Bild 1: Durch ein optimiertes Beleuchtungskonzept in der Produktionshalle lässt sich der Energieverbrauch signifikant senken.

Bild 1: Durch ein optimiertes Beleuchtungskonzept in der Produktionshalle lässt sich der Energieverbrauch signifikant senken.Phoenix Contact

Aus diesem Wissen heraus hat man in der Fertigungsstätte der Leiterplatten-Anschlussklemmen von Phoenix Contact am Standort Blomberg ein Pilotprojekt aufgesetzt.

Eine Halle im Rampenlicht

Im Rahmen dieses Projekts wurde das Konzept der Hallen- und Maschinenbeleuchtung einer der Produktionshallen, die als Energiereferenzhalle für die vollautomatisierte Fertigung dient, grundlegend überarbeitet.

Bild 2: Die in den Maschinen verbaute PLD-Maschinenleuchte trägt die Bezeichnung PLD-M-360-W-50-200.

Bild 2: Die in den Maschinen verbaute PLD-Maschinenleuchte trägt die Bezeichnung PLD-M-360-W-50-200.Phoenix Contact

Bisher leuchteten 520 Leuchtstofflampen vom Typ T8 mit je 58 W Leistungsaufnahme eine 2500 qm große Etage der Produktionshalle aus, auf der 17 Montagemaschinen Anschlussklemmen für Leiterplatten herstellen. Der Energieverbrauch für die Hallenbeleuchtung war etwa so groß wie die elektrische Energie, die die Maschinen ohne Berücksichtigung der Druckluft aufnehmen. Das von den Leuchtstofflampen emittierte Licht diente sowohl zur allgemeinen Ausleuchtung der Produktionshalle als auch zum Beleuchten der Maschineninnenräume, da diese meist über eine transparente Plexiglas-Verkleidung verfügen.

Auf die Hälfte reduziert

Mitte Oktober 2013 wurden dann vierzehn der Montagemaschinen mit je vier 200 mm langen LED-Maschinenleuchten des Typs PLD-M-360-W-50-200 aus dem eigenen Produktportfolio ausgestattet, die eine Leistungsaufnahme von jeweils lediglich 5,5 W aufweisen (Bild 2).

Bild 3: Trotz steigender Auslastung der Produktion sinkt der Energieverbrauch für die Beleuchtung.

Bild 3: Trotz steigender Auslastung der Produktion sinkt der Energieverbrauch für die Beleuchtung.Phoenix Contact

Aufgrund der Integration der Beleuchtung direkt in die Maschinen lässt sich je nach Auslastung der Fertigungsstätte und Position der Maschinen in der Halle rund die Hälfte der Leuchtstofflampen ausschalten. Auf diese Weise reduziert sich der Energieverbrauch für die Beleuchtung bis zu 45 Prozent sowie der gesamte Energieverbrauch für Beleuchtung und Maschinen um maximal 20 Prozent (Bild 3).

Die geringe Wärmeentwicklung der Leuchtstofflampen führt außerdem zu Kosteneinsparungen bei der Hallenkühlung an heißen Sommertagen. Denn nach der Umsetzung des  Beleuchtungskonzepts wird die Kühlung entweder später angestellt oder die aktivierte Kühlungsanlage verbraucht weniger Energie als bei komplett eingeschalteter Hallenbeleuchtung.

Bild 4: Ausleuchtung der Montagemaschine ohne (links) und mit LED-Maschinenleuchte (rechts).

Bild 4: Ausleuchtung der Montagemaschine ohne (links) und mit LED-Maschinenleuchte (rechts).Phoenix Contact

Messungen der Beleuchtungsstärke in den Gängen der Halle und zwischen den Maschinen haben gezeigt, dass man die in der Arbeitsstätten-Richtlinie (ASR) A3.4 (Beleuchtung) und der DIN-EN-12464-1 (Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätten und Innenräume) geforderten Mindestwerte der mittleren Beleuchtungsstärke trotz halber Hallenbeleuchtung weiterhin selbst bei fehlender Tagesbeleuchtung – etwa in der Nachtschicht – einhalten kann.

Bessere Ausleuchtung des Innenraums

Die Integration der Beleuchtung direkt in die Maschinen zieht nicht nur eine deutliche Energieeinsparung nach sich. Darüber hinaus ist der Maschineninnenraum erheblich besser ausgeleuchtet (Bild 4). Vor der Realisierung des modifizierten Beleuchtungskonzepts reichte die Beleuchtungsstärke oftmals nicht aus, weil die Maschinen häufig quer zu den Lichtbändern der Hallenbeleuchtung ausgerichtet sind oder Maschinenabdeckungen den Lichteintritt der Hallenbeleuchtung verhindern beziehungsweise beträchtlich mindern.

