Fachbeitrag Bequem stapeln im Schaltschrank

Klassische Rangierwaben haben in der Verbindungstechnik längst ausgedient. Die Formfaktoren dieser Technik, die noch aus den 1970er Jahren stammt, als Steckkarten und Relais-Technik in die Industriesteuerungen einzogen, haben jedoch überlebt. Die neue PTMC-Baureihe von Phoenix Con­tact überwindet nun strenge Formfaktoren und antiquierte Montagearten: Mit ihr kommt eine neue Generation stapelbarer Rangierwaben mit Push-in-Anschlusstechnik und freiem Formfaktor auf den Markt. Die Wabe kommt dabei auch auf der Tragschiene zum Einsatz. So entstehen neue Lösungen für die Leittechnik energietechnischer und prozesstechnischer Anlagen.

Innovationsstau seit 40 Jahren

Als die klassischen Rangierwaben vor 40 Jahren aufkamen, hatten die Steuerschränke eine Breite von 19 Zoll – in der IEC 60297 und DIN 41494 war sie festgeschrieben. Die Höhe der Einschübe orientierte sich an Höheneinheiten (Units), die mit den Verschraubungen der Rack-Rahmen abgestimmt waren. Eine Höheneinheit beträgt 1,75 Zoll (U = 44,45 mm). Alle Komponenten mussten sich im Vielfachen der Höheneinheiten montieren lassen.

Die Rangierwaben wurden aufgrund der weit verbreiteten Steckkarten und Montagerahmen auf drei Höheneinheiten ausgelegt (3 U = 133,35 mm). Um die Montage bei übereinander angeordneter Bauweise zu vereinfachen, wurde von der absoluten Länge noch 1/32 Zoll (0,787 mm) subtrahiert, so dass sich bei 3 U eine Länge von 132,56 mm ergibt. Da bei der aufkommenden Digitaltechnik alle E/A–Signale in Bits und Bytes gerechnet wurden, brauchte man eine Bauform, die acht übereinander liegende Potentiale – 1 Byte hat 8 Bit – von vorne und hinten zugänglich machte.

Dabei kann jeder einzelne Kontaktpunkt in einer Matrix wie auf einem Schachbrett alphanumerisch bezeichnet und definiert werden. Das vereinfacht die Dokumentation in Schaltplänen. Zunächst verfügten diese Rangierwaben über Löt-, Wire-Wrap- oder Termi-Point-Anschlusstechnik. Abspleißende Litzen oder unvorsichtige Handhabung beim Verdrahten konnten leicht zu Störungen oder Kurzschlüssen führen. Später kamen deshalb Flachsteck- und Zugfederanschluss hinzu.

Zielindustrie dieser Rangierwaben sind hauptsächlich Kraftwerke und prozesstechnische Anlagen. Dort werden tausende von Signalen im Feld aufgenommen und in Stammkabeln oder auf Busleitungen zu den Leit- und Steuerräumen geführt. In den 70er Jahren verwendete man oft Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen. Heute sind vor allem Punkt-zu-Bus- oder Bus-zu-Bus-Lösungen üblich. Sie kommen fast ganz ohne Rangierverbinder aus, da jeder einzelne Sensor oder Aktor über eine eigene Adresse verfügt und via Bus einzeln über die Busleitung angesprochen und ausgewertet werden kann.

Kürzere „Down-Times“ durch Rangierebenen

Beim Bus-zu-Bus-Konzept ist eine Fehleranalyse allerdings nur noch mit Notebook und Analyse-Software möglich – das klassische Multimeter hat ausgedient. Fehler wirken sich häufig nicht nur auf einzelne E/A-Signale aus, sondern auf ganze Baugruppen. Außerdem benötigen Techniker und Service-Kräfte eine spezielle Ausbildung. Aus diesem Grund finden sich eher Punkt-zu-Bus- oder auch Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen in den Spezifikationen der Kraftwerke und der prozesstechnischen Anlagen.

Zum einfachen Eingrenzen von Fehlern dient die sogenannte Rangierebene: Dort werden die E/A-Signale der Steuerungen auf Anschlusspunkte verbunden. Außerdem werden dort die Sensoren und Aktoren aus der Feldebene auf die Stammkabel oder aber die Stammkabel auf die Steuerungen verdrahtet.

Weil nun die Steuerungen immer leistungsfähiger und die Anlagen immer komplexer werden, und weil aus Effizienzgründen Prozesse zunehmend am maximalen Arbeitspunkt gefahren werden, ist die Rangierebene weiterhin ein wichtiger Anlagenbestandteil. Eine übersichtliche Signalübertragung und kurze „Down-Times“ im Fehlerfall lassen sich am besten mit einer Kombination aus Punkt-zu-Bus- sowie Punkt-zu-Punkt-Konzepten erreichen.

