Anpassung industrieller Netzstecker und -buchsen an die Anwendung

Die Stromversorgung von Industrieanlagen, sei es in der Fertigung, auf einer Baustelle oder in einem Rechenzentrum, erfordert Kabelverbinder, die auf die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Installation zugeschnitten sind und sichere, zuverlässige und langlebige Verbindungen gewährleisten. Bestimmte Installationen erfordern möglicherweise Beständigkeit gegen Wasser oder Industriechemikalien sowie Schutz vor Staub oder ultraviolettem Licht. Steckverbinder müssen der mechanischen Belastung durch wiederholte Steck- und Trennzyklen standhalten, bei denen die Kontakte Verunreinigungen ausgesetzt sein können. Gleichzeitig müssen sie die Sicherheit der Benutzer und der Ausrüstung gewährleisten.

Für Entwickler besteht die größte Herausforderung darin, die Nuancen dieser Anforderungen für jede Situation zu verstehen und eine zuverlässige Quelle für Steckverbinder zu finden, mit denen sie diese Anforderungen zuverlässig erfüllen können.

Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Herausforderungen im Bereich Verbindungstechnik, mit denen Designer in industriellen Anwendungen rechnen müssen. Anschließend werden industrielle Steckverbinder mit Stift und Hülse von Amphenol Sine Systems vorgestellt und gezeigt, wie sie ein sicheres und zuverlässiges Verbinden und Trennen von Industrieanlagen ermöglichen.

Die Umgebung des Netzanschlusses

Die Umgebungen, in denen Netzanschlüsse verwendet werden, können sehr unterschiedlich sein, von kühlen und trockenen Rechenzentren bis hin zu heißen und feuchten Fabrikhallen oder sogar nassen Lebensmittelverarbeitungsbetrieben. Steckverbinder können für die Übertragung von einphasigen Wechselspannungen, dreiphasigen Wechselspannungen in Stern- oder Dreieckschaltung oder einer Reihe von Wechsel- und Gleichspannungen erforderlich sein. Steckverbinder werden auch benötigt, um Strom von Wandsteckdosen zu den an der Schalttafel montierten Maschinensteckverbindern zu leiten (Abbildung 1). Möglicherweise sind auch Inline-Stecker- und Buchsenpaare erforderlich, um die Anforderungen an die Konfiguration der Stromversorgung zu erfüllen, z. B. Phasenumkehrungen oder Kabelverlängerungen.

Abbildung 1: Die Bandbreite der Steckverbinderanwendungen in einer industriellen Umgebung umfasst Inline-, Panel- und Wandmontagesteckverbinder. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems)

Netzstecker und -buchsen benötigen zwischen drei und fünf Leiter oder Pole. Beispielsweise sind für einphasigen Wechselstrom und Erdung dreipolige Steckverbinder erforderlich. Für dreiphasige Stromversorgung in Dreieckkonfiguration sind vieradrige Kabel erforderlich, die die drei Phasensignale und einen Erdungsleiter enthalten. Eine dreiphasige Stromversorgung in Sternschaltung erfordert Leiter für jede Phase, einen Neutralleiter und einen Erdleiter, insgesamt also fünf. Die Größen von Leitern und Steckverbindern variieren je nach der Stromstärke, für die sie ausgelegt sind.

Der ausgewählte Steckertyp hängt vom Verwendungszweck ab. Der Netzanschlusspunkt erfordert in der Regel einen Wandstecker, während das stromversorgte Gerät normalerweise einen Stecker für die Schalttafelmontage benötigt. Inline-Steckverbinder verbinden Kabel zwischen festen Anschlüssen, um das Einfügen von Verlängerungen, Phaseninvertern oder anderen Verbindungen in der Mitte der Leitung zu ermöglichen.

Verhinderung von Fehlanschlüssen

Entwickler sollten auch berücksichtigen, dass die meisten Installationen mehrere Maschinen umfassen; dies kann zu einer größeren Anzahl von Netzkabeln und einer höheren Wahrscheinlichkeit von Fehlanschlüssen führen. In internationalen Normen wie IEC 60309-2 und UL/CSA ist die Anordnung der Leitungen und Pole je nach Art der zu übertragenden Leistung festgelegt (Abbildung 2), wodurch die Gefahr von Fehlanschlüssen minimiert wird.

