Unterbrechungsfreie Stromversorgung : USV im Kuhstall

Im Sommer können Temperaturen von bis zu 50°C auftreten, im Winter kriecht das Thermometer oft weit unter die Null-Grad-Grenze. Die Atmosphäre enthält große Mengen Ammoniak bei einer relativen Feuchte von bis zu 100 Prozent. Die Rede ist nicht von der Atmosphäre auf einem fernen Planeten, sondern von den Umweltbedingungen eines Melkstands in einer Stallung für Milchkühe. Ein Hersteller von Melkstandsystemen suchte ein Gleichspannungsnetzteil mit einer Dauerleistung von ca. 250 W. Ein Weitbereichseingang sollte sicherstellen, dass das Gerät in Milchbetrieben auf der ganzen Welt eingesetzt werden könnte. Eigentlich nichts Besonderes, wenn nicht die relativ hohe Schutzart IP 54 zu den Randbedingungen gehört hätte. In den Stallungen kann es nämlich sehr warm werden, es staubt zeitweise sehr, die Luft enthält aggressives Ammoniak und beim Reinigen der Anlagen ist nicht auszuschließen, dass das Netzteil mal einen Wasserstrahl abbekommt. Der Schutz des Personals vor gefährlichen Berührungsspannungen ist ohnehin obligatorisch.

Die Entwickler fanden kein Seriengerät im Handel, das ihren Forderungen entsprach, und wandten sich schließlich an TDK Lambda. Denn es ist für Anwender, vor allem wenn sie kein eigenes Elektronik-Knowhow besitzen, kostengünstiger, die einbaufertige Lösung aus einer Hand zu beziehen, als selber diverse Anbieter beauftragen zu müssen. Und Sonderlösungen zu entwickeln, gehört zum Selbstverständnis von TDK Lambda. Im süddeutschen Achern betreibt der weltweit agierende Konzern den Unternehmenszweig „Power+ Solutions“. Das 15 Mitarbeitende umfassende Team beschäftigt sich mit der Erfüllung von Kundenwünschen, die mit Katalogware nicht erfüllt werden können. Für das Projekt wählten die Ingenieure ein Gerät aus der HWS-300-Serie mit 240 W. Die seit vielen Jahren bewährten und zuverlässigen Netzteile verfügen über einen Weitbereichseingang für Wechselspannungen von 85 bis 265 V mit Blindstromkompensation gemäß EN 61000-3-2. Eine der Forderungen war damit schon abgehakt. Um die Schutzart IP 54 einhalten zu können, brachten die Fachleute das Gerät samt der zusätzlichen Anschlussklemmen in einem dichten Kunststoffgehäuse unter. Der zum Netzteil gehörende Ventilator sorgt zwar innerhalb des Gehäuses für Luftzirkulation, offen war indes, ob das Kunststoffgehäuse genügend Wärmeaustausch zur Umgebung ermöglicht.

Thomas Benz, der das Projekt leitete: „Wenn Netzteile ausfallen, ist oft Temperaturstress die Ursache. Deshalb achten wir sehr darauf, dass alle wichtigen Bauteile weit unterhalb ihrer Temperaturspezifikation betrieben werden. Das ist eine der sichersten Maßnahmen, damit unsere Lösungen langzeitstabil sind.“ Es folgten daher Tests unter den geforderten Umweltbedingungen. Weil einige Elkos dabei auf zu hohe Temperaturen kamen, entschieden die TDK-Ingenieure daher, das Netzteil mit Elkos einer höheren Temperaturklasse auszustatten, um auch unter diesen Bedingungen die geforderte Lebensdauer gewährleisten zu können. Nachdem die Sonderlösung‚ Netzteil in Kunststoffgehäuse‘ eine Reihe von Praxistests beim Kunden bestand, wurde TDK-Lambda mit der Serienproduktion beauftragt.

