Die digitale Transformation hat viele Facetten: IIoT, SPE, APL, TSN und 5G sind auf dem Vormarsch. Die Übertragungsraten steigen, die Protokolle werden komplexer und auf die Stromversorgung werden noch Signale aufmoduliert. Zudem gewinnen WLAN, Bluetooth und Mobilfunk auch im industriellen Umfeld weiter an Bedeutung.
Für mehr Anlagensicherheit und eine höhere Produktionsqualität werden zudem immer mehr Signale, wie Schaltzustände, Temperaturen und Drücke, in die Regelkreise der Steuerungsrechner eingebunden. Dies alles erