Leiterplattenklemmen & -verbinder
Passende Technik für die »All Electric Society«
Den Klimawandel eindämmen und Ressourcen nachhaltig nutzen – dafür steht die »All Electric Society«. Hierfür sind leistungsstarke Geräte und Applikationen nötig. Ein effizienter, platzsparender Leistungsanschluss auch bei hohen Strömen und Spannungen von Leiterplattenkomponenten ist Teil davon.
Das Zukunftsbild der »All Electric Society« (AES) beschreibt eine Welt, in der regenerativ erzeugte elektrische Energie als primäre Energieform weltweit in ausreichendem Maße und vollständig wirtschaftlich zur Verfügung steht. Grundlage dafür ist neben umfassender Vernetzung und Automatisierung die Elektrifizierung aller Sektoren von Wirtschaft und Infrastruktur.
Ziel dabei ist, wo immer möglich, Energie aus fossilen Quellen durch regenerativ erzeugten Strom zu ersetzen und gleichzeitig eine umfassende, effiziente Infrastruktur für den Energietransport bereitzustellen. Das senkt CO2-Emissionen nicht nur beim Verbrauch, sondern auch bei der Verteilung der Energie. Zudem lassen sich elektrifizierte Anlagen einfacher in größere, datentechnische Systeme einbinden und automatisiert steuern. Die Elektrifizierung ist daher stets die Voraussetzung zur Kopplung sämtlicher Lebens- und Arbeitsbereiche im Sinne der AES.
Für diese Elektrifizierung sind neue Geräte, Applikationen und individuelle elektrische Lösungen nötig. Ob Photovoltaikapplikationen, Steuerungen für Windkraftanlagen oder Lösungen für die Ladeinfrastruktur: Zukunftsfähige Geräte sollen immer kompakter aber zeitgleich auch leistungsfähiger werden. Somit ist an vielen Stellen ein leiterplattenbasierter Geräteaufbau unumgänglich.
Mit einer Platine als Herzstück ist ein sicherer und effizienter Leiterplattenanschluss ein Kernelement, um die Sektorenkopplung zu realisieren. Je nach Anwendung sind die Anforderungen an solch eine Verbindungsstelle unterschiedlich.
Während bei im Privathaushalt installierten Wallboxen eine intuitive, werkzeuglose Bedienung und Handhabung im Fokus stehen, spielt im Bereich der regenerativen Energien der Trend zu hohen Spannungen eine große Rolle. Auch ist es immer häufiger nötig, immer höhere Ströme auf die Leiterplatte übertragen zu können.
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| Modulare Leiterplattenklemmen SPT modular |
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Die konfigurierbaren Leiterplattenklemmen der Serie SPT modular versorgen Industrieelektronik mit einer Spannungsfestigkeit von bis zu 1.500 V. Der Produktkonfigurator von Phoenix Contact führt in wenigen Schritten zum Klemmenblock – mit erweiterten Farbräumen, auf Wunsch sogar mit unterschiedlich kombinierbaren Querschnitten, aber immer mit 24/7-Zugriff auf die Konfigurationsdaten. Vorteile: |
Effizient und kompakt trotz hoher Leistung
Die möglichst effiziente Nutzung der erzeugten Energie ist einer der Gründe für den Trend zu höheren Spannungen. Es entsteht der höchste Übertragungsverlust an Energie durch Widerstandsverluste. Verdoppelt man die Spannung, kann der Strom bei gleicher Leistung reduziert werden und damit auch der verwendete Leiterquerschnitt. Das bedeutet, dass neben den deutlich reduzierten Leistungsverlusten auch Kupfermaterialien eingespart werden. Gerade im Bereich der erneuerbaren Energien, die für die Deckung des Energiebedarfs und damit bei der Bewältigung der Klimakrise von grundlegender Bedeutung sind, streben Hersteller Spannungen von 1.500 V an.
Um die Vorteile hoher Spannungen nutzen zu können, sind jedoch einige Herausforderungen zu bewältigen. Je nach Norm und Einsatzgebiet erfordern hohe Ströme und Spannungen mehr als nur die Einhaltung der geforderten Luft- und Kriechstrecken zwischen zwei elektrischen Potenzialen. Insbesondere die Anforderungen an Kunststoffe zur Erreichung von Spannungen bis zu 1.500 V können konträr zu den technischen Eigenschaften stehen, die sonst von den Anwendern gefordert sind. Oftmals gibt es bei der Entscheidung für einen Kunststoff einen Konflikt zwischen technischen Eigenschaften, wie zum Beispiel hoher Wärmebeständigkeit, Flexibilität für eine einfache Montage, Farbauswahl oder Kriechstromfestigkeit.
