Die ABB STOTZ-KONTAKT GmbH aus Heidelberg entwickelt, fertigt und vertreibt Produkte für die elektrische Ausrüstung und Automatisierung von Gebäuden, Maschinen und Anlagen. Der Spezialist für die Schalt- und Steuerungstechnik bietet Kunden aus Industrie und Handwerk neben Installationsgeräten und Gebäudesystemen vor allem gekapselte und ungekapselte Schalter, Leistungsschalter und NH-Sicherungslasttrennschalter. Im werkseigenen Entwicklungslabor arbeiten zwölf Prüfer daran, neue Produkte für die Serienreife vorzubereiten und den Zulassungsbehörden nachzuweisen, dass die gesetzlichen Vorschriften eingehalten werden und die Produkte den verschiedenen internationalen Normen wie IEC, CSA, UL und CCC entsprechen. "Unser Entwicklungslabor darf diese Prüfungen selbst durchführen, denn wir sind UL-akkreditiert und erfüllen damit die Voraussetzungen, um auch die Einhaltung von anderen Normen prüfen und bescheinigen zu dürfen", erläutert Simon Stephan vom Labor für Schalttechnik. "Unser Labor wird dazu jährlich neu auditiert, und dabei werden die Prüfleistungen und -abläufe untersucht und auch die technische Ausstattung kontrolliert." Für die Auditierung muss das Labor auch über geeignete Stromquellen verfügen, um Produkte wie Leitungs- und Überstromschutzschalter normenkonform prüfen zu können. Die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit der Stromquellen spielt dabei eine wichtige Rolle, denn um das Verhalten von Überstromrelais, Leitungs- und Motorschutzschaltern, thermischen und elektronischen Überstromrelais oder von Kleinschützen bei unterschiedlichen Belastungen prüfen zu können, werden teilweise hohe Ströme benötigt.
Sondergerät mit flexiblem FrequenzbereichFür diese sicherheitsrelevanten Prüfaufgaben setzt ABB STOTZ-KONTAKT seit 2013 eine einphasige Wechselstromquelle des Typs EAC-S 9000 von ET System electronic ein. Der Stromversorgungsspezialist entwickelt und fertigt AC- und DC-Quellen, Labornetzteile, Wechselrichter und elektronische Lasten - und er bietet neben seinem Standardlieferprogramm vor allem auch kundenspezifische Modifikationen, mit denen auch sehr spezielle Anforderungen erfüllt werden können. Solche Anforderungen hatte ABB STOTZ-KONTAKT bei der Suche nach einer geeigneten AC-Quelle durchaus. Das Gerät sollte nicht nur eine Genauigkeit von 0,2 % aufweisen, sondern auch Ströme bis 2000 Ampere abgeben können und vor allem den Frequenzbereich zwischen 50 und 400 Hz abdecken. Die 400-Hz-Technik gewinnt immer mehr an Bedeutung, denn gegenüber der etablierten 50-Hz-Technik können die gleichen Leistungen mit kleineren Wandlern oder Transformatoren übertragen werden, und auch die Leitungsquerschnitte bei gleicher Leistungsübertragung können kleiner ausfallen. Die damit erreichbare Einsparung an Gewicht und Bauraum spielt vor allem im Flugzeugbau eine Rolle. Die Vorteile der höherfrequenten Energieübertragung werden aber zunehmend auch in anderen Bereichen erkannt, vor allem in der Bahntechnik und im Schiffbau.
Überstromrelais oder Leitungs- und Motorschutzschalter in 400-Hz-Technik werden daher künftig immer stärker nachgefragt - ein klarer Grund für ABB STOTZ-KONTAKT, sein Produktportfolio in diesem Segment weiter auszubauen und für die entsprechenden Tests und Prüfungen auch eine geeignete Wechselstromquelle anzuschaffen.
