Inhaltsverzeichnis
1. EMV-gerechtes Design
2. Schirmung im Fokus
3. Hybrid-Steckverbinder
Noch vor rund fünf Jahren waren ein Motor mit Encoder und der zugehörige Antrieb im Schaltschrank meist mit zwei Kabeln verbunden. So ließen sich Daten und Energie zuverlässig trennen. Dies war jedoch mit einem erhöhten Platz- und Materialbedarf sowie einigem Mehraufwand bei Fertigung und Installation verbunden. Als wirtschaftliche Alternative wurden beispielsweise die auf dem RS485-Übertragungsstandard basierenden Protokolle Hiperface DSL und SCS open link vorangetrieben. Die Kabelhersteller entwickelten geeignete hybride Schirm-in-Schirm-Motorkabel mit einem äußeren und mehreren innen liegenden Schirmen.
Da ist es konsequent, dass ein Kabel auch mit einem einzigen Steckverbinder bzw. Anschluss jeweils am Motor und am Antrieb versehen ist. Auf der Motorseite haben sich M23-Rundsteckverbinder bewährt. Bisher wird das Kabel auf der Antriebsseite oft noch auf zwei Steckverbinder gesplittet. Entwicklung und Installation von Hybrid-Steckverbindern erfordern Sorgfalt und Know-how. Wie bei jeder geschirmten Verbindung sind die Schnittstellen, wie Schirmauflagen, Anschlussklemmen und Übergänge zwischen Steckverbinder und Gehäuse die neuralgischen Punkte. Außerdem ist der Abstand zwischen Energie- und Datenleitungen im Hybrid-Stecker viel kleiner als bei getrennter Führung. Mit der Auswahl des richtigen Steckverbinders und der Integration in den Geräteaufbau eines Antriebs lässt sich jedoch eine zuverlässige und robuste Verbindung sicherstellen.
EMV-gerechtes Design
Am Motor werden meist Steckverbinder mit Metallgehäuse verwendet, was in Bezug auf die EMV-Schirmung optimal ist. Bei den im Schaltschrank verbauten Antrieben (IP20-Umgebung) sollten hingegen einige weitere wichtige Punkte beachtet werden. Hier werden schon aus Kostengründen Klemmen ohne Gehäuse verwendet. Deshalb muss die Schirmung besonders sorgfältig ausgeführt werden. Eine durchgängige und unbeschädigte Schirmung der Kabel und die zuverlässige Kontaktierung an Steckverbindern sind entscheidend, um negative Einflüsse der Motorleistungskontakte und Störquellen aus der Umgebung auf die Encoder-Leitung zu vermeiden. Dies ist deshalb so wichtig, weil sich EMV-Fehler nur schwer lokalisieren lassen.
Speziell bei Hybrid-Verbindungen sind die einzelnen Schirme nicht nur beidseitig aufgelegt, sondern auch untereinander auf einem gemeinsamen Potenzial. Damit ist es selbst bei gezogenen Steckverbindern schwierig, den Übergangswiderstand einer Verbindung zu messen. Aber selbst wenn dieser niederohmig ist, lässt dies keine abschließende Beurteilung der Abschirmwirkung zu. Ein entscheidender Faktor ist somit die konstruktive Ausführung des Schirmanschlusses durch den Hersteller. Die schlechteste Abschirmung erzielen sogenannte Pigtails. Hierbei wird der Schirm verdrillt und das so entstandene Bündel punktförmig per Klemme oder Lötfahne befestigt. Eine gute, niederohmige Schirmauflage kontaktiert den Schirm möglichst großflächig über den gesamten Umfang und führt ihn bis unmittelbar vor die Anschlussklemmen. Idealerweise bleibt die ungeschirmte Strecke unter 30 mm. Bei Schirm-in-Schirm-Leitungen muss für jeden Schirm eine separate Auflage vorhanden sein. Außerdem sollten die Schirme für Energie und Daten möglichst lange getrennt geführt werden.
