke sind dann in der Lage, intelligente Leistungsschalter zu nutzen, die beispielsweise Stromverbrauch und Spannung messen wie auch überwachen.
Für den modular aufgebauten Schaltschränke spricht also vor allem, dass er sich leichter an neue Anforderungen anpassen lässt, was sich wiederum positiv auf die Betriebseinsatzzeit auswirkt. Der Vorteil dabei ist, dass sich die Investitionen hierbei immer auf notwendige neue Module konzentrieren und nicht der ganze Schaltschrank ersetzt werden muss.
Sicherheit und Wartung
Bei der Planung von Schaltschränken ist die Einhaltung von Vorschriften und Normen ein wichtiger Aspekt. Diese sorgen dafür, dass Schaltschränke einheitlichen Sicherheitsstandards entsprechen.
Zu einer der bekanntesten Normen gehört die DIN EN 61439. Diese Norm regelt den Aufbau, die Sicherheit und die Prüfungen von Schaltschränken. Ein bedeutender Faktor ist die Berücksichtigung der Wärmeentwicklung in Schaltschränken, da die eingeschlossene Wärme die Funktion der elektrischen Komponenten beeinträchtigen kann. Neben der DIN EN 61439 sind auch andere Normen von Belang im Schaltschrankbau, darunter die EMV-Bestimmungen, die zentrale Regeln etwa zur elektromagnetischen Verträglichkeit festlegen. Diese Vorschriften sind entscheidend, um sicherzustellen, dass die Schaltschränke sowohl effektiv als auch kompatibel mit ihrer Umgebung sind.
Es ist zudem nötig, regelmäßig zu kontrollieren, ob diese Normen und auch sonstige Funktionalitäten des Schaltschrankes intakt sind, um eine konstante Sicherheit gewährleisten zu können. Die Durchführung regelmäßiger Wartungsarbeiten ist also auch ein wesentlicher Bestandteil für Unternehmen und sogar Pflicht in Deutschland, damit beispielsweise Elektrizitätsfehler wie Kurzschlüsse oder Überspannung vermieden werden und Folgeschäden ausgeschlossen werden können.
Auch die Überprüfung und eventuelle Anpassung sowie Erweiterung an neue Technologien ist erforderlich, um den Schaltschrank bestmöglich auf dem neuesten Stand zu halten. Dabei können bei der Wartung selbst auch wieder automatisierte Prozesse wie etwa KI (Künstliche Intelligenz) zum Einsatz kommen, die Wartungsbedarfe vorhersagt und sogar proaktive Maßnahmen ergreift. Konkret überwacht KI dabei den Zustand der Komponenten über die Sensordaten und analysiert diese. Sollte dabei festgestellt werden, dass es eine Abweichung der Temperatur oder Stromschwankungen gibt, kann sofort auf die Fehlfunktion und mögliche Isolationsprobleme reagiert werden.
KI wird aber nicht nur zur aktuellen Zustandskontrolle eingesetzt, sondern auch, um mögliche Ausfälle vorhersehbarer zu machen: Bei der Predictive Maintenance greift KI auf historische Echtzeit-Daten zu und sagt voraus, wann es im System oder bei den einzelnen Komponenten wie etwa der Lebensdauer von Relais zu einem Ausfall kommen kann. Mithilfe von Planungssoftware, hinter der eine KI steckt, werden Algorithmen für maschinelles Lernen und Datenanalyse verbunden. Dadurch lassen sich automatisierten Wartungsberichten erstellen, die Handlungsempfehlungen enthalten und somit eine klare Entscheidungshilfe für Konstrukteure darstellen.
Schaltschrank goes smart
Für eine effiziente Produktion ist es notwendig, dass Firmen in die Digitalisierung von Schaltschränken investieren. Eine durchgängige Digitalisierung aller Arbeitsschritte entlang der gesamten Wertschöpfungskette führt dabei zu einem ganzheitlichen und smarten Lösungsansatz. Dieser trägt dazu bei, dass jeder Prozess besser verstanden wird, auch dank der Integration von IoT-Technologien, mit denen ein optimierter Datenaustausch in Echtzeit zu mehr Effizienz führt.
Die Modularität und Erweiterbarkeit von Schaltschränken machen sie zu einem entscheidenden Element in der modernen Industrieautomatisierung. Sie ermöglichen Unternehmen, flexibler und schneller auf Veränderungen im Markt oder in der Technologie zu reagieren. Außerdem werden zukünftige Schaltschränke noch mehr auf Energieeffizienz ausgelegt. Unternehmen, die die Relevanz smarter Schaltschränke frühzeitig erkennen und umsetzen, werden im Wettbewerb Vorteile erzielen können.
Bilder: Adobe Stock
