Was lässt sich bei einem Produkt wie einem Schaltschrank, der technologisch ausgereift erscheint, noch verbessern? Wo kann man ansetzen? Was braucht der Schaltanlagenbau? Diese ­Fragen stellten sich die Entwickler bei ­Rittal vor fünf Jahren. Da der Begriff ‚Industrie 4.0‘ damals erst ein Jahr durch den Markt geisterte, war zu diesem Zeitpunkt nur klar: Der Großschrank muss zu 100 % Industrie-4.0-fähig werden. Denn nur die Kombination aus realem Schaltschrank und seinem digitalen Zwilling würde in Zukunft alle Digitalisierungsanforderungen von Online-Konfiguration und Engineering über Montage bis hin zu Automatisierung und Wartung erfüllen. „Die neue Wirklichkeit“ nennt Dr. Thomas Steffen, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei Rittal, die Verschmelzung realer und physischer Workflows im Produktlebenszyklus: „Ohne konsistente, durchgängige Daten oder softwarebasiertes Regelwissen ist auch ein Schaltschrank nicht zukunfts­fähig.“ 

Feldforschung in den Werkstätten

Die Suche nach einem zukunftsfähigen Schaltschranksystem leitete das Unternehmen nicht am Reißbrett oder im Labor in die Wege – „back to the roots“ hieß die Devise. „Bevor wir unser Team an die Entwicklung des Schaltschranks ließen, mussten wir in die Werkstätten unserer Kunden, um die aktuellen Herausforderungen komplett neu aufzunehmen und zu analysieren“, sagt Dr. Steffen. Zusammen mit dem Münchener Institut PMO Usability-Engineering & Organisations-Entwicklung initiierte der Systemanbieter für Schaltschränke eine Feldstudie: Die Forscher dokumentierten den Industrie-Alltag bei zehn Unternehmen in Deutschland, bei acht in den USA und bei sechs in China – darunter kleine, mittelständische und große Unternehmen. 

Jeder, der in dem jeweiligen Unternehmen mit dem Produkt Schaltschrank arbeitet, wurde dabei beobachtet und befragt. Dokumentiert wurde schriftlich, teils fotografisch und filmisch. Dabei war aber nicht nur der Schaltschrankmonteur im Fokus, sondern eine Vielzahl von  Nutzergruppen – unter anderem Konstrukteure, Logistikmitarbeiter, Monteure, Verdrahter, Prüfer, Inbetriebnehmer und Instandhalter. Hinzu kamen die Kaufentscheider – technische Einkäufer, Geschäftsführer und Asset-Manager. So ging die Usability-Studie deutlich über das hinaus, was heute unter ‚User Experience‘ verstanden wird – sie bezog Aufgaben und Kontext mit ein.

„Die Nutzeranalyse war ein Augenöffner. Wir erkannten teils Probleme beim Kunden, die er so selbst noch nicht wahrgenommen hatte“, resümiert Dr. Steffen. 150 konkrete Anforderungen an den neuen Schaltschrank kristallisierten sich dabei heraus, die Rittal um die Erkenntnisse des ebenfalls eingebundenen Kundenbeirats ergänzte. Nach der Usability-Studie waren auch letzte Zweifel an der strategischen Stoßrichtung des zu entwickelnden Großschranks ausgeräumt: „Der Markt braucht einen Schaltschrank, der die Durchlaufzeiten in Engineering und Montage per sofort verkürzt, der angesichts von Losgröße 1 die Komplexität reduziert und sich als vollwertiger Baustein in den Megatrend Digitalisierung einfügt“, so Dr. Steffen. Zusammengefasst: Der Schaltschrankbau muss digitaler, einfacher und schneller werden.