Zudem sind Leistungsanschlüsse kostenintensiv und in der Montage aufwendig. Von Stromschienen über komplexe Verdrahtungen bis hin zur zeitintensiven Montage von Ringkabelschuhen – diese Lösungsansätze der Vergangenheit bieten Potenzial für Verbesserung. Neben dem Aufwand der Montage und den Kosten ist auch der Platzbedarf dieser Lösungsansätze ein Nachteil. Durch zum Beispiel unisolierte Stromschienen oder Schraubkontakte erhöht sich der Abstand zum nächsten Potenzial. Eine Leiterplattenklemme mit Isolierkörper reduziert diesen Abstand und damit auch den Platzbedarf deutlich. Mit jeder Gerätegeneration steigen hier die Anforderungen an Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit aller Bauteile. Schlanke, ressourcenschonende Geräte bedeuten kompakte Leiterplatten und kompakte Komponenten. Ein individueller, passgenauer Leistungsanschluss ist hierfür unerlässlich.
Lösungen für Varianz und Individualität
Im Portfolio von Phoenix Contact findet sich eine große Vielfalt an Leiterplattenklemmen und -Steckverbindern für den Leistungsanschluss. Das Unternehmen passt zudem das bestehende Portfolio stetig an die Anforderungen der Zukunft an. Dazu gehört, diese Anforderungen zu berücksichtigen – schon beim Entwickeln oder Erstellen zusätzlicher Zubehörteile zur erweiterten Nutzung eines schon bestehenden Produktes. Beispiele sind der Einsatz von Distanzplatten, die Implementierung neuer Kunststoffe mit höherer Spannungsfestigkeit oder die einfache, übersichtliche Datenbereitstellung.
Vor allem individualisierte Anschlusslösungen werden immer öfter angefragt. Um einen möglichst unkomplizierten, effizienten Design-in-Prozess zu bieten, hat der Hersteller zum Einsatz bei hohen Spannungen bis 1.500 V die Serie SPT modular entwickelt. Konfigurierbare Leiterplattenklemmen der Serie ermöglichen zahlreiche Anwendungen in industriellen und semi-industriellen Branchen (Bild 1). Die vertikalen Varianten sind vor allem für die interne Verdrahtung gedacht und werden bevorzugt inmitten der Leiterplatten positioniert. Im dafür vorgesehenen Onlinekonfigurator lässt sich ohne Anmeldung auf der Webseite die auf die Leiterplatte zugeschnittene Anschlussklemme erstellen.
Ob 1,5 mm2 oder 35 mm2: Die Luft- und Kriechstrecken und damit die Spannungsfestigkeit der Produktserie kann voll digitalisiert und individuell für jeden Anschlusspol definiert werden. Via Drag&Drop lassen sich verschiedene Raster- zwischenstücke, sogenannte Spacer, einfügen. Diese erhöhen die Spannungsfestigkeit einzelner Klemmstellen auf bis zu 1.500 V (UL 1059, Usegroup E) und machen sie damit interessant für Anwendungen im Bereich von erneuerbaren Energien oder in der Elektromobilität.
Nach Abschluss der Konfiguration stehen sofort sämtliche Artikeldaten für den Design-in-Prozess zur Verfügung. Die Daten zu jedem konfigurierten Artikel werden nach Abschluss der Konfiguration automatisiert erstellt.
Das Bohrbild, die CAD-Datei als auch die Luft- und Kriechstrecken zwischen jedem individuellen Pol stehen sofort zur Verfügung. Mithilfe der für jeden konfigurierten Artikel generierten Solution-ID ist die Konfiguration auch nach Abschluss jederzeit wieder abrufbar und kann erneut angepasst werden (Bild 2).
Die Serie SPT zeichnet sich durch den unkomplizierten Push-in-Anschluss aus und ermöglicht den effizienten Leiteranschluss. Durch die definierte Kontaktkraft in der Klemmstelle ist die Verbindung langzeitstabil und benötigt keine Wartung. Mit dem Anschlussquerschnitt von bis zu 35 mm2 ist ein Strom von bis zu 125 A mit der Serie möglich.
In Hochstromapplikationen, für die 125 A noch nicht ausreichend sind, können höhere Ströme von bis zu 232 A durch die MKDSP-Serie direkt auf die Leiterplatte übertragen werden (Bild 3). Mit einem Anschlussquerschnitt bis zu 95 mm2 handelt es sich um eine sehr leistungsfähige, wellenlötbare Leiterplattenklemme. Mit dem größten Anschlussquerschnitt und dem kompakten Rastermaß von 20 mm ist der uneingeschränkte Einsatz mit 600 V (nach UL 1059, Usegroup C) möglich. Die seit Langem etablierte Schraubtechnik sichert einen festen Leitersitz auch für sperrige, große Leiter.
Um das Anzugdrehmoment sicher zu übertragen, besitzt das Produkt einen Torx-Antrieb. Durch die Schraubanschlusstechnik lassen sich alle üblichen Leiterarten ob mit oder ohne Aderendhülse anschließen.
Nicht nur der unkomplizierte Leiteranschluss macht die Klemme effizient. Auch mit 95-mm2-Anschlussquerschnitt ist die Klemme MKDSP wellenlötfähig und so mit anderen Bauteilen im normalen Lötprozess montier- und verlötbar. Durch die Einsparung von Prozessschritten entfallen dabei Montagekosten und auch der Platzbedarf ist gering.
Die Autorin
Silvia Brand
ist Produktmanagerin für Leierplattenanschlussklemmen bei Phoenix Contact.
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