Abbildung 2: Die IEC60309-2- oder UL/CSA-Uhrendiagramme zeigen die Position des Erdungsstifts im Steckverbinder, wodurch die Konfiguration des Steckverbinders und seine Nennspannung kodifiziert werden. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems)

Die Position des Erdungsstifts relativ zur Keilnut im Steckverbindergehäuse bestimmt die Steckverbinderkonfiguration. Ein Erdungsstift kann an einer von 12 möglichen Positionen in Abständen von 30° angebracht werden, die im Uhrendiagramm zusammengefasst sind. Es kennzeichnet jeden einzelnen für drei (2P+E oder 2P-3W), vier (3P+E oder 3P-4W) oder fünf (3P+N+E oder 4P-5W) Kabelanschlüsse anhand eines Farbcodes, der auf der Nennspannung des Steckverbinders basiert. Der Leiter und damit auch der Anschlussdurchmesser sind auf den Nennstrom abgestimmt.

Beispiele für industrielle Netzstecker und -buchsen

Amphenol Sine Systems bietet ein umfassendes Sortiment an industriellen Netzsteckern und -buchsen, die für Anwendungen mit bis zu 100 A und 690 V ausgelegt sind.

Beispielsweise verfügt der Inline-Netzstecker 2CMA104446R1000 von Amphenol Sine Systems, der für dreiphasige Sternschaltungsanwendungen vorgesehen ist, über fünf Leiter: einen für jede der drei Phasen, einen für den Neutralleiter und einen für die Erdung. Er ist für 200 bis 415 V bei 32 A (maximal) ausgelegt. Der Erdungsstift befindet sich an derselben 6-Uhr-Position wie die Keilnut. Der äußere Ring in der Abbildung (für fünfpolige Steckverbinder) an Position 6, rot markiert, gibt den Spannungsbereich an, in diesem Fall von 200 V bis 415 V.

Steckverbinderkonstruktion

Die Steckverbinder von Amphenol Sine Systems verfügen über ein modernes, robustes Design (Abbildung 3). Der Steckverbinderkörper besteht aus Polybutylenterephthalat (PBT), einem thermoplastischen Polyester. PBT zeichnet sich durch hervorragende elektrische Isolation, hohe Festigkeit, Formstabilität und Beständigkeit gegen Hitze und Chemikalien aus. Es verfügt über eine hervorragende Verschleißfestigkeit, nimmt nur sehr wenig Feuchtigkeit auf und ist leicht zu bearbeiten.

Abbildung 3: Dargestellt sind die wichtigsten Merkmale eines fünfpoligen Steckers für 200 V bis 415 V; der Steckverbinderkörper besteht aus PBT. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems, geändert von Art Pini)

Die rote Kappe kennzeichnet die Nennspannung des Steckverbinders von 200 V bis 415 V, wie im Uhrendiagramm dargestellt. Der Erdungsstift hat einen größeren Durchmesser als die anderen Stifte und befindet sich bei diesem Steckverbinder aufgrund seiner Spannungsspezifikationen unten (in 6-Uhr-Position). Er ist auch etwas länger als die anderen, sodass er zuerst Kontakt herstellt. Die Kontaktstifte bestehen aus Messing und sind selbstreinigend, wenn sie in die entsprechende Buchse eingesteckt sind. Die Kontakte sind kalibriert, um über die Zeit einen gleichmäßigen Anpressdruck aufrechtzuerhalten und so Qualität und Performance zu gewährleisten. Zwei Edelstahlschrauben befestigen die Leitungen an den Stiften. Die Schutzhülse um die Steckerstifte dient auch als Abdichtung gegen Staub und Feuchtigkeit. Auf dem Kontaktblock im Inneren des Steckverbinders sind deutliche Anschlussmarkierungen eingeprägt, die die Phase (L1, L2 oder L3), den Neutralleiter (N), die Leitung (L/+) oder die Erde (G) kennzeichnen, um Fehler bei der Montage zu minimieren.

