LED-basierende Signalsäulen und Schalter mit maschinenlanger Lebensdauer Schocksicher und vibrationsstabil - wirautomatisierer

LED-basierende Signalsäulen und Schalter mit maschinenlanger Lebensdauer

Schocksicher und vibrationsstabil

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Signalsäulen zählen zu denjenigen Einrichtungen, die Warnungen und gefährliche Maschinenzustände sicher und zuverlässig anzeigen. Zudem müssen sie auch aus größerer Entfernung sichtbar sein. Und wenn diesen Anzeigeelementen eine hohe Bedeutung zugemessen wird, ist auf die Glühlampe als Leuchtmittel kein Verlass mehr. Hier kann nur ein stoß-, schock- und vibrationsunempfindliches sowie temperaturstabiles Leuchtmittel zum Einsatz kommen – die LED.

Dipl.-Ing. Jürgen Volberg ist Produktmanager Befehls- und Steuergeräte bei Moeller GmbH in Bonn

Mit einer Lebensdauer von 100 000 h zeichnet sich die LED durch eine maschinenlange Lebensdauer aus. Gegenüber der herkömmlichen Glühlampe mit 2500 Betriebsstunden bietet die LED ein extrem geringes Ausfallrisiko. Stillstands- und Reparaturzeiten sind damit quasi ausgeschlossen. Dies gilt besonders bei sicherheitsrelevanten Anzeigesignalen. Hier verlässt sich der Maschinenanwender auf die Funktion der Signalsäule, wobei grünes Licht die Betriebsbereitschaft der Maschine signalisiert, gelbes Licht auf einen gefährlichen Zustand deutet, der eine Handlung erforderlich macht, und rotes Licht auf einen bereits erfolgten Maschinen-Stopp hinweist. Mit dem Ausfall der Maschine oder Anlage ist der gefährliche Zustand eingetreten.
An Signalsäulen ist das eindeutige Erkennen der unterschiedlichen Farben oberstes Gebot. Gerade auf Distanzen bis 100 m müssen die einzelnen Anzeigen komplexer und verketteter Maschinen sicher zu erkennen und zu unterscheiden sein. Die Glühlampe ist hier fehl am Platz. Mit ihrem hohen Gelb/Rot-Anteil, der aus der Brenntemperatur der Glühwendel resultiert, können besonders die Farben Weiß, Gelb und Rot verwechselt werden. Gefahrbringende Zustände bis hin zum Unfall können die Folge sein. Eine hohe Helligkeit für sicheres Erkennen, und das auch bei Tageslicht, ist deshalb gefordert. Auch muss die Erkennbarkeit der Signalzustände aus allen Raumwinkeln möglich sein. Ferner ist ein betriebssicheres Ansprechverhalten und eine hohe Verfügbarkeit, auch bei extremen Umgebungsbedingungen, zu erfüllen. Nur ein Leuchtmittel ist in der Lage all diesen Forderungen und Einsatzfällen gerecht zu werden – die LED.
In den Moeller-Signalsäulen SL werden die derzeit hellsten und kontrastreichsten LED verwendet. Auf mehreren Ebenen sorgen einzelne LED-Elemente für eine 360°-Rundum-Ausleuchtung. Das monochromatische Licht bietet ein Maximum an Erkennbarkeit hinsichtlich Helligkeit und Farbkontrast. Die eingesetzten Kunststoff-Farbpigmente sind zudem auf die Wellenlänge der LED abgestimmt, so dass die Filterwirkung entfällt, die das Licht abschwächt. Die weltweit gültige IEC/EN 60204-1 fordert, dass die Farbe sowohl im ein- als auch ausgeschalteten Zustand eindeutig erkennbar ist.
Lebensdauer, Lampenwechsel und Kosten
An Maschinen, die starke Vibrationen und Schocks erzeugen, wie beispielsweise Pressen, Stanzen und Blechbearbeitungsmaschinen, fallen die in den Signalsäulen eingesetzten Glühlampen häufig aus. Die mechanische Beanspruchung der Glühwendel ist so groß, dass der Glühfaden reißt. Dies gilt auch für neu eingesetzte Glühlampen. Häufiges Ein- und Ausschalten beschleunigt die Alterung zusätzlich. Die angegebenen Betriebsstunden sind demnach nur theoretischer Natur. In der Praxis erreicht kaum eine Lampe diesen Wert. Die meisten Glühbirnen fallen im Dauerbetrieb bei 30 bis 50% der angegebenen Brennzeit aus. Für jeden Maschinenbetreiber bedeutet dies, dass er alle 1500 bis 2500 h einen Lampenwechsel durchführen muss. Im Blinklicht-Modus ist nochmals mit erheblich reduzierten Werten zu rechnen.