Nicht zuletzt verbessert eine symmetrische Anordnung der verschiedenen Leitungen und der Kontakte des Steckverbinders die EMV-Eigenschaften. So können die elektromagnetische Felder in benachbarten Leitern am besten kompensiert werden. Deshalb sollten insbesondere die Datenleitung so lange wie möglich als verdrillte Leitung ausgeführt sein. Außerdem sollten Energie- und Datenkabel möglichst weit voneinander entfernt sein, indem man alle neutralen Elemente wie den PE-Kontakt und den Verrieglungsflansch mittig positioniert.
Schirmung im Fokus
Eine gut konstruierte Schirmauflage erleichtert die Installation und hilft, Fehler zu vermeiden. Der Anschluss des Kabelschirms an das Schirmblech erfolgt in der Regel mittels handelsüblicher Schlauchschellen oder Edelstahlkabelbinder. Weidmüller hat beide Varianten gemäß dem Messverfahren KS 04 B aus VG 95 373-41 „Elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten – Messverfahren für geschirmte Kabel und schirmende Kabelschutzschläuche“ getestet. Im Ergebnis liefern beide Varianten gute Ergebnisse.
Für eine bestmögliche Schirmung muss natürlich auch ein zuverlässiger Kontakt zum Gehäuse bestehen. Hierbei zeigt sich ein am Steckverbinder angebundenes Schirmblech mit steckbarer Federkontaktierung zum Gerät als besonders vorteilhaft. Die federnde Ausführung sorgt für eine dauerhafte Schirmanbindung auch bei Temperaturschwankungen und Vibrationen. Das Abschirmblech sollte möglichst großflächig das Metallgehäuse oder einen leitfähigen Metallkühlkörper kontaktieren. Auch eine direkte Kontaktierung der Leiterplatte und Ableitung des Schirmes über Leiterbahnen ist möglich.
Hybrid-Steckverbinder
Weidmüller hat einen Hybrid-Steckverbinder entwickelt, der alle oben beschriebenen Kriterien und Anforderungen erfüllt. Das Schirmblech bietet Befestigungsmöglichkeiten für den äußeren und die inneren Schirme. Diese sind so angeordnet, dass das Schirmgeflecht bis kurz vor die Leiteranschlüsse geführt werden kann. Die Schirmauflage sorgt mit speziellem EMV-Feder-Kontaktband für eine großflächige, dauerhafte und vibrationssichere Schirmanbindung zum Gehäuse, zum Aluminium-Druckguss-Kühlkörper oder entsprechenden Pads auf der Leiterplatte. Ob sie sich für ein Metallgehäuse oder für Kunststoff entscheiden, der Steckverbinder findet immer sicheren Kontakt. Durch seine federnden Eigenschaften muss die Kontaktauflage am Gerät keine besonderen Eigenschaften aufweisen. Das Schirmblech gleicht Vibrationen oder Temperaturschwankungen selbstständig aus.
Auch sonst sorgt der Steckverbinder für einen problemlosen Anschluss. Weidmüller hat die herkömmlichen Außenflansche durch einen Mittelflansch ersetzt, sodass der Abstand zwischen den einzelnen Leitungen trotz kompakter Bauform maximal bleibt. Die selbstverrastende Einhand-Verriegelung reduziert die Installations- und Wartungszeit durch einen einzigen Steckvorgang. Sie ist auch bei schwierigen Einbauverhältnissen leicht und ohne Fehlbedienungsrisiko zu betätigen und automatisch sicher verriegelt. Der Steckverbinder entspricht IP20 und ist fingersicher. Zwar ist bei Arbeiten im Schaltschrank grundsätzlich auf Spannungsfreiheit zu achten. Die Antriebe weisen jedoch konstruktionsbedingt hohe Kapazitäten auf. Selbst wenn der Schrank spannungsfrei geschaltet ist, muss der Bediener eigentlich noch mehrere Minuten warten, bis sich diese Kapazitäten entladen haben. Korrekt verdrahtet bietet der Steckverbinder von Weidmüller auch hier zuverlässigen Berührschutz. ge
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