Steuerrelais Mobiles Luftentkeimungsgerät flexibel steuern

Mit einem mobilen Luftentkeimungsgerät will Howatherm Klimatechnik einen Beitrag zum Infektionsschutz leisten. Dank intelligenter Technik passt das Gerät seine Leistung an den CO2-Wert im Raum automatisch an. Mit dabei: das Steuerrelais Easy E4 inklusive Touchdisplay XV102 von Eaton.

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Aerosole verbreiten sich beim Atmen, Sprechen oder Husten und tragen dabei die Corona-Viren mit sich. In vielen Innenräumen sorgen daher Luftentkeimungsgeräte für Sicherheit.
Aerosole verbreiten sich beim Atmen, Sprechen oder Husten und tragen dabei die Corona-Viren mit sich. In vielen Innenräumen sorgen daher Luftentkeimungsgeräte für Sicherheit.
(Bild: ©alexkich - stock.adobe.com)

Dass Aerosole bei der Infektion mit Covid-19 in Innenräumen eine entscheidende Rolle spielen, ist mittlerweile unbestritten. Die winzigen Tröpfchen verbreiten sich beim Atmen, Sprechen oder Husten und tragen dabei die Corona-Viren mit sich. In kürzester Zeit verteilen sie sich im Raum und schweben dort über Stunden in der Luft. Werden sie von Menschen eingeatmet, können sich diese leicht mit Corona infizieren.

Luftreiniger im Einsatz gegen Corona-Infektionen

Um das Infektionsrisiko zu reduzieren, kommen vermehrt Luftreiniger zum Einsatz. Insbesondere wenn sich ein Raum nicht ausreichend lüften lässt, kann mit ihnen die Konzentration von Viren in der Raumluft deutlich gesenkt werden.

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Raumluft und entsprechende Geräte zur Lüftungs- und Klimatechnik sind seit über 50 Jahren das Kerngeschäft der Howatherm Klimatechnik GmbH. Als Hersteller großer Lüftungs- und Klimaanlagen hat sich Howatherm Klimatechnik über Deutschland hinaus einen Namen gemacht. Das Unternehmen entwickelt und produziert nach Kundenwunsch maßgeschneiderte raumlufttechnische Zentralgeräte und Komponenten zur Lüftungs- und Klimatechnik. Dabei handelte es sich ursprünglich ausschließlich um umfassende Anlagen für größere Luftmengen – nicht um kleine Luftreiniger für den Einsatz in einzelnen Räumen. Aber: „Wir wollten einen Beitrag zum Infektionsschutz leisten und haben uns daher entschieden, unser Know-how für die Entwicklung von Stand-alone-Geräten zur Luftentkeimung zu nutzen“, erklärt Boris Wollscheid, Produktleiter Klimatechnik bei Howatherm Klimatechnik.

Automatischer Betrieb gekoppelt an CO2-Werte

So begann im April 2020 die Entwicklung der UV-Unit Compact. Das Gerät sollte sich von den bereits auf dem Markt befindlichen Geräten unter anderem durch eine hohe Leistung bei der Entkeimung absetzen. Dazu kombinierte Howatherm hochwertige mechanische Feinfilter mit einer keimabtötenden UV-C-Strahlung – diese Technik hat sich bereits zur Desinfektion von Wasser oder Oberflächen bewährt. Die UV-Unit Compact sollte ihre Leistung automatisch an die Anzahl der im Raum befindlichen Personen anpassen können, um Energie zu sparen, die Lebensdauer der UV-C-Röhren zu schonen und möglichst leise zu arbeiten.

Das wird durch die Integration eines CO2-Sensors erreicht. Ein hoher CO2-Wert zeigt an, dass sich viel ausgeatmete Luft im Raum befindet und damit entsprechend viele Aerosole vorhanden sind. Die UV-Unit Compact passt die Leistung des Ventilators an den CO2-Messwert an und schaltet zudem entsprechend UV-C-Röhren hinzu – in insgesamt drei Stufen.