Stapeln ohne Grenzen

Mit den neuen modularen Rangierwaben der PTMC-Baureihe wird frei konfiguriert – in Punkto Polzahl, Bauhöhe und Baubreite – durch einfaches Aneinanderrasten einzelner Kontaktblöcke. Es gibt sie in vier- und sechspoliger Ausführung mit je zwei beziehungsweise drei Anschlusspunkten des gleichen Potentials auf der Vorder- und Rückseite. Leiter zwischen 0,14 mm² bis 1,5 mm² mit Aderendhülse und Kunststoffkragen werden bei Spannungen bis 250 V und Strömen bis 17,5 A mittels Push-in-Technik angeschlossen. Bei einer benachbarten Baureihe – FTMC – wird konventionell mit Schraubendreher oder werkzeuglos verdrahtet. Die Kontaktblöcke werden wie Bauklötze über- und nebeneinander gestapelt.

Die stabilen Führungen rasten in den Endpositionen zuverlässig ein. Die früher fest vorgegebenen Konturen von drei Höheneinheiten spielen keine Rolle mehr, auch das klassische 8-Bit-Muster kann durchbrochen werden. Fast jede Aneinanderreihung ist denkbar, selbst L-förmige Kombinationen sind kein Problem.

Weitere Vorteile bietet die farbige Varianz der Kontakt­blöcke. Statt des üblichen grauen, weißen oder blauen Einerlei können die Farben der Steuerleitungen, wie in der DIN 0815 beschrieben, auch auf die Verdrahtung abgebildet werden. Dadurch lassen sich Montagefehler vermeiden und die Potentialsuche im Fehlerfall vereinfachen. Auch die Befestigung der Rangierwaben wird flexibler. Alternativ zur Wanddurchführung im Blechausschnitt gibt es Rastfüße für die 35-mm-Tragschiene.

Die neue Technik ermöglicht höhere Packungsdichten auch auf der Tragschiene. Während konventionelle Reihenklemmen beim Mehrleiteranschluss die Kontaktpunkte horizontal aneinander reihen, wird jetzt vertikal in die Höhe gestapelt. Das bringt für zahlreiche Applikationen Vorteile und spart mitunter viel Platz.

Vorbaugruppen vereinfachen Systemverkabelung

Weil bei komplexen Industriesteuerungen eine übersichtliche Markierung und eine einfache Prüfmöglichkeit wichtig sind, bietet jeder Kontaktblock einen zusätzlichen Prüfkontakt für Multimeter-Messspitzen – was bei der reinen Bus-zu-Bus-Verdrahtung nicht möglich ist. Gerade beim Übergang vom Stammkabel zur Feldverdrahtung zeigt die neue Baureihe ihre Stärken. Selbst in kleinen dezentralen Schaltkästen geht das Konzept der PTMC-Baureihe auf – dank flexibler Größe und Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten und dank alternativer Montage auf der Tragschiene.

Im Schaltschrankbau für die Leittechnik werden Steuerungen und Rangierebene vormontiert. Effizienter wird die Installation durch standardisierte Baugruppen, die einen Stecker auf der Seite der E/A-Baugruppen sowie eine Rangierwabe am anderen Ende besitzen. Dabei können die Farben der Signalleitungen in der Anschlusswabe beibehalten werden. Diese Schränke stehen meist in der Raummitte, so dass später auf der einen Seite die Steuerungen mit der Systemverdrahtung montiert und auf der Rückseite die Stammkabel aufgelegt werden - inklusive Schirmanbindung.

Signallastige Branchen profitieren

Die neuen Rangierverbinder bieten kompakte Verdrahtungsmöglichkeiten auch für viele weitere Anwendungen. Neben Prozesstechnik und Energieerzeugung bringt der neue Formfaktor frischen Wind in die Signalverdrahtung der Schaltschränke in Maschinenbau und Gebäudeinstallation. Auch andere, signallastige Branchen können profitieren: die chemische Industrie, die Wasser- und Abwasserwirtschaft, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen und dezentrale Energieerzeugung mit Kraft-Wärmekopplung oder Windkraft.

Für alle diese Applikationen bietet die neue stapelbare Rangierklemme mit Push-in-Anschluss viele Freiheiten – vergessen sind nun die Restriktionen des Blechrahmens, der 19-Zoll-Technik sowie der starren Achtpoligkeit. Selbst in kleinen dezentralen Schaltkästen mit einem geringen Raum­angebot kehren jetzt gestalterische Freiheit, Übersichtlichkeit und Ordnung ein.