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Stromversorgungen

So lassen sich kleine Lasten sicher versorgen

| Autor/ Redakteur: Anja Moldehn* / Ines Stotz

Für die Versorgung von Sensoren oder Aktoren mit geringer Leistungsaufnahme müssen Netzteile zuverlässig arbeiten, jedoch nur eine geringe Funktionalität aufweisen. Welche Stromversorgungen im Maschinenbau zum Einsatz kommen.

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Durch den Verzicht auf den Schutzleiter PE wird ein extrem gutes EMV-Verhalten erreicht.
Durch den Verzicht auf den Schutzleiter PE wird ein extrem gutes EMV-Verhalten erreicht.
( Bild: Phoenix Contact )

Phoenix Contact ist weltweit für Produkte der Verbindungs-, Interface- und Automatisierungstechnik sowie des Überspannungsschutzes bekannt. Die Güte der Komponenten resultiert unter anderem aus dem Wissen und der hohen Fertigungstiefe des Unternehmens. Am Stammsitz in Blomberg sind daher mehr als 150 Mitarbeiter im eigenen Maschinenbau beschäftigt, wo sie unter anderem hoch taktende Montagesysteme mit niedrigen Zykluszeiten konzipieren und umsetzen. Die hohen Qualitätsanforderungen, die an die eigenen Maschinen gestellt werden, müssen auch die verbauten Geräte erfüllen. Daher kommen Stromversorgungen aus dem eigenen Hause zum Einsatz.

Maschinenbau-Kompetenz im eigenen Haus

Als interner Dienstleister unterstützt der unternehmenseigene Maschinenbau alle Geschäftsbereiche von Phoenix Contact sowie die entwickelnden und produzierenden Standorte im In- und Ausland. Das Leistungsportfolio reicht dabei von der Erstellung manuell bedienter Vorrichtungen bis zu komplexen mechatronischen Fertigungssystemen.

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Ein Beispiel für die Innovationsfähigkeit des Maschinenbaus sind die Rundschalttische, die häufig das Herz der Montagemaschinen bilden. Sie transportieren die Werkstücke von Station zu Station. Mittels Servomotortechnik lassen sich alle Prozesse schnell und genau regeln. Pro Minute werden 50 Klemmen produziert, die aus Klemmhülsen, Strombalken, Schrauben, Trennmesser oder Hebelsicherung sowie dem Deckel zusammengesetzt werden. Insgesamt sind dafür mehr als 20 verschiedene Stationen erforderlich.

Bei der Entwicklung der Maschinen legen die Mitarbeiter besonderen Wert auf eine hohe Energieeffizienz. Für die Pneumatik wurde deshalb ein Ringleitungsaufbau gewählt, der die Leitungslängen kurz und somit die Verluste gering hält. Zur 24V-Versorgung der Sensorik und Aktorik kommen nur zuverlässige Netzteile mit hohem Wirkungsgrad und kurzer Überlastfähigkeit in Frage. Die Wahl der Maschinenbauer fiel daher auf die Stromversorgungen Quint und Uno Power.

Spezifische Anforderungen für die Stromversorgung

Jeder Verbraucher stellt spezifische Anforderungen an die Stromversorgung. Oftmals bestimmen technische Details, ob sich ein Netzteil für die jeweilige Applikation eignet. Die Steuerung wird aus diesem Grund von Quint Power Netzteilen versorgt, die mit den Leistungsreserven Power Boost und SFB Technology sowie der präventiven Funktionsüberwachung eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicherstellen.

Für Sensorik und Aktorik mit geringer Leistungsaufnahme bis 100 W eignen sich die Stromversorgungen Uno Power mit Basisfunktionalität. Hier stehen insgesamt 15 Module zur Verfügung. Drei Gehäuse mit den Maßen 22,5 / 35 / 55 x 90 x 84 mm sparen mit ihrer hohen Leistungsdichte von 240 W/dm³ viel Platz im Schaltschrank. Die Stromversorgungen für 5, 12, 15, 24 und 48 V DC Ausgangsspannung bieten Leistungsklassen von 25, 30, 40, 55, 60, 90 und 100 W.

Hohe Energieeffizienz durch geringe Verlustleistung

Hinsichtlich der Energieeffizienz sind die Netzteile Uno Power führend in ihrer Klasse. Durch niedrige Leerlaufverluste unter 0,3 W und einen optimierten Wirkungsgrad spart ihr Einsatz im Vergleich zu handelsüblichen Produkten viel Energie. Der Wirkungsgrad, der sich aus dem Quotienten der Ausgangswirkleistung zur Eingangswirkleistung ergibt, beläuft ist mit bis zu 90 Prozent deutlich höher als bei vergleichbaren Geräten. Daher setzen die Netzteile weniger elektrische Energie in unerwünschte Wärmeenergie um. Das senkt nicht nur den Stromverbrauch, sondern wirkt sich außerdem lebensverlängernd auf die Bauteile aus.