Mit dem Siegeszug der Elektronik und Automatisierungstechnik steigt der Bedarf an maßgeschneiderter Stromversorgung. Neue Anwendungen führen zu teilweise ausgefallenen Bedürfnissen. Oft sind es beengte Einbausituationen oder harsche Umgebungsbedingungen wie beispielsweise salzhaltige Luft im maritimen Umfeld, mechanische Einflüsse oder elektromagnetische Störstrahlung. Der Kunde sucht eine zuverlässige Lösung. Dazu kann das spezielle Coating auf der Hauptplatine als Schutz gegen Erosion gehören oder das zusätzliche Fixieren einzelner Bauteile, um die Geräte fit zu machen gegenüber Stößen oder Vibrationen. Auch der Tausch einzelner Gehäuseteile durch ein anderes Material zugunsten besserer EMV - die Möglichkeiten sind vielfältig. Nicht immer sind die Herausforderungen komplexer elektrischer Art. Der Geschäftsführer eines Anbieters von Verkaufsautomaten erzählt: „Wir benötigen für unsere Automaten Netzteile entsprechend dem NEC-Class 2-Standard. Wir sind aber keine Elektrotechniker und suchten eine leicht zu handhabende Lösung für unsere Monteure und den Außendienst. TDK-Lambda konfiguriert uns das Netzteil anschlussfertig mit Kabel und Stecker.“ Thomas Benz von TDK-Lambda beschreibt die Lösung: „Wir bauen ein Standard-Netzteil in das vom Kunden spezifizierte Metallgehäuse ein und versehen es mit einem speziellen Anschlusskabel mit Filter und Stecker. Der Kunde muss sich, im Vergleich zu einer selbst gebauten Lösung, somit auch keinerlei Gedanken über die Sicherheit seines Gerätes machen, alle notwendigen Sicherheitstests sind an der von uns produzierten Lösung bereits lückenlos überprüft und dokumentiert.“ Und er fährt fort: „Wir werden oft nach dem „Rundum-sorglos-Paket“ gefragt, da dies dem Kunden das Leben einfach einfacher macht. Unsere Kunden schätzen das „One-stop-shopping“ auch, weil sie sich so den Gang zu einem weiteren Dienstleister ersparen können. Auch im Fall von technischen Rückfragen oder einer Reklamation werden sie dann nicht von einem Lieferanten zum nächsten verwiesen.“

Die Techniker aus Achern haben einen gut bestückten „TDK-Baukasten“ mit erprobten und zuverlässigen Lösungen. Das Rad müssen die Entwickler somit nicht jedes Mal neu erfinden, denn bei der System- und Schaltungsentwicklung können sie auf erprobte Netzteil-Topologien, zuverlässige Baugruppen und eine Bibliothek bewährter Schaltungsbausteine zurückgreifen. Der Auswahl der aktiven und passiven Bauteile wird bei TDK Lambda große Bedeutung zugemessen. Alle verbauten Komponenten entsprechen den Qualitäts- und Zuverlässigkeitsvorgaben der TDK-Lambda-Gruppe. Bernhard Kluschat ist bei TDK Lambda, Achern „Business Development Manager“. Er sagt: „Durch die lokale Zusammenarbeit mit ausgewählten, mittelständischen Unternehmen kombiniert mit einer weltweiten Einkaufsorganisation ergeben sich Vorteile bei den Lieferzeiten und Kosten. So können wir auch Sonderlösungen zu kostengünstigen Konditionen liefern.“ Kluschat über das Programm Power+ Solution: „Wenn Sonderwünsche an uns herangetragen werden, agieren wir flexibel und schnell wie ein mittelständisches Unternehmen. Wir analysieren die Kundenanforderungen und bieten maßgeschneiderte Lösungen. Dabei greifen wir, wo immer möglich, auf unser breites Programm von Standardgeräten zurück, die wir - falls notwendig – in Teilen modifizieren. Manchmal wird es aber auch notwendig, dass wir neu anfangen müssen. Das bedeutet dann eine Sonderentwicklung. Aufgrund unseres Vorgehens haben wir vielen Kunden wiederholt Lösungen für schwierige Aufgabenstellungen liefern können. Bei einem global Player in der Medizingerätetechnik sind wir auch aufgrund unserer kundenspezifischen Lösungen wiederholt zum Lieferant des Jahres gekürt worden.“ Für die Tests und die notwendigen Zulassungen stehen den Entwicklern in Achern die technischen Möglichkeiten eines Weltkonzerns zur Verfügung. Dazu gehört das gesamte Arsenal an Testanlagen, angefangen bei EMV-Tests über mechanische Tests, wie Vibration und Stoßfestigkeit, bis hin zu Hochspannungs- und Isolationstests. Für die Serienfertigung werden alle notwendigen Zulassungen beschafft, wie z.B. Sicherheitstests gemäß diverser IEC- und UL-Normen. Die CE-Zertifizierung ist obligatorisch. Spezielle Zertifizierungen, beispielsweise für medizinische oder militärische Anwendungen, können auf Anforderung eingeholt werden. „Die Entwicklungen im Rahmen von Power+ Solution münden in der Regel in die Serienfertigung, wir haben aber auch schon Einzelstücke entwickelt,“ sagt Kluschat und fährt fort: „Unsere Lösungen sind weit mehr als die Abwandlung eines Serienprodukts sondern, wenn gewünscht individuelle Produkte mit allen notwendigen Zertifizierungen für die jeweiligen Anwendungsbereiche.“ Für die rotierende Gantry eines Computertomografen beispielsweise, wurde angepasst an die beengten Einbauverhältnisse, ein Netzteil mit Mehrfach-Ausgangsspannungen entwickelt. Die Besonderheit: die Bauteile müssen die Fliehkräfte aufgrund der hohen Umdrehungszahlen der Gantry aushalten. Für die Tests hat TDK-Lambda eigens ein “Karussell“ mit einstellbarer Drehzahl aufgebaut. Kluschat dazu: “Uns fällt immer eine Lösung ein, wir möchten keinen Kunden wegschicken müssen.“