Klemmen und Steckverbinder
Protagonisten auf der Leiterplatte
Antriebe übernehmen in Maschinen die Bewegungsabläufe und sind bei deren Automatisierung unverzichtbar. Eine zentrale Rolle auf der Platine der Drives spielen dabei Leiterplattenklemmen und -Stecker: Sie übertragen Signale sowie Versorgungsspannungen und sind damit unentbehrlich.
Ein Beispiel für den Einsatz von Leiterplatten-Anschlusstechnik auf Signalebene sind Drives in der Robotik. Industrieroboter heben Gegenstände an, drehen sie, tragen und bewegen sie, schrauben oder schweißen Komponenten fest oder lackieren sie (Bild 1).
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Ihre Einsatzgebiete sind grenzenlos: Sie automatisieren Prozesse im Automobilbau, in der Lebensmittelproduktion, der Logistik, der Herstellung von medizinischen Geräten und vieles mehr. Damit die Roboter arbeiten können, müssen verschiedene Impulse zuverlässig und sicher übertragen werden. Das gelingt mit Leiterplattenklemmen und -Steckverbindern.
Zur Signalübertragung werden kompakte Leiterplattenklemmen oder -Steckverbinder mit kleinem Querschnitt von bis zu 1,5 mm2 verwendet. Leiterplatten-Anschlusstechnik ist in der Antriebstechnik aber nicht nur für die Signalübertragung verantwortlich. Die Klemmen und Steckverbinder kommen in entsprechend größeren Querschnitten auch für die Spannungsversorgung sowie den Netz- und Motoranschluss zum Einsatz.
Ganz gleich, ob Signalübertragung, Spannungsversorgung oder Netz- und Motoranschluss – die Anforderungen an die Leiterplatten-Anschlusstechnik ähneln sich. Dazu gehört, dass die Komponenten zuverlässig arbeiten, sicher auf der Platine befestigt sind, sich bei Bedarf individualisieren lassen und einfach zu bedienen sind. Schließlich soll der Monteur die Klemmen und Steckverbinder zeitsparend und möglichst intuitiv verdrahten können.
Geräte anschließen mit Steckverbindern
Idealerweise wird die Anschlusstechnik in der Hand verdrahtet, da Schaltkästen oft an nur schwer zugänglichen Orten weit oben oder unten an den Geräten verbaut sind. Um die Verdrahtung in der Hand möglichst einfach zu machen, ist es sinnvoll, Leiterplatten-Steckverbinder zu verbauen.
Die Federleiste von einem Steckverbinder kann zu Verdrahtungszwecken einfach vom Gerät oder aus dem Schaltschrank abgezogen werden. Der Installateur verdrahtet die Federleiste dann bequem in der Hand und steckt sie anschließend wieder auf die Stiftleiste. Das ist nicht nur bei Aufbau und Inbetriebnahme von Vorteil, sondern auch zu Wartungszwecken oder falls das Gerät oder die Maschine abgebaut und an einem anderen Ort wieder aufgebaut werden soll.
Verdrahten mit Hebel
Einen sehr hohen Komfort bei der Verdrahtung von Leiterplatten-Anschlusstechnik bieten Hebel. Mit diesen öffnet und verschließt der Installateur die Klemmstelle einfach und intuitiv mit den Händen, ein Werkzeug ist nicht nötig. Durch die Raststellung ist auf den ersten Blick sofort klar, ob die Klemmstelle offen oder geschlossen ist. Der Hebel bleibt durch die Raststellung offen, beide Hände sind frei zum Verdrahten.
Beim Schließen der Klemmstelle sorgt die Kraft der geöffneten Feder dafür, dass sich der Hebel mit sehr geringem Kraftaufwand schließt. Eine sichere und wartungsfreie Kontaktierung der Klemmstelle ist damit immer gegeben. Das Verdrahten mit Hebel spart zudem Zeit im Vergleich zum Einsatz von Werkzeug (Bild 2).
Zubehör für mehr Sicherheit auf der Leiterplatte
Wichtig bei der Leiterplatten-Anschlusstechnik von Drives sind eine sichere Kontaktierung und langzeitstabile Verbindung, denn sie muss Vibrationen und Temperaturschwankungen zuverlässig standhalten. Um einen zusätzlichen Schutz bei der Kontaktierung zu ermöglichen, empfiehlt sich der Einsatz von Verriegelungen. Sie verhindern ein versehentliches Lösen der Verbindung.
Für die Verriegelung gibt es mehrere Optionen – je nach Einbausituation der Anschlusstechnik. So ist es möglich, die Verriegelung seitlich oder mittig am Leiterplatten-Steckverbinder zu platzieren. Gemeinsam haben Verriegelungen, dass sie die Kontaktstelle bei Vibrationen sichern. Noch mehr Sicherheit bieten Codierungen: Sie verhindern ein Fehlstecken des Steckverbinders. Das ist vorteilhaft, wenn mehrere gleichpolige Klemmen oder Steckverbinder einer Art verbaut sind. Noch mehr Eindeutigkeit für den Installateur, der die Anschlusstechnik verdrahtet, bieten Beschriftungen und farbliche Anpassungen. Dadurch lassen sich Leiterplattenklemmen und -Steckverbinder für jede Anwendung passend individualisieren.