Im Maschinenbau sind UL-Zulassungen und der Weitbereichseingang im weltweiten Einsatz unerlässlich. Uno Power gestattet Eingangsspannungen von 85 bis 264 V AC und arbeitet damit auch bei Spannungsschwankungen des Versorgungsnetzes zuverlässig. Bei höheren Eingangsspannungen von 264 bis 575 V AC kommt das 2AC-Gerät mit 24 V und 90 W zum Einsatz.

Für Anwendungen, die eine Zertifizierung nach UL 1310/508 Listed Class 2 erfordern, eignen sich zwei Module mit 90 W Ausgangsleistung. Netzausfall-Überbrückungszeiten bis 135 ms unter Volllast, die MTBF (Mean Time Between Failure) bis zu 1.500.000 Stunden als auch der große Temperaturbereich von -25°C bis 70°C sorgen für hohe Betriebssicherheit.

Schutzleiter PE installieren – ja oder nein?

Bei der Installation der Stromversorgungen Uno Power im Schaltschrank stellt sich die Frage, warum die Gehäuse aus Polycarbonat eingangsseitig lediglich über die Anschlussklemmen L und N an die Netzspannung angeschlossen werden. Eine Verbindung mit dem Schutzleiter PE ist nicht notwendig. Das bietet große Vorteile hinsichtlich der Verdrahtung. Die Sicherheit von Personen steht natürlich immer an erster Stelle. Aus diesem Grund werden elektrische Verbrauchsmittel nach der Norm DIN EN 60950-1 in die Schutzklassen I, II und III eingeteilt. Bei handelsüblichen Schaltnetzteilen ist der Geräteaufbau nach Schutzklasse I oder II üblich.

  • Geräte der Schutzklasse I sind Betriebsmittel, bei denen der Schutz gegen elektrischen Schlag zum einen auf der Basisisolierung beruht. Zusätzlich sind sie immer mit einem Schutzleiteranschluss (PE) versehen. Hierüber wird die Verbindung mit dem Schutzleiter der festen Installation hergestellt, so dass bei einer Störung der Basisisolierung keine Spannung an berührbaren, elektrisch leitenden Gehäusteilen bestehen bleibt. keine Spannung bestehen bleibt. Stromversorgungen Quint Power entsprechen der Schutzklasse I. Die Erdung erfolgt über den PE-Anschluss an der Eingangsklemme.
  • Geräte der Schutzklasse II sind Betriebsmittel, bei denen der Schutz gegen elektrischen Schlag ebenfalls nicht nur auf der Basisisolierung beruht. Zusätzlich verwendet man hier eine doppelte oder verstärkte Isolierung. Bei diesen Geräten besteht keine Anschlussmöglichkeit für Schutzleiter. Sie sind daher sicherheitstechnisch unabhängig von den Installationsbedingungen. Die Stromversorgungen Uno Power benötigen aufgrund ihres hochwertigen Isolationskonzeptes und des nicht leitenden Gehäuses keinen Schutzleiteranschluss. Die Schutzklasse II wird bei Einbau in einen geschlossenen Schaltschrank erlangt. Deshalb kann auf den PE-Anschluss verzichtet werden. Das spart die Verdrahtung und somit Zeit und Geld.

Hochwertiges Isolationskonzept für besseres EMV-Verhalten

Hinsichtlich der Störfestigkeit und der Störaussendung ist es für Geräte nicht ausschlaggebend, ob ein PE-Anschluss vorhanden ist oder nicht. Hier muss auf die geprüften Werte nach der EMV-Richtlinie 2004/108/EG geachtet werden. Phoenix Contact gibt sich nicht mit den Anforderungen nach der EN 61000-6-2 zufrieden. Fast alle Werte werden übererfüllt. So werden die Stoßstrombelastungen (Surge) am Eingang nicht mit den geforderten 1 kV bzw. 2 kV getestet, sondern die Geräte bestehen die Prüfung mit 2 kV bzw. 4 kV. Auch wird nicht das Kriterium B zugrunde gelegt, sondern das Kriterium A. Dieses gilt für Wohnbereiche und liefert deutlich strengere Vorgaben.

* Dipl.-Ing. Anja Moldehn, Marketing Communication Power Supplies, Phoenix Contact Power Supplies, Paderborn

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