Zahlreiche Programmierungs- und Visualisierungsmöglichkeiten

Zur Steuerung der mobilen Anlage entschied Howatherm Klimatechnik sich, das Steuerrelais Easy E4 von Eaton einzusetzen: Wir hatten bereits das Vorgängermodell, die Easy 700 bzw. Easy 800, bei anderen Systemen im Einsatz, wo sie in einem eigenen Controllerkasten die Anwendung unabhängig von der übergeordneten SPS steuerten“, erläutert Martin Brücher, Leiter MSR bei Howatherm Klimatechnik. Die Easy E4 verfügt im Vergleich zum Vorgängermodell über eine leistungsstärkere Hardware. Bereits das Easy-E4-Basisgerät bietet viel Flexibilität mit vier digitalen Ausgängen, vier analog/digitalen Eingängen mit 12-Bit-Auflösung und vier schnellen digitalen Eingängen. Mit bis zu elf Erweiterungsmodulen lässt es sich auf maximal 188 Ein-/Ausgänge ausbauen.

Anfangs hatten wir die Geräte zur Luftentkeimung ohne Touchdisplay geplant. Als wir dann aber gesehen haben, was damit alles möglich und wie leicht die Programmierung ist, haben wir uns schnell umentschieden.

Martin Brücher, Leiter MSR, Howatherm Klimatechnik

Als die Easy E4 auf den Markt kam, nutzte Brücher die Möglichkeit, das neue Modell über ein Starterpaket kennenzulernen. Es beinhaltete neben dem Steuerrelais auch das Touchpanel XV102 sowie die erforderliche Software inklusive Applikationsbeispiele für Programmierung und Visualisierung. Das XV102-Display wurde speziell zur Visualisierung und Bedienung von Anwendungen entwickelt, die auf dem Steuerrelais Easy E4 basieren. Dadurch, dass nicht benötigte Schnittstellen weggelassen wurden, ist es auf das Preisgefüge der Easy-E4-Reihe zugeschnitten. Im Zusammenspiel mit dem Steuerrelais lassen sich selbst kostensensible Applikationen realisieren. „Anfangs hatten wir die Geräte zur Luftentkeimung ohne Touchdisplay geplant“, so Brücher. „Als wir dann aber gesehen haben, was damit alles möglich und wie leicht die Programmierung ist, haben wir uns schnell umentschieden.“

Desinfektionserfolg abhängig vom CO2-Gehalt

Howatherm setzt ein Easy-E4-Basisgerät mit einem Erweiterungsmodul ein. Dieses Analogmodul steuert den Ventilator an. Brücher: „Da wir hier einen energieeffizienten EC-Ventilator einsetzen, ist eine weitergehende Antriebselektronik nicht erforderlich.“ Des Weiteren sind ein CO2-Sensor zur Überwachung der Luftqualität, ein Tür-Kontaktschalter sowie die drei UV-C-Röhren an die Easy E4 angeschlossen. Damit ist es möglich, das Luftentkeimungsgerät in Abhängigkeit von der Luftqualität vollautomatisch zu regeln. In drei Stufen passt das Steuerrelais je nach CO2-Gehalt die Leistung des Ventilators an und schaltet zusätzliche UV-C-Röhren zu. „Um eine möglichst hohe Lebensdauer der Röhren zu gewährleisten, nutzen wir die in der Easy E4 hinterlegten Betriebsstundenzähler“, erklärt Brücher. „Ein selbstprogrammierter Rotations-Baustein ermöglicht uns die gleichmäßige Auslastung der Lampen.“

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Für die Programmierung der Easy E4 steht die Software Easy Soft 7 zur Verfügung. Damit lassen sich Schaltpläne am PC oder direkt auf dem Gerät erstellen. Sie können anschließend im Simulationsmodus getestet und später zudem dokumentiert werden. Hilfreiche Funktionsblöcke, wie Datenlogger und Alarm-Funktionsblöcke, machen die Programmierung sehr effizient. Der Anwender kann dabei zwischen vier Programmiersprachen wählen: Kontaktplan KOP, Easy-Geräteprogrammierung EDP, strukturierter Text ST und der Funktionsbausteinsprache FBS. „Die Programmierungsmöglichkeiten haben mir gut gefallen“, so Brücher. Er hat sich für die Programmierung mit FBS entschieden: „Auch bei den in unseren großen Anlagen eingesetzten Steuerungen arbeiten wir mit Funktionsbausteinen, sodass ich mich da heimisch fühle.“ Einige Funktionen, die nicht als Baustein vorlagen, hat er zusätzlich mit ST programmiert, sodass er zügig ein maßgeschneidertes Programm für die UV-Unit Compact realisieren konnte. „Der große Vorteil von FBS ist die Schnelligkeit“, freut sich Brücher. „Ich ziehe einfach die Funktionsbausteine ins Programm, sehe sofort die Ein- und Ausgänge und kann alles am Ende simulieren.“