Drei Entwicklungsteams

Vor der konstruktiven Umsetzung dieser Leitlinie gab es jedoch noch einen Zwischenschritt, bei dem drei Entwicklungsteams gleichzeitig ‚ins Rennen geschickt‘ wurden: das Team Forschung und Entwicklung im Herborner Hauptsitz, ein Team aus dem Werk Rittershausen und ein zusammengestelltes Team eines externen Entwicklungsdienstleisters, dem zwei ‚Veteranen‘ des Schaltschrank-Anbieters als Berater zur Seite gestellt wurden. Diese drei Teams sollten ohne Kontakt untereinander das Profil für den Schaltschrank der Zukunft entwerfen. Die Teams waren mit den Erkenntnissen der Feldstudie vertraut, arbeiteten aber ohne konstruktive Beschränkung komplett autark. Jeweils zwei Profilentwürfe der drei Teams – insgesamt entstanden über 200 – wurden im Oktober 2013 der ‚Jury‘ vorgelegt, bestehend aus dem Eigentümer Dr. Friedhelm Loh und dem Geschäftsführer Forschung und Entwicklung, Dr. Thomas Steffen. Hauptauswahlkriterien waren die Funktionen und Kundenvorteile. 

Kundenvorteil im Fokus

Herausgekommen ist der Schaltschrank ‚VX25‘, bei dem der Hersteller gezielt nur an den Stellen angesetzt hat, wo es Kunden einen Vorteil bringt. „Bewährtes haben wir weitestgehend erhalten, um unseren Kunden den Umstieg zu erleichtern“, erklärt Matthias Müller, Abteilungsleiter Produktmanagement Schaltschränke. Neu sei, „dass der Schaltschrank so tickt, wie der Kunde denkt und handelt: in Funktionen und Prozessen“. 

Ein Beispiel ist die Zugänglichkeit von allen vier Seiten. So lässt sich die äußere Montage-Ebene von außen bestücken, was in der Praxis für gut 40 % der Rittal-Kunden eine große Erleichterung bedeutet. Auf diese Weise lassen sich rund 30 Minuten Zeit gegenüber der konventionellen Montage einsparen. 

Ein durchgängiges 25-mm-Maßraster und Symmetrie helfen dabei, die Komplexität in der Schaltschrank­technik zu reduzieren.

© Rittal

Gleiches gilt für die Möglichkeit, Montageplatten – speziell mit hohem Gewicht – auch von hinten einzubauen. Zudem bieten 20 mm mehr Einbautiefe auf der Rückseite erweiterten Handlungsspielraum. Dies ist wichtig, um dem Wunsch nach höheren Packungsdichten gerecht zu werden. 

Des Weiteren werden die Flachteile des ‚VX25‘ zur Optimierung der Wertschöpfungskette von Kunden mit einem ein­deutigen QR-Code versehen, wodurch die Bauteile im Warenwirtschaftssystem des Kunden der jeweiligen Stücklistenposition zugeordnet werden. Somit lassen sich zum Beispiel die Flachteile über den ­kompletten Workflow tracken, den korrekten Bearbeitungsprogrammen zuordnen und ihre Bearbeitungszeiten erfassen. Dank Multifunktionsbauteilen reduziert sich zudem die Komplexität in der Teilevielfalt. 

Montage ohne Werkzeug

Im Sockel, der die Funktionen des ‚TS‘-Sockels und des Sockelsystems ‚Flex-Block‘ kombiniert, lässt sich das ­Schrankzubehör einbauen.

© Rittal

Zeiteinsparung gibt es dank des Snap-on-Griffsystems auch beim Griffwechsel, der nun doppelt so schnell erledigt ist wie bisher. Musste der Griff früher mit Schrauben montiert werden, genügt heute ein „einmal dranhalten, zudrücken, fertig“. Auch das bislang nötige Kleben der Anreihdichtung entfällt beim neuen Schrank, da diese nun gesteckt wird. Eine Schraubverbindung in Anreihrichtung vereinfacht beliebige Kombinationen nach allen Seiten.

Weitere Erleichterungen betreffen nochmal die Tür: So können sich Kunden künftig die mechanische Bearbeitung der Tür bei der 180°-Scharnier-Montage sparen. Bisher waren bei der Umrüstung einer Tür auf 180° rund 30 Minuten pro Tür nötig durch das Bohren von acht Löchern, dem Entgraten und anschließendem Lackieren. Heute lässt sich die Tür wie eine Wohnungstür aus- und einhängen und ist im geschlossenen Zustand automatisch gesichert.