Um ihre Anschlusstechnik zu individualisieren, bieten einige Klemmenhersteller spezielle Konfiguratoren an. Der ostwestfälische Hersteller von Verbindungs- und Automatisierungstechnik Wago stellt dazu zum Beispiel den Konfigurator Smart Designer zur Verfügung. Damit lassen sich Leiterplattenklemmen und -Steckverbinder passend für spezifische Anwendungen individuell anpassen.
Hierzu können Elektroplaner und Entwickler Module oder die Hebel farblich anpassen sowie individuelle Beschriftungen und Codierungen auf der Klemme hinzufügen. Außerdem verfügt das Tool über einen Konfigurationsassistenten für die Leiterplatten-Steckverbinder MCS Mini und MCS Maxi. Nach der Konfiguration können Muster der individualisierten Produkte über einen Musterservice bestellt werden.
Verdrahten mit System
Ideal zum Verdrahten von Drives sind beispielsweise die Leiterplatten-Steckverbinder des »Multi Connection Systems« (MCS) mit Hebeln sowie das Leiterplatten-Steckverbindersystem PicoMax von Wago (Bild 3). Innerhalb dieser Produktgruppen gibt es eine Vielzahl von Leiterplatten-Steckverbindern in unterschiedlichen Querschnittsbereichen.
MCS Mini ist der kompakte Steckverbinder zur Übertragung von Signalen. Er ist in den Rastermaßen 3,5 mm und mit einem Leiterquerschnitt von 0,14 mm2 bis 1,5 mm2 verfügbar. Seine Bauhöhe beträgt lediglich 10 mm, wodurch er sich für sehr kleine Bauräume, etwa im Steuerungsschrank eines Roboterantriebs, und für schmale Gerätefronten eignet.
Neben MCS Mini eignet sich der Leiterplatten-Steckverbinder PicoMax für die Verdrahtung auf Signalebene. PicoMax ist eines der kompaktesten Steckverbindersysteme des Herstellers. Es nutzt die Kontaktkraft einer einzigen Cr-Ni-Stahlfeder doppelt – sowohl für den Anschluss des Leiters als auch für die Kontaktierung des Steckerstiftes. Daher ist er so kompakt.
Klemmen für hohe Ströme
Die Aufgabe von MCS Midi ist, Antriebe mit Spannung zu versorgen. Dieser Steckverbinder hat ein Rastermaß von 5 mm sowie einen Leiterquerschnitt von 2,5 mm2. Er eignet sich in der Variante HV mit einem Rastermaß von 7,5 mm sogar für eine dreiphasige Spannungsversorgung mit bis zu 600 V gemäß UL sowie 5 A bis 66 A.
Darüber hinaus besitzt der Steckverbinder ein eigenständiges Steckgesicht, worin die Stifte durch Zwischenwände getrennt und in separaten Stiftkammern untergebracht werden. Die 1-Leiter- Federleiste mit Hebel erreicht damit die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken für eine Komponentenzulassung gemäß UL 1059, in Use Group C, bis 600 V, Feldverdrahtung.
Für die höhere Leistungsebene entwickelt wurde der Leiterplatten-Steckverbinder MCS Maxi. Damit kann zum Beispiel der Netzanschluss oder der Motoranschluss eines Antriebs verdrahtet werden. Den Steckverbinder gibt es in zwei Größen:
➔ MCS Maxi 6 verfügt über einen Leiterquerschnitt von 0,2 mm2 bis 10 mm2 und einem Rastermaß von 7,62 mm. Mit einem Bemessungsstrom von 41 A eignet sich das System für den Anschluss von Leistungselektronik.
➔ In der Variante MCS Maxi 16 fasst der Leiterplatten-Steckverbinder Querschnitte mit einem Durchmesser von bis zu 25 mm2 bei einem Nennquerschnitt von 16 mm. Der Steckverbinder hält Spannungen bis 1.000 V und Strömen bis 76 A stand.
Bei allen erwähnten Leiterplatten-Steckverbindern können eindrahtige Leiter und feindrähtige Leiter mit Aderendhülse durch den Cage-Clamp-Anschluss mit Push-in direkt gesteckt werden. Einsetzbar sind sie als Wire-to-Board-, Wire-to-Wire-, Board-to-Board- und Board-to-Wire-Verbindungen. Durch die Federklemmtechnik sind alle Produkte laut Hersteller vibrationssicher, wartungsfrei und korrosionsbeständig.
Die Autorin
Patrizia Schmidtpeter-Lerch
ist Content Managerin bei Wago.
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