Einerseits gibt es in der Anschlusstechnik den Trend zu immer höherer Leistung, die – steckbar oder nicht – direkt auf die Leiterplatte oder zum Gerät gelangt. Und zwar ohne den Umweg über ausgedehnte Stromschienen-Konstruktionen oder über Bolzenanschlüsse mitten auf der Leiterplatte. Kompakte Leiterplattenklemmen und Steckverbinder können heute Leistungen bis zu 125 A und 1.000 V nach IEC sowie 115 A und 600 V nach UL sicher übertragen. Leiterquerschnitte bis zu 35 mm² nehmen sie direkt auf. Dabei stehen zwei Faktoren im Vordergrund: zum Einen die vereinfachte und kostengünstige Fertigung von Geräten, und zum Anderen die zeitliche Verkürzung der Inbetriebnahme von Anlagen durch Modulbauweise sowie durch Reduktion der Stillstandzeiten.
* Phoenix Contact
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Umwelt- und Kostenaspekte schließen sich nicht aus
Ein anderer Trend ist die Miniaturisierung – die Geräte werden kleiner und leichter. Dies ist auch aus ökologischer Sicht von Interesse, denn bei der Fabrikation und Lagerung und vor allem beim Transport in einem globalen Markt werden Ressourcen geschont. Nicht nur die aktiven elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte oder im Gerät werden kleiner, auch die dazugehörige Anschlusstechnik schrumpft. Entweder werden die Geräte insgesamt kleiner, oder sie beinhalten bei gleicher Baugröße mehr Funktionen. Hier gilt der Grundsatz: Der Platz im Schaltschrank ist begrenzt und teuer.Die Herausforderung für den Gerätebauer und den Hersteller der Anschlusstechnik liegt in der Erfüllung unterschiedlicher Bedürfnisse. Hier bilden die elektrischen Leistungsdaten und die anzuschließenden Leiterquerschnitte die physikalischen Grenzen – die normgerechten Luft- und Kriechstrecken sowie die Abmessungen von Strom führenden Bauteilen müssen eingehalten werden.
IDC-Schnellanschlusstechnik
Während beim Sensor-Aktor-Anschluss in der Schutzart IP65 und höher der M12-Rundstecker üblich ist, macht der kleinere M8-Rundstecker Feld- und Geräteverdrahtung noch kompakter. Möglich wird der einfache Anschluss durch die kompakte IDC-Schnellanschlusstechnik (Insulation Displacement Connection), die auch eine werkzeuglose Konfektionierung des Leiters im Feld erlaubt. So können Sensoren oder Näherungsschalter schrumpfen – und trotzdem einfach und zuverlässig sowie ohne Spezialwerkzeug im Feld angeschlossen werden. Dies ist vorteilhaft, wenn Leitungen nicht vorverdrahtet, sondern vor Ort angepasst werden.Drehwertgeber und Encoder werden in der Regel mittels niederpoligen M12- oder höherpoligen M23-Steckverbindern und -Wanddurchführungen angeschlossen. Hier bieten die hochpoligen M12-Steckverbinder und -Wanddurchführungen mit zwölf und 17 Polen eine Platz sparende Alternative. Die hohe Kontaktdichte erlaubt nicht nur eine Umwelt- und Ressourcen schonende Herstellung der Stecker, sondern auch eine höhere Materialeffizienz im Vergleich zum M23-Stecker. Die Gerätegehäuse können in ihrer Baugröße an die neuen geringeren Platzbedarfe angepasst werden – was sich wiederum positiv auf die Materialeffizienz der Encoder auswirkt.
Piercecon-Anschlusstechnik
Die Feldkonfektionierung muss bei begrenzten Platzverhältnissen nicht komplizierter sein als beim M23-Crimp-Anschluss. Die Piercecon-Anschlusstechnik, bei der die Kontaktnadeln längs in die zuvor positionierten Litzen eingeführt werden, erlaubt sogar den schnellen und sicheren gasdichten Leiteranschluss. Diese Technik ermöglicht eine werkzeuglose Verdrahtung von kompakten feldkonfektionierbaren Steckverbindern (Abbildung 1). Innerhalb des Gerätes sowie bei externen Anschlüssen für Geräte in der Schutzklasse IP20 müssen die Leiter mit der Leiterplatte verbunden werden. Je nach Komplexität eines Gerätes und gewünschter Austauschbarkeit lassen sich diese Anschlüsse fest als Leiterplattenklemme oder steckbar als Steckverbinder ausführen. Auch Vorverdrahtung und Kostenlimit können hier eine Rolle spielen.