Spezialtrafo ermöglicht hohe StrömeDas EAC-S 9000 bietet einen über weite Bereiche einstellbaren Strom, vom Minimalstrom mit 5 A bei 160 V bis hin zu vollen 2000 A bei 9 V. Diese hohen Ströme werden aber nicht direkt im EAC-S 9000 generiert, denn sein Maximalstrom liegt bei 60 Ampere. Mit den abgegebenen Strömen wird zunächst ein spezieller Transformator gespeist, der sie in eine andere Spannungs- und Stromebene übersetzt und über verschiedene Anzapfungen erlaubt, sekundär dann doch die gewünschten hohen Ströme bei entsprechend niedrigeren Spannungen abzurufen. Gerade mit diesem Spezialtransformator hat ET System electronic technisches Neuland betreten, denn mit variablen Arbeitsfrequenzen gab es praktisch keine Erfahrungen. Von bestem Ingenieursehrgeiz gepackt, ging das Unternehmen hier schon vor Erteilung des Auftrages in Eigenleistung und gab bei einem spezialisierten Tranfsformatorenhersteller einen klassischen EI-Blechtransformator in Auftrag, mit dem erste Versuche unternommen wurden. Dabei zeigt sich allerdings, dass mit einem EI-Transformator die Anforderungen von ABB nicht zu erfüllen waren. Die Entwickler entschieden sich daher, einen zweiten Transformator auf der Basis eines Ringkerns bauen zu lassen, weil Ringkerne bei höheren Frequenzen generell weniger anfällig für Sättigungsprobleme als EI-Kerne sind. ET System electronic konnte einen Transformatorhersteller ausfindig machen, der es wagte, einen Ringkerntrafo für den Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 400 Hz zu bauen. Das war auch für diesen Hersteller eine ganz neue Herausforderung, denn Transformatoren werden für eine feste Frequenz von 50 Hz oder 400 Hz gebaut, und auch die gängige Berechnungsoftware ist auf eine dieser beiden Frequenzen zugeschnitten. Die mit der Berechnung und Herstellung des frequenzvariablen Transformators verbundenen Probleme zu bewältigen war eine eigene Meisterleistung, aber nach einem halben Jahr konnte der neue Ringkerntransformator, ein Koloss mit einem Gewicht von rund 112 Kilogramm, an ET System electronic ausgeliefert werden. Ausführliche Tests bestätigten, dass der neue Transformator die Anforderungen erfüllte, wenn auch in den Grenzen der Physik: So lassen sich bei der Frequenz von 400 Hz lediglich 800 A entnehmen, weil hier auch der Ringkern an die Grenze der magnetischen Sättigung stößt und keine höheren Ströme mehr übertragen kann.
Universelle Optionen für den PrüfstandDie neue AC-Quelle wird hauptsächlich im Zusammenhang mit Neuentwicklungen eingesetzt, dient aber auch dazu, Testreihen für die Produktion und für andere Abteilungen durchzuführen. Im Prüfstand des Entwicklungslabors können dabei eine Vielzahl von Tests durchgeführt werden. Beispielsweise werden bei thermischen Tests die Überstromrelais oder Leitungs- und Motorschutzschalter über Stunden hinweg mit unterschiedlichen Strömen belastet, während über Thermofühler-Messsysteme die Temperaturentwicklung am Gehäuse aufgezeichnet wird. Bei Dauerversuchen werden die Schalter dagegen bis zu mehreren Tage mit ihrem Nennstrom belastet, um ihr Verhalten an der Auslösegrenze zu beobachten. Im Anschluss an die Bestromung mit dem Nennstrom wird der Prüfstrom meist noch auf den Auslösestrom erhöht, bei dem das Gerät je nach Bauart und Ausführung innerhalb einer definierten Zeit auslösen muss. Die AC-Quelle von ET System electronic ist nun schon ein Jahr ständig im Einsatz, und die Prüfer sind mit dem Gerät mehr als nur zufrieden. "Früher konnten wir bei 400 Hz nur Versuche bis maximal 100 A machen, und dabei mussten wir die passenden Übersetzungsverhältnisse für die Trafos experimentell ausfindig machen", zieht Simon Stephan ein rundum positives Fazit "Mit unserer Stromversorgung von ET System electronic haben wir für diese Aufgaben heute eine rundum perfekte Lösung. Das Gerät ist sehr genau und zuverlässig, und die gesamte Technik steckt mitsamt Transformator und hochwertigen Messwandlern in einem kompakten Gehäuse." Da auch die Zusammenarbeit mit ET System electronic keine Wünsche offen lässt, haben Simon Stephan und seine Kollegen ET System electronic nicht nur an weitere Standorte innerhalb des Konzerns weiterempfohlen, sondern haben auch schon eine zweite Stromversorgung in Auftrag gegeben: Eine dreiphasige Wechselstromquelle mit 50 Hz, die mit einer Genauigkeit von 0,2 % Ströme von 90 mA bis 1000 A abgeben kann. Mit dieser enormen Bandbreite sind neue technische Herausforderungen verbunden - aber alle Beteiligten haben wenig Zweifel daran, dass die Entwickler von ET System electronic auch diese Probleme bewältigen und ein weiteres Meisterstück der Ingenieurskunst vorlegen werden. Bis 2000 Ampere: Die Sonderversion des EAC-S 9000 Abbildungen unten: Der Prüfstand mit Motor- und Leitungsschutzschaltern |