Eine weitere Innovation ist der Schaltschrank-Sockel. Er kombiniert alle Funk­tionen des Vorgänger-Sockels (TS) und des Sockelsystems ‚Flex-Block‘. Das Schrank­zubehör ist im Sockel einbaubar. Im Sockel geführte Kabel lassen sich
über System-Chassis abfangen und fixieren. Last but not least vereinfacht eine integrierte Zentrierhilfe im Eckstück das Positionieren und der Sockel lässt sich direkt von oben befestigen.

Autoren:
Ulrich Kläsener ist Journalist bei Mediabridges in Bergisch Gladbach;
Hans-Robert Koch ist Gruppenleiter Produktkommunikation bei Rittal in Herborn.

Schaltschrankbau 4.0

Reale und physische Workflows verschmelzen dank hoher Datenqualität und Durch­gängigkeit im ­Engineering.

© Rittal

Steuerungs- und Schaltanlagenbauer, die ihre Produktivität nach Industrie 4.0 ausrichten wollen, brauchen sämtliche Daten durchgängig in maximaler Qualität – von der Elektroplanung über die mechanische Konstruktion bis zur Produktion. Mit vollständigen Daten für alle Prozesse entlang ihrer Wertschöpfungskette unterstützt das Großschranksystem ‚VX25‘ den Steuerungs- und Schaltanlagenbau dabei. Für die Umstellung auf das Schranksystem stellt Rittal verschiedene webbasierte Software-Tools bereit:

Mit der ‚VX25 Umstellhilfe’ lassen sich Stücklisten des bisherigen Schaltschranksystems ‚TS 8‘ in VX25-Stücklisten konvertieren. Stücklisten von Projekten, die wieder verwendet werden sollen, brauchen nur als Excel-Datei per Drag&Drop in das Umstellungs-Tool geladen werden. Sind die Spalten in Excel für Artikelnummer und Anzahl ausgewählt, erhält der Nutzer mit einem Klick die gewünschte VX25-Stückliste. Artikel ohne VX25-Relevanz werden automatisch in der Liste angezeigt. Im Anschluss lässt sich die übersetzte Stückliste herunterladen oder direkt zur Online-Bestellung in den Warenkorb legen. 

Darüber hinaus erhalten Anlagenbauer Unterstützung bei der Umstellung von ‚TS 8‘-basierten 3D-Schaltschrank-Layouts zur VX25-Systemtechnik in ‚Eplan Pro Panel‘-Projekten. Dabei erfolgt der Austausch alter Schaltschränke samt Zubehör gegen neue Artikel weitestgehend automatisiert.

Unterstützung für den Anlagenbauer

Weitere Unterstützung bei der Umstellung gibt es via kostenlosen Download detailgetreuer, validierter CAD-Daten in über 70 Formaten für eine flexible Datenübertragung in alle gängigen CAD-Systeme. Über das ‚Eplan Data Portal‘ lassen sich zudem Makros des VX25-Anreih-Schrank-systems für das mechatronische Engineering mittels CAE/CAD und die Erstellung des 3D-Schaltschrank-Layouts mit ‚Eplan Pro Panel‘ laden. Ebenso gibt es Daten zur Klassifizierung nach eClass (Advanced) und ETIM.

Das Auswählen von Schränken und passendem Zubehör ermöglicht ‚VX25 Selektor‘.  Eine fehlerfreie, ‚plausibilitätsgeprüfte‘ Konfiguration – auch ohne CAD-Kenntnisse – des Schranksystems sowie der gewünschten Ausbaukomponenten ermöglicht ein webbasierter Konfigurator. Da das konfigurierte Datenpaket neben der Stückliste ein CNC-Programm für das Perforex-Bearbeitungszentrum und ein 3D-Step-Modell des kompletten Schrankes inklusive Zubehör enthält, lassen sich auch mechanische Bearbeitungen mit dem ‚Rittal Configuration System‘ planen. So fließen die Daten des Schranks direkt in die Prozesse der Bearbeitung ein.