Multifunktionale Sicherheitsrelais unterstützen modularen Aufbau

Bild 1: Ersa hat die Sicherheitskonzepte seiner Selektivlötanlagen modularisiert. Phoenix Contact

Aufgrund der Forderung der Anwender nach immer höherer Qualität und kürzeren Durchlaufzeiten müssen die produzierenden Unternehmen ihre Fertigungsabläufe optimieren. Ersa ist Bestandteil der im Familienbesitz befindlichen Kurtz Ersa Gruppe. Das Produkt- und Leistungsspektrum umfasst die Segmente Electronic Production Equipment, Metal Components und Moulding Machines. Um flexibel auf die Anforderungen der Anwender reagieren zu können, wird das Steuerungskonzept der Anlagen möglichst flexibel aufgebaut (Bild 1).

Geringer Platzbedarf

Das Selektivlötverfahren ist häufig das einzig denkbare Konzept, wenn beidseitig bedrahtete Bauelemente gelötet werden müssen und ein Wellenlötverfahren mit der klassischen Welle auf der zweiten Seite der Baugruppe nicht mehr möglich ist. Gegenüber der klassischen Wellenlötanlage benötigt die Selektivlötanlage meist erheblich weniger Platz. Ihre Minimal-Konfiguration besteht dabei aus einem programmierbaren Präzisions-Sprühfluxer zum Auftragen des Flussmittels sowie einem Vorheiz- und dem eigentlichen Lötmodul. Beim Löten werden Flussmittel zur Reinigung der Fügepartner-Oberflächen und des Lotes von Oxiden verwendet. Die Vorheizung dient dazu, eine Baugruppe vor dem Kontakt mit dem flüssigen Lot aufzuwärmen. Auf diese Weise wird die chemische Wirkung des Aktivators initiiert und der Lösemittelanteil im Flussmittel zum Verdampfen gebracht. Die Erwärmung sollte allerdings schonend und gleichförmig erfolgen, damit mechanische Spannungen in der Leiterplatte vermieden werden, die durch unterschiedliche Temperaturen auftreten können. Die maximale Vorheiztemperatur richtet sich nach dem Lötwärmebedarf der Baugruppe, der thermischen Stabilität des Flussmittels sowie der thermischen Belastbarkeit der Bauteile. Je nach Kundenwunsch kann die Funktion der Selektivlötanlage um weitere, jeweils aus einem Vorheiz- und Lötmodul bestehende Einheiten ergänzt werden.

Werkzeuglose Anschlusstechnik

Aufgrund der beschriebenen Rahmenbedingungen werden in der Baureihe „Versa-Flow“ zukünftig die neuen multifunktionalen Sicherheitsrelais PSR-MXF von Phoenix Contact eingesetzt. Denn die lediglich 22,5 mm schmale Safety-Komponente kann zwei lokale und einen übergeordneten Sensorkreis bis Performance-Level PL e respektive SIL CL 3 verarbeiten. Die kompakte Bauform lässt sich unter anderem durch Nutzung des dreistöckigen MEmax-Gehäuses mit insgesamt 24 Kontaktpunkten aus dem umfangreichen Produktportfolio von Phoenix Contact realisieren (Bild 2).

Bild 2: Für seine neuen Selektivlötanlagen bezieht Ersa multifunktionale Sicherheitsrelais von Phoenix Contact.Phoenix Contact

Die werkzeuglose Push-in-Anschlusstechnik, die eine einfache und schnelle Verdrahtung erlaubt, war ebenfalls ein wichtiges Kriterium. Ausschlaggebend für den Wechsel von klassischen Sicherheitsrelais zu den multifunktionalen Safety-Komponenten PSR-MXF waren jedoch die Funktionsvielfalt und die damit verbundenen Kosten- und Platzvorteile.

Weniger Verifikations- und Validierungsaufwand

Wie das Beispiel der Selektivlötanlage von Ersa zeigt, können mit dem patentierten Konzept, das sich aus zwei unabhängigen Abschaltebenen in Kombination mit zwei lokalen und einer übergeordneten Sicherheitsfunktion(en) zusammensetzt, selbst modulare Maschinenkonzepte einfach umgesetzt werden. Auf diese Grundidee lassen sich viele typische Maschinenapplikationen zurückführen. Durch die bereits in die Sicherheitsrelais integrierte Funktionalität reduziert sich der Aufwand für die Verifikation und Validierung der Safety-Lösung gegenüber alternativen Konzepten deutlich. Zukünftig ist in einer Basisvariante, die einen erheblichen Anteil am Gesamtvolumen der Baureihe haben wird, nunmehr lediglich ein Sicherheitsrelais erforderlich anstatt drei. Jedes weitere Modul der Lötanlage, das jeweils einen eigenen Schaltschrank umfasst, fügt sich in das bestehende Schaltungskonzept ein, indem das übergeordnete Not-Halt-Signal vom Fluxer-Modul durch alle nachgelagerten Schaltungsteile geschliffen wird (Bild 3).

Bild 3: Die Selektivlötanlage Versa-Flow.Phoenix Contact

Hohe Flexibilität

Nachgedacht wurde auch über die Nutzung eines per Software konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräts. Letztlich entschied man sich bei Ersa für das multifunktionale Sicherheitsrelais PSR-MXF, weil das ganze Anlagenkonzept bewusst auf eine einfache Handhabung und hohe Flexibilität ausgelegt ist. Bei Verwendung eines konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräts hätte jede Modulerweiterung eine individuelle Anpassung der Software bedeutet. Das erweist sich insofern als wichtig, da das Montagekonzept der Lötanlagen auf eine größtmögliche Effektivität ausgerichtet ist. Denn im Rahmen der Linienfertigung wird in jeweils neun Takten à vier Stunden eine neue Lötanlage hergestellt. (Bild 4).

Bild 4: Nach jeweils neun Takten à vier Stunden verlässt eine neue Lötanlage die Linienfertigung.Phoenix Contact

Schnelles Stillsetzen

Während der Risikobeurteilung, die von den Sicherheitsexperten von Phoenix Contact begleitet und moderiert wurde, definierten die Teilnehmer, dass die Schutztür-Verriegelungen der einzelnen Funktionseinheiten – also Fluxer, Vorheizung und Lötmodul – immer auch auf die vor- und nachgelagerten Module wirken müssen. Beim Öffnen einer Schutztür besteht stets die Möglichkeit, dass der Bediener in die benachbarten Bereiche gelangen kann. Andererseits soll aus prozesstechnischen Gründen nicht bei jedem Öffnen einer Tür die komplette Linie abgeschaltet werden (Bild 5). Demgegenüber sorgen die entlang der Anlage angeordneten Not-Halt-Einrichtungen für das sichere und schnelle Stillsetzen der gesamten Linie.

Bild 5: Darstellung des Sicherheitskonzepts der Selektivlötanlagen.Phoenix Contact

In die sicherheitstechnischen Betrachtungen sind die Auswirkungen der neuen Norm EN ISO 14119 ebenfalls eingeflossen und von den Spezialisten bewertet worden. Nachdem die Anforderungen klar festgelegt waren, hat Phoenix Contact die Ersa-Mitarbeiter ebenso im Bereich des Engineering unterstützt. Gemeinsam wurde die komplette sicherheitstechnische Realisierung auf Schaltplan-Ebene unter Berücksichtigung verschiedener Sensor-/Aktor-Kombinationen erarbeitet. Zwecks Überprüfung der Schaltung wurde ein verdrahtetes Demonstrations-Board zur Verfügung gestellt, mit dem sich die Funktionen nachstellen lassen.

(ah)