No Risk, more Safety

Mit Einführung der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ergeben sich grundlegende Änderungen in der Risikobeurteilung und -minimierung. Als kompetenter Partner der Maschinen- und Anlagenindustrie unterstützt Weidmüller seine Kunden bei der Einführung des neuen Regelwerks sowie der Einhaltung der damit verbundenen Anforderungen. Dazu gehört ein umfassendes Angebot an Stromversorgungslösungen mit hoher Zuverlässigkeit.

Die neue Richtlinie, die durch die sogenannte Maschinenverordnung in deutsches Recht umgesetzt wurde, konfrontiert Automatisierungsanbieter und Maschinenbauer mit der Aufgabe, eine Konformitätsuntersuchung zur Bewertung der Maschinensicherheit durchzuführen.

Transparenz der Zuverlässigkeit

Um verbindliche Aussagen zur Ausfallwahrscheinlichkeit von Anlagen treffen zu können, sind Informationen über die Zuverlässigkeit der eingesetzten Stromversorgungen ein wesentliches Kriterium. Innerhalb des Schaltschrankes sind die Stromversorgungen entscheidend für die verlässliche Funktion der elektrischen Betriebsmittel und müssen dementsprechend sorgfältig ausgewählt werden.

Ein statistisches Mittel zum qualitativen Vergleich von Stromversorgungen stellen die sogenannten MTBF-Werte dar. MTBF wird in Stunden angegeben und steht für Mean Time Between Failures; das ist die mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen. Während MTTF-Werte (Mean Time To Failure – Mittlere Betriebsdauer bis zum ersten Ausfall) die Ausfallwahrscheinlichkeit für Elektronik- und elektromechanischen Bauteile wie beispielweise Relais oder Optokoppler angeben, schaffen MTBF-Werte Transparenz hinsichtlich der Zuverlässigkeit von Elektronikbaugruppen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes, in dem keine Ausfälle auftreten sollen. Die Werte sind ein Indikator für die Hochwertigkeit der betrachteten Komponenten.

Mit MTBF-Werten von gut 500 000 Stunden – rund 57 Jahren – unter Volllastbedingungen erfüllen die Stromversorgungen der Pro-M-Reihe die hohen Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit und eignen sich so für vielfältige Anwendungen in der Industrie. Für noch höhere Anforderungen, wie sie etwa im Prozessbereich auftreten, bieten das Unternehmen die Stromversorgung-Familie Pro-H, die sich durch MTBF-Werte von bis zu 1,8 Millionen Stunden auszeichnen.

Redundanz reduziert Ausfallwahrscheinlichkeit

Neben der Zuverlässigkeit trägt der Aufbau einer redundanten Versorgung zur Wahrung der Maschinensicherheit bei. Ein Aspekt, den die Norm EN ISO 13849-1 für die Sicherheit von Maschinen vorgibt, ist die Vermeidung von Ausfällen aufgrund gemeinsamer Ursache (Common Cause Failure = CCF). In diesem Zusammenhang ist die Verwendung von zwei getrennten Netzteilen eine geeignete Maßnahme. Weidmüller bietet zu diesem Zweck Redundanzmodule für seine Pro-H-Familie an, durch deren Einsatz zwei Stromversorgungen mit exakt gleich verteilter Belastung parallel betrieben werden (Active Current Sharing). Bei Ausfall eines Gerätes übernimmt das andere Gerät die volle Last, sodass die Ausfallwahrscheinlichkeit der Gesamtstromversorgung halbiert ist. Nehmen Anlagen- und Maschinenbauer diese Maßnahme zur Vermeidung von Fehlern vor, erhalten sie dafür 15 von 100 Punkten im Bewertungsschema der Maschinenrichtlinie – also bereits knapp ein Viertel der 65 Punkte, die erreicht werden müssen, damit die Anforderungen hinsichtlich CCF (Common Cause Failure) als erfüllt gelten. Bei der Berechnung von MTBF-Werten für eine Stromversorgung geht man von dem Extremfall der Volllast aus. Mithilfe des Active Current Sharings reduziert sich nicht nur die Ausfallwahrscheinlichkeit, es kann damit noch einmal die Zuverlässigkeit der Gesamtstromversorgung gesteigert werden, da das einzelne Netzteil nur mit einer Teillast betrieben wird.

Durch den Einsatz hochwertiger Stromversorgungen mit hohen MTBF-Werten sowie den Aufbau einer redundanten Versorgung erzielen Maschinen- und Anlagenbauer eine signifikante Risikominimierung für ihre Anwendung und handeln damit im Sinne der neuen Maschinenrichtlinie.

Die Ausfallwahrscheinlichkeit veranschaulicht

Um zu berechnen, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Komponente innerhalb des Zeitintervalls zwischen Frühausfällen und Verschleiß ausfällt, wird folgende Formel angewendet:

F(t) = 1 - e -Gt

F(t) = Ausfallwahrscheinlichkeit, G = Ausfallrate in 1/h, (bei konstanter Ausfallrate ist G = 1/MTBF), t = betrachtete Lebensdauer

Damit ergibt sich:

F(t) = 1 - e -t/MTBF

Bei einer theoretischen Verwendung von 10 000 Pro-H-Stromversorgungen im Feld mit einer MTBF von 5000 a (= 1 800 000 Stunden/360 Tage) beträgt die Auswallwahrscheinlichkeit nach einem Jahr 0,02 %. Das heißt, dass nach einem Jahr Betrieb von den 10 000 Komponenten statistisch betrachtet zwei Geräte ausfallen.

Auch für den Ex-Bereich

Mit Pro-H bietet Weidmüller eine Stromversorgungsfamilie mit Atex- und Class-I-Div.-2-Zulassungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Dank der Leistungsreserven, einem Temperaturbereich von -25 bis +70 °C (ab 40° C Derating) und den genannten MTBF-Werten eignen sich die Netzgeräte ideal für den Prozessbereich sowie die Energietechnik und den anspruchsvollen Maschinenbau. Verfügbar sind Geräte für 12, 24, 36 und 48 V. Der Ausgangsstatus lässt sich wahlweise über den potentialfreien Relaiskontakt oder den Transistorausgang abfragen. Steckbare Anschlussklemmen dienen der einfachen Geräteprüfung. Es stehen Geräte mit 6 und 12 A (12 VDC Ausgangsspannung), 3,8; 7,5; 15 und 25 A (24 VDC Ausgangsspannung) 16,5 A (36 VDC Ausgangsspannung) und 4; 7,5 und 12,5 A (48 VDC Ausgangsspannung). Mit einer automatischen Bereichsumschaltung von 88 bis 132 V/ 187 bis 264 VAC sind die Schaltnetzteile weltweit einsetzbar. Eine grüne LED-Anzeige signalisiert die Betriebsbereitschaft. Jeder Geräteausgang ist kurzschlussfest. Über ein Potentiometer in der Gerätefront ist die Ausgangsspannung anhängig vom Gerät einstellbar.

DIE AUTORIN Julia Siekmann ist Redakteurin Marketing- Medien bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG in Detmold ( www.weidmueller.com )