Eckdaten

PLD-Maschinenleuchten lassen sich auf unterschiedliche Weise in die Maschinensteuerung einbinden. Durch zwei in die LED-Leuchten integrierte digitale Eingänge ist beispielsweise das nahezu leistungslose Ein- und Ausschalten über einen digitalen Ausgang der Maschinen-SPS möglich. Außerdem lassen sich die Maschinenleuchten mit einem pulsweitenmodulierten Signal (PWM-Signal) dimmen oder im Blitzmodus betreiben (Bild 5). Da diese Ansteuerung meist aus einem Schaltschrank oder Schaltkasten heraus erfolgt, steht darüber hinaus ein so genanntes PLD-Kommunikationsmodul zur Verfügung, das mit geringem Verkabelungsaufwand direkt vor den Maschinenleuchten installiert und dann in Netzwerke wie Profinet oder Profibus eingebunden wird. Die PLD-Leuchten lassen sich somit vollautomatisch für die jeweilige Beleuchtungsaufgabe in der Maschine ansteuern, um das Licht entsprechend anzupassen.

Messungen der Beleuchtungsstärke in den Maschinen ergaben, dass trotz voll eingeschalteter Hallenbeleuchtung nicht alle Maschinen die in der DIN-EN-12464-1 festgelegten Werte 300 1x im Mittel für allgemeine Maschinenarbeiten und 500 1x im Mittel für feine Montagetätigkeiten erzielten. Durch die ungenügende Ausleuchtung der Maschinen mussten die Monteure, die nahezu täglich produktspezifische Einstellungen und Optimierungen an den Maschinen vornehmen, in der Vergangenheit mit zusätzlichen, temporär installierten Schwanenhalsleuchten, Stablampen mit Haken oder sonstigen handgeführten Leuchten arbeiten.

Nach dem Einbau der LED-Leuchten PLD-M-360-W‑50-200 in die Maschinen liegt die mittlere Beleuchtungsstärke deutlich über den in der DIN-EN-1837 (Sicherheit von Maschinen – Maschinenintegrierte Beleuchtung) definierten 500 1x. Die maximale Beleuchtungsstärke beträgt jetzt 1200 1x.

Bild 5: Tobias Maier leitet das Projekt: Neues Beleuchtungskonzept für Montagemaschinen.

Bild 5: Tobias Maier leitet das Projekt: Neues Beleuchtungskonzept für Montagemaschinen.Phoenix Contact

Von der verbesserten Ausleuchtung der Maschinen profitieren jedoch nicht nur die Monteure. Auch Maschinenbediener können den Fertigungsprozess nun deutlich besser beobachten und bei Bedarf früher eingreifen. Das führt zu einer geringeren Ausschussmenge, da sich Probleme während der Produktion aufgrund der besseren Lichtverhältnisse sofort erkennen lassen.

Die in die Maschinenleuchten integrierte Optik lenkt das Licht genau dahin, wo es erforderlich ist. Maschinenbediener sind so nicht geblendet, obwohl die Leuchten in einer Höhe von etwa 2,20 m angebracht sind (Bild 5). Neben dem gewählten Abstrahlwinkel von 50 Grad stehen auch Varianten mit einem Abstrahlwinkel von 100 Grad zur Verfügung, so dass eine individuelle und folglich optimale Ausleuchtung sichergestellt ist.

Mindestens 65.000 Stunden

Abhängig vom jeweiligen Maschinenzustand lassen sich die PLD-Maschinenleuchten über einen digitalen Ausgang der Maschinen-SPS ansteuern. Diese Möglichkeit nutzen die vierzehn Montagemaschinen derzeit aber nicht, da die Kosten der dazu notwendigen nachträglichen Programmänderung die Kosten für dauerhaft eingeschaltete Maschinenleuchten übersteigen würden.

Daher ist diese Funktion erst bei neugebauten Maschinen verfügbar, bei denen die automatisierte Ansteuerung der Leuchten direkt bei der Programmierung Berücksichtigung findet und folglich kein zusätzlicher finanzieller Aufwand entsteht.

Bild 6: Ansteuerung der Maschinenleuchten über eine PWM-Klemme.

Bild 6: Ansteuerung der Maschinenleuchten über eine PWM-Klemme.Phoenix Contact

Benötigen die Produktionsverantwortlichen der einzelnen Geschäftsbereiche von Phoenix Contact weitere Maschinen, stellt der unternehmenseigene Maschinenbau auch Modelle mit integrierten LED-Leuchten vor. Fast alle Betreiber entscheiden sich dann für dieses Angebot. Denn die hochwertigen LEDs erreichen eine Lebensdauer von mindestens 65.000 Stunden. Das spart Wartungszeit und -kosten bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch. Der hohe Farbwiedergabeindex ermöglicht zudem eine unverfälschte Darstellung von Farben. Die Maschinenleuchten besitzen außerdem Schutzfunktionen gegen Verpolung, zu hohe Versorgungsspannung und Übertemperatur, die einen Ausfall melden. Verbundsicherheitsglas schützt Mitarbeiter und Maschine vor zersplitterndem Glas.

Schnelle Amortisation

Durch die Installation der Beleuchtung direkt in den Maschinen reduzieren sich die Energiekosten für die Beleuchtung beim Einsatz von LED-Leuchten erheblich. Darüber hinaus verbessern sich die Lichtverhältnisse in den Maschinen beträchtlich.

Wegen der signifikanten finanziellen Einsparung amortisiert sich die Anschaffung der LED-Maschinenleuchten innerhalb eines kurzen Zeitraums. Außerdem lässt sich die dezentral angeordnete Beleuchtung der Maschinen gezielter ein- und ausschalten, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.