Schnelle Programmierung verschiedener Bedienmasken

Da Programmier- und Visualisierungstool bei Easy E4 und Panel XV102 eng miteinander verzahnt sind, konnte Martin Brücher anschließend die Daten und Variablen des Anwenderprojekts aus der Programmierumgebung Easy Soft 7 direkt in die Visualisierungs-Software Galileo übernehmen. Das Tool bietet eine benutzerfreundliche Visualisierungsoberfläche zur effizienten Programmierung der Anwendung. So lassen sich Bilder und Grafiken mit Buttons als Bedienelement überlagern, was eine moderne und ergonomische Benutzerführung erlaubt. Ein Highlight bei der UV-Unit Compact stellt zum Beispiel die CO2-Ampel dar, die Brücher und sein Team programmiert haben: Hier wird der aktuell vom Gerät gemessene Wert anschaulich dargestellt – spätestens, wenn die Ampel auf Rot springt, ist der CO2-Wert im Raum zu hoch, und es sollte gelüftet werden.

Howatherm Klimatechnik hat zudem verschiedene Masken für unterschiedliche Nutzergruppen angelegt, wie Brücher erklärt: „In der Passwort-geschützten Maske können für die Service-Ebene Soll- und Grenzwerte verändert werden. In der Anwender-Ebene dagegen lassen sich im Zeitprogramm nur Start- und End-Zeit für den Betrieb definieren. Und als dritte Maske haben wir einen Kiosk-Modus programmiert, über den kein Parameter verändert werden kann.“ Ein kleines, aber wertvolles Detail bietet das Touchpanel zusätzlich: Es kann die Uhrzeit über einen deutlich längeren Zeitraum halten als die Easy E4. Martin Brücher hat das System daher so programmiert, dass die Uhrzeit beim Start der Anlage jedes Mal vom Panel an das Steuerrelais übertragen wird. So ist der Luftentkeimer auch nach einer längeren Pause sofort wieder einsatzbereit, zum Beispiel wenn er zukünftig nur noch zur Grippe-Saison eingesetzt werden sollte.

Veranstaltungstipp

Auf dem Anwenderforum Relaistechnik erklären Experten in Best-Practice-Bespielen die Realisierung von Schaltaufgaben in Maschinen, Geräten, Systemen oder bei der Prozessteuerung vor. Darüber hinaus werden Besonderheiten spezieller Relais betrachtet und die Relaisentwicklungen im Kontext zu Smart Grid, Energy Storage, Smart Home und Automotive aufgezeigt.

Mehrwert für Endkunden schaffen

Auch dank der aufeinander abgestimmten Steuerungslösung und der einfachen Programmierbarkeit der Kombination aus Easy E4 und XV102 konnte Howatherm Klimatechnik die UV-Unit Compact nach nur fünf Monaten Entwicklungszeit auf den Markt bringen – inklusive aller erforderlichen Tests zur Reinigungswirkung. Hilfreich hierbei war auch, dass die eingesetzten Eaton-Produkte zuverlässig und jederzeit über den Elektrogroßhandel verfügbar sind: Howatherm Klimatechnik bezieht die Geräte über die Firma Sonepar, die mit drei Großlagern sowie weiteren regionalen Lagern in Deutschland Bestellungen in der Regel schon innerhalb von 24 Stunden liefern kann.

„Wir haben ein hochwertiges Gerät realisiert, das sich automatisch über die CO2-Messung an die Raumbelegung anpasst“, zeigt sich Boris Wollscheid überzeugt von dem neuen Produkt. „Im Vergleich zum Wettbewerb kann sich unsere UV-Unit Compact mit einer Entkeimungswirkung von rund 99,9 Prozent nicht nur durch die Reinigungswirkung absetzen, sondern auch durch die intuitive Bedienung sowie die ansprechende Visualisierung inklusive der CO2-Ampel. Das ist ein echter Mehrwert für den Endkunden. Und dank der Anpassung von Ventilatordrehzahl und UV-C-Bestrahlung an die Raumbelegung ist das Gerät zudem energieeffizient und leise.“ Mittlerweile hat Howatherm sein Produktportfolio an Luftentkeimern erweitert und zwei zusätzliche Geräte entwickelt: Die Filter-Unit Compact und die Filter-Unit+ Compact nutzen mechanische Feinfilterstufen bzw. Hepa-Filter zur Reduktion der Aerosole. Bei beiden Varianten kommt ebenfalls die Easy E4 mit dem XV102 Touchdisplay zum Einsatz.

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