Die Kabel werden im Steckverbindergehäuse durch zwei Klemmen gesichert: eine äußere Klemme an der Rückseite und eine innere Klemme. Eine wasserdichte Tülle zwischen den Klemmen dichtet die Kabeleinführung ab und verhindert, dass Flüssigkeiten durch das Kabel in das Steckverbindergehäuse eindringen können. Je nach Modell verfügen die Steckverbinder über die Schutzarten IP44 (spritzwassergeschützt) oder IP67 (staub- und wasserdicht).

Die Steckbuchse hat einen ähnlichen Aufbau und verwendet Sockel für den Kontakt (Abbildung 4).

Abbildung 4: Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch eine Inline-Steckbuchse, deren Aufbau dem Stecker ähnelt, um die Integrität der Verkabelung zu gewährleisten. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems)

Die Steckbuchsenausführung des Steckverbinders verfügt über die gleichen Dichtungen und Dichtringe, um das Innere vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Die Kontakte sind ebenfalls aus Messing gefertigt und verfügen über zwei Feststellschrauben zur Sicherung der Leiter. Zusätzlich ist die Steckverbinderöffnung durch eine farbcodierte Kunststoffkappe geschützt, um Verunreinigungen zu minimieren, wenn der Steckverbinder nicht gesteckt ist.

Der 2CMA166618R1000 von Amphenol Sine Systems ist ein fünfpoliger Steckverbinder, der dieselben Nennwerte wie der Stecker 2CMA104446R1000 aufweist, nämlich 32 A Stromstärke und 200 V bis 415 V Spannung. Bei dieser Nennspannung befindet sich der Erdungsstift in der 6-Uhr-Position und ist mit einer roten Kappe versehen. Beachten Sie, dass alle Steckverbinder dieser Serie den Normen IEC 60309-1, 2 und 4 entsprechen und außerdem von UL und CSA zugelassen sind.

Der empfangende Anschluss eines Netzkabels in einer Maschine oder einem anderen Gerät wird in der Regel über einen panelmontierten Steckverbinder angeschlossen, beispielsweise über die zweipolige, dreiadrige Buchse 2CMA193146R1000 von Amphenol Sine Systems (Abbildung 5).

Abbildung 5: Der 2CMA193146R1000 ist ein Beispiel für eine zweipolige, dreiadrige Steckbuchse für die Schalttafelmontage. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems)

Diese Steckbuchse ist für die Montage an der Außenseite eines Geräts mithilfe des Befestigungsflansches vorgesehen. Sie ist für einphasige 200 V bis 250 V bei 16 A ausgelegt. Gemäß dem Uhrendiagramm wird bei der dreipoligen Konfiguration (innerer Ring) eine 6-Uhr-Einstellung mit einer blauen Kappe verwendet. Panelmontierbare Steckverbinder sind in gerader oder abgewinkelter Ausführung erhältlich.

Die Anschlüsse für die Stromquelle sind in der Regel an der Wand montiert. Der Wandsteckverbinder 2CMA178699R1000 (Abbildung 6) ist eine 4-polige, fünfadrige Steckdose.

Abbildung 6: Die 2CMA178699R1000 ist ein Beispiel für eine wandmontierte industrielle Steckdose. (Bildquelle: Amphenol Sine Systems)

Diese bündig montierte Wandsteckdose ist für 380 V bis 415 V und 16 A ausgelegt. Sie erscheint im 6-Uhr-Slot im Uhrendiagramm und hat eine rote Kennfarbe, die in einem Kragen um den Kontaktblock herum zu sehen ist. Sie hat die Schutzart IP44, was bedeutet, dass sie spritzwassergeschützt ist. Wie alle Steckdosen verfügt auch diese über eine federbelastete Abdeckung, die die Steckkontakte schützt, wenn der Stecker nicht eingesteckt ist.

Fazit

Industrieanlagen erfordern Netzstecker und -buchsen, die speziell auf die Anforderungen der jeweiligen Installation zugeschnitten sind, um sichere, zuverlässige und langlebige Verbindungen zu gewährleisten. Die industriellen Stecker und Buchsen von Amphenol Sine System sind in verschiedenen Spannungs-, Strom- und physikalischen Konfigurationen erhältlich und wurden entwickelt, um die spezifischen Anforderungen der vielfältigen Umgebungsbedingungen in modernen Fertigungs-, Infrastruktur- und Rechenzentrumsanlagen zu erfüllen.