Vom Bauteil zum smarten System Warum Stromversorgung zur Schlüsseltechnik wird

Mehr als 24 Volt: Zwischen Kabeln und Klemmen entsteht eine neue Generation smarter Stromversorgungen. Sie liefern Energie, schützen Anlagen und stabilisieren die Produktion auch bei Netzschwankungen.

Oftmals im Schatten anderer Automatisierungstechnik ist die Stromversorgung der strategische Faktor, der zwischen störungsfreiem Takt und teurem Stillstand entscheidet. In industriellen Anwendungen war die Stromversorgung über Jahrzehnte ein stabiles Fundament, aber selten ein Fokus der Optimierung. Solange die 24-V-Ebene zuverlässig arbeitete, wurde wenig hinterfragt. Dieses Verständnis wandelt sich nun. Vernetzte Maschinen, komplexe Automatisierungsstrukturen und steigende Anforderungen an Verfügbarkeit machen deutlich, dass die Energieversorgung ein integraler Bestandteil eines intelligenten Gesamtsystems ist. Sie sorgt dafür, dass Maschinen verfügbar bleiben, auch wenn Netzschwankungen, Lastspitzen oder ein plötzlicher Stromausfall die Stabilität bedrohen. Doch all das lässt sich heute nicht mehr allein mit einem robusten Netzteil abfangen. Stattdessen braucht es ein Gefüge unterschiedlicher Komponenten, die sich gegenseitig unterstützen. Die steigende Komplexität moderner Produktionsumgebungen rückt diese neue Infrastruktur stärker in den Fokus.

Redundanz neu gedacht

In hochverfügbaren Produktionsanlagen gehört eine redundante Stromversorgung seit langem zum Standard. Zwei parallel arbeitende Netzteile stellen sicher, dass beim Ausfall einer Quelle die zweite Versorgung den Betrieb ohne Unterbrechung übernehmen kann. Damit sich die beiden Versorgungsstränge nicht gegenseitig beeinflussen, wird üblicherweise ein separates Redundanzmodul eingesetzt, das beide Netzteile elektrisch entkoppelt.

Diese Architektur ist technisch bewährt, bringt jedoch zusätzliche Komponenten, Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf im Schaltschrank mit sich. Gerade bei kompakten Maschinen oder modular aufgebauten Anlagen stellt sich daher zunehmend die Frage, wie sich Redundanz einfacher integrieren lässt. Entkopplungsfunktionen lassen sich direkt in die Stromversorgung integrieren. Meistens übernehmen dabei interne Schaltungselemente auf MOSFET-Basis diese Aufgabe.

Für Anlagenbetreiber ergeben sich daraus mehrere Vorteile. Zum einen sinkt der Verdrahtungsaufwand aufgrund der wegfallenden Redundanzmodule, auf der anderen Seite reduziert sich der Platzbedarf im Schaltschrank. Gleichzeitig bleibt das zentrale Ziel der Redundanz erhalten. Wago integriert diese Funktion inzwischen direkt in ihre Netzteilserien.

Netzausfälle zuverlässig überbrücken

Kurzzeitige Netzinstabilitäten gehören in vielen Industrieumgebungen zum Alltag. Spannungseinbrüche von wenigen Millisekunden oder kurze Netzausfälle können jedoch bereits ausreichen, um Steuerungen neu zu starten, Kommunikationsverbindungen zu unterbrechen oder Maschinen unkontrolliert zu stoppen. Gerade in automatisierten Produktionslinien können solche Störungen erhebliche Folgekosten verursachen.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) übernehmen in diesem Umfeld eine zentrale Schutzfunktion. Sie halten die Gleichstromversorgung stabil, wenn das vorgelagerte Netz kurzzeitig ausfällt oder Spannungseinbrüche auftreten. Je nach Technologie können sie entweder sehr kurze Störungen überbrücken oder ausreichend Zeit bereitstellen, um Anlagen kontrolliert herunterzufahren.

Kurzfristige Netzunterbrechungen werden häufig durch Superkondensatoren (Super-Caps) gepuffert. Sie reagieren extrem schnell, sind nahezu verschleißfrei und eignen sich besonders für Anwendungen, in denen häufige, kurze Spannungseinbrüche auftreten. Da die Energiespeicherfähigkeit jedoch begrenzt ist, decken sie nur Überbrückungszeiten von wenigen Sekunden ab.