Direktsteckanschluss mit Push-In-Technik
Überdies gibt es weitere Anforderungen – etwa an die Baugröße der Anschluss-Komponenten. Häufig setzen LEDs mit ihren geringen Abmessungen hier die Standards, denn die Anschlusstechnik auf der Platine sollte keinen Schattenwurf bewirken. Das Produktprogramm „Combicon high density & data“ bietet hier Lösungen, die mit einer Bauhöhe von 5 mm und einem Rastermaß von 2,5 mm den Feldanschluss schnell und sicher machen. Möglich wird dies durch die Push-In-Anschlusstechnik und durch den Pierce-Kontakt am THR- oder SMD-Anschluss. Auf diese Weise sind Übertragungsleistungen bis zu 6 A und 320 V auf kleinstem Einbauraum möglich (Abbildung 2).
Intelligentes Produktdesign schafft Platz
Miniaturisierung gibt es aber nicht nur bei Signal- und Datenanschlüssen. Auch Leistungsanschlüsse nach UL1059 für 600 V in der UG(Use Group) „C“ für den uneingeschränkten industriellen Einsatz werden kleiner. Der UL-Standard fordert jedoch Luft- und Kriechstrecken von 9,5 und 12,7 mm. Intelligentes Produkt-Design kann hier miniaturisieren helfen, so dass sich ein 4-mm²-Leiter bei 600 V UL mit 30 A in einer Leiterplattenklemme in der UG „C“ belasten lässt. Das Besondere dabei sind die kompakten Abmessungen einer solchen Leiterplattenklemme sowie das extrem kleine Rastermaß von 6,35 mm. Intelligentes Design umfasst hier eine normenkonforme Konstruktion von Gehäusekonturen sowie eine verspringende Lötstiftanordnung – das so genannte Zick-Zack-Pinning. Auf diese Weise kann man mit dem richtigen Material die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken erreichen. Standardisierte Schnittstellen in der Feldbus- und Netzwerk-Verkabelung müssen entsprechende Normen erfüllen – hinsichtlich Datenübertragungsraten, Schirmwirkung und Rückflussdämpfung. Diese Schnittstellen werden auch von Nutzerorganisationen spezifiziert oder freigegeben. Beim M12-Ethernet-Steckverbinder nach Cat 6Aermöglicht ein intelligentes Design die Miniaturisierung des Ethernet-Anschlusses in der Schutzart IP65/IP67 unter Einhaltung der normativ geforderten Werte (Abbildung 3).Eine ungünstige Auswahl der Anschlusselemente kann für einen Gerätebauer unterschiedliche Folgen haben: Sind die Elemente zu groß gewählt, fehlt Platz auf der Leiterplatte oder Gehäusewand für weitere Funktionen. Sind sie zu klein gewählt, ist die Konfektionierung im Feld komplizierter oder nur mit Spezialwerkzeug möglich.
Anschlusselemente richtig wählen
Die richtige Wahl der Anschlusselemente für industrielle und semi-industrielle Geräte hinsichtlich Baugröße, Qualität und Handhabung kann den Produkterfolg eines Gerätes am Markt entscheidend beeinflussen. Ein Entwickler und Hersteller von Geräteanschluss-Elementen – mit einem breit gefächerten Produktprogramm für unterschiedliche Applikationen und Leistungsbereiche – hält fast immer das passende Produkt für den jeweiligen Einsatzfall bereit. So kann er den Gerätebauer bei der Entwicklung und Produktion eines marktgerechten Gerätes unterstützen. Bei speziellen Anforderungen an einen Geräteanschluss, die mit bestehenden Lösungen nicht erfüllt werden können, ist auch die Entwicklung einer Speziallösung möglich, die genau zum Gerät passt.
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