Der durchschnittlich ermittelte Zeitaufwand pro Lampe beträgt etwa 30 min, was einem Gegenwert von mindestens 15 Euro plus Ersatz-Glühlampe entspricht. Ein Wechsel ist bei regelmäßigem Betrieb einer Maschine mindestens dreimal pro Jahr fällig; was Kosten von etwa 50 Euro pro Jahr und Lampe entspricht.
Eine Umrüstung der Signalsäule auf LED-Technik würde in einer maschinenlangen Betriebszeit bzw. bis zu 11,5 Jahren resultieren, so dass sich die höheren Anschaffungskosten für die LED als Leuchtmittel binnen kurzer Betriebszeit rentieren: Bereits nach einem vergleichbaren zweiten Lampenwechsel amortisiert sich die LED. Hinzu kommt, dass die LED aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme bei größerer Helligkeit und höherem Kontrast lediglich 1/7 der Leistung der Glühlampe verbrauchen.
LED für die einfachste Anwendung
Das selbe gilt auch für Befehls- und Meldegeräte. Hier bestehen ähnliche, wenn auch im Detail abgewandelte, Anforderungen. Die Befehlsgeräte RMQ-Titan sind ausschließlich mittels LED-Elementen ausgeleuchtet. Sie sind für einen deutlich größeren Spannungsbereich dimensioniert als üblich. Der Betriebsspannungsbereich beträgt 18 bis 30 V bei AC und DC. Damit zeigen sie sich deutlich stabiler gegen Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz, hervorgerufen durch unterschiedliche Auslastung. Auch Spannungsspitzen von bis zu 33 V lassen die Geräte unbeeindruckt. Zudem lassen sich die Leuchtdioden auch bei Unterspannung betreiben, ohne wesentlich an Leuchtkraft zu verlieren. Selbst bei einer reduzierten Versorgungsspannung von etwa 18 V ist noch genügend Licht vorhanden, um eine ausreichende Ausleuchtung von etwa 70% zu garantieren. Ausgelegt sind die Lampen für Gleich- und Wechselspannung. Bei Wechselspannung ist die Leuchtkraft, bedingt durch eine integrierte Gleichrichtung, leicht um etwa 20% reduziert. Die Lichtintensität ist über den gesamten Spannungsbereich so hoch, dass selbst bei Tageslicht und Sonneneinstrahlung zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand problemlos unterschieden werden kann. Damit sind die RMQ-Titan-LED-Elemente den Glühlampen deutlich überlegen.
Für Wechselspannungsanwendungen steht eine zweite Reihe von LED-Elementen zur Verfügung. Sie sind als Multispannungsmodule ausgelegt und arbeiten innerhalb des Betriebsspannungsbereiches von 85 bis 264 V. Diese LED-Elemente decken damit alle vorkommenden AC-Netze für Steuerspannungen ab. Die Lebensdauer dieser LED-Elemente beträgt 100 000 h. Dies ist gleichbedeutend mit einem Dauerbetrieb von 11,5 Jahren bei 24 h pro Tag und 365 Tagen pro Jahr, was einer 10- bis 20-fachen Betriebszeit einer herkömmlichen Glühlampe entspricht. Nach dieser ist die LED keineswegs defekt, sie verzeichnet lediglich um eine etwa 50% geringere Helligkeit gegenüber dem Neuzustand, so dass ohne Einschränkung von einer maschinenlangen Lebensdauer des Leuchtmittels gesprochen werden kann. Der technische Vergleich zwischen LED-Element und Glühlampe fällt eindeutig zu Gunsten der LED aus.
Bei der Schaltgerätefamilie RMQ-Titan werden lediglich drei unterschiedliche LED-Farben benötigt, um alle Signalfarben zu erzeugen. Dies ist ein Vorteil hinsichtlich Auswahl, Bestellwesen und Lagerhaltung. Nur wer auf den besonders intensiven Kontrast einer blau beleuchteten Linse Wert legt, kann anstelle der weißen die optional verfügbare blaue LED einsetzen.
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