Wenn längere Pufferzeiten erforderlich sind, werden häufig batteriegestützte USV-Systeme eingesetzt. Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO₄) bieten hier eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und stabile Leistungsabgabe. Sie ermöglichen Überbrückungszeiten von mehreren Minuten und eignen sich beispielsweise für Anlagen, die bei Netzausfall kontrolliert heruntergefahren werden müssen. Auch klassische Bleibatteriesysteme werden weiterhin eingesetzt. Lade- und Kontrollmodule sorgen im System für ein angepasstes Batteriemanagement und überwachen Zustand sowie Ladezyklen der Speicher.

Welche Technologie eingesetzt wird, hängt letztlich von der benötigten Überbrückungszeit, der angeschlossenen Last, den Umgebungsbedingungen und der gewünschten Wartungsstrategie ab. Moderne USV-Konzepte ermöglichen es Anlagenbetreibern, die Energiepufferung gezielt an die Anforderungen ihrer Prozesse anzupassen.

Elektronische Schutzschalter

Die zunehmende Digitalisierung industrieller Anlagen erfordert einen höheren Schutz von Gleichstromkreisen. In klassischen Installationen werden häufig thermomagnetische Sicherungen oder Leitungsschutzschalter eingesetzt. Diese werden mehr und mehr durch elektronische Schutzschalter ersetzt. Der Vorteil liegt in der präzisen und schnellen Reaktion auf Überstromsituationen. Elektronische Schutzschalter überwachen den Strom kontinuierlich und können Fehlerströme innerhalb von Millisekunden erkennen und abschalten.

Ein weiterer Vorteil liegt in der kompakten Bauweise. Einkanalige Varianten benötigen oft nur wenige Millimeter Baubreite, während mehrkanalige Systeme mehrere Stromkreise in einem Modul bündeln können. Moderne elektronische Schutzschalter verfügen zudem häufig über Kommunikationsschnittstellen, etwa für IO-Link oder Feldbusprotokolle.

Lastmanagementfunktionen lassen sich ebenfalls integrieren. Dabei werden einzelne Stromkreise beim Einschalten zeitlich gestaffelt aktiviert, sodass hohe Einschaltströme vermieden werden. Dieses sogenannte sequenzielle Zuschalten reduziert Belastungen für Netzteile und Leitungen und trägt dazu bei, die Stabilität der gesamten Stromversorgung zu verbessern.

Zukunftsfaktor: Energieversorgung

Die Energieversorgung industrieller Anlagen entwickelt sich zu einem aktiven Bestandteil moderner Automatisierungssysteme. Stromversorgungen wurden früher vor allem als zuverlässige Energiequelle betrachtet. Heute sind Funktionen wie Diagnosefähigkeit, Kommunikationsschnittstellen und Zustandsüberwachung von Bedeutung.

In vernetzten Produktionsumgebungen entstehen dadurch neue Möglichkeiten. Stromversorgungen, elektronische Schutzsysteme und USV-Lösungen können kontinuierlich Daten über Lastzustände, Spannungsstabilität oder Überlastsituationen liefern. Diese Informationen lassen sich in übergeordnete Automatisierungs- und Monitoring-Systeme integrieren.

Damit entwickelt sich die Energieversorgung zunehmend zu einem Sensor innerhalb der Infrastruktur. Veränderungen im Stromverbrauch oder ungewöhnliche Lastprofile können frühzeitig Hinweise auf sich anbahnende Störungen liefern. Etwa auf verschleißende Antriebe, fehlerhafte Verbraucher oder instabile Netzbedingungen. In Kombination mit digitalen Wartungskonzepten kann dies dazu beitragen, ungeplante Stillstände zu vermeiden und Wartungsmaßnahmen gezielter zu planen.

Hersteller wie Wago entwickeln Stromversorgungssysteme derzeit in diese Richtung weiter und integrieren Diagnose-, Kommunikations- und Analysefunktionen direkt in die Geräte.

„Energieversorgung wird zunehmend smart“

Ein Interview mit Maik Hessel, Produkt Manager und Stromversorgungssystem-Experte bei Wago:

Was verstehst Du bei Wago unter einem ganzheitlichen Stromversorgungssystem, und welchen Mehrwert bietet es Anwendern, wenn Stromversorgung, elektronischer Leitungsschutz, USV und Redundanzmodule aus einer Hand kommen?

Maik: Ein ganzheitliches Stromversorgungssystem bedeutet für uns, dass wir die Energieversorgung nicht isoliert betrachten, sondern als funktionales Gesamtsystem. Stromversorgung, elektronischer Leitungsschutz, Redundanz und USV greifen ineinander und sind technisch sowie konzeptionell aufeinander abgestimmt. Der Mehrwert für den Anwender liegt vor allem in der einfachen Projektierung, der hohen Betriebssicherheit und der klaren Systemlogik. Komponenten aus einer Hand reduzieren Schnittstellenrisiken, erleichtern die Inbetriebnahme.

Wago bietet mit Pro 2, Eco 2 und Base unterschiedliche Stromversorgungsfamilien an. Wie grenzen sich diese Serien voneinander ab, und wie finden Anwender die passende Lösung für ihre jeweilige Applikation?

Maik: Die Abgrenzung erfolgt sehr klar über den Funktionsumfang und den Zielmarkt. Mit Base adressieren wir Anwendungen, bei denen eine zuverlässige 24-V-Versorgung im Fokus stehen. Eco 2 bietet darüber hinaus eine höhere Effizienz und ist für den breiten industriellen Einsatz konzipiert, da sie ein deutlich besseres Überlastverhalten in Form eines PowerBoost‘s mit sich bringt. Pro 2 ist unsere High-End-Familie mit umfangreichen Diagnosefunktionen, Kommunikationsschnittstellen und individuellen Konfigurationsmöglichkeiten. Es stehen viele unterschiedliche Varianten zur Verfügung z.B. Lackierte Leiterplatte, Marine – Zulassung, integrierte MOSFET für redundanten Betrieb, Display-Modul und unterschiedliche Kommunikative Schnittstellen wie IO-Link, Modbus RTU/TCP oder Ethernet IP.

Beim elektronischen Leitungsschutz bietet Wago sowohl 1-kanalige als auch 4- und 8-kanalige Geräte, teilweise mit Kommunikationsschnittstellen wie IO-Link oder Modbus RTU. Welche konkreten Vorteile ergeben sich dadurch für Anwender?

Maik: Mehrkanalige Geräte sparen Platz im Schaltschrank und sorgen für eine übersichtliche Struktur. Der entscheidende Mehrwert entsteht jedoch durch die Kommunikation. Über IO-Link, Modbus RTU und Manchester Protokoll lassen sich Strom, Spannung, Auslöseereignisse oder Kanalzustände aus der Ferne überwachen. Das ermöglicht eine gezielte Fehlerdiagnose, reduziert Stillstandszeiten und unterstützt vorausschauende Wartung.

Wie unterscheidet sich das Basis-Segment von den High-End-Lösungen im Bereich Stromversorgungssysteme, und für welche Anwendungen eignen sich die jeweiligen Konzepte besonders?

Maik: Im Basis-Segment stehen die essenziellen Funktionen im Vordergrund, stabile 24-V-Versorgung, grundlegender Leitungsschutz und einfache Integration.

Diese Lösungen eignen sich ideal für Standardmaschinen oder weniger komplexe Anwendungen. High-End-Lösungen gehen deutlich weiter, sie bieten Kommunikationsfähigkeit, detaillierte Diagnose und eine enge Einbindung in die Automatisierungsarchitektur. Das ist insbesondere bei hochverfügbaren Anlagen, modularen Maschinenkonzepten oder in der Prozessindustrie relevant.

Auch im Bereich USV hat Wago sein Portfolio deutlich erweitert. Welche Speichertechnologien stehen heute zur Verfügung, und nach welchen Kriterien sollten Anwender entscheiden?

Maik: Wir bieten heute verschiedene Speichertechnologien an, weil es nicht die eine universelle Lösung gibt. Bleibasierte Akkus sind bewährt und wirtschaftlich, Lithium-Eisenphosphat punktet mit langer Lebensdauer und geringem Wartungsaufwand, während SuperCaps ideal für kurze Pufferzeiten mit sehr hoher Zyklenfestigkeit sind. Entscheidend sind Faktoren wie benötigte Überbrückungszeit, Umgebungsbedingungen, Wartungsstrategie und Lebenszykluskosten. Unser Ansatz ist es, dem Anwender die Wahl zu lassen, passend zur jeweiligen Applikation. (mr)

* Maik Hessel ist Produkt Manager und Stromversorgungssystem-Experte bei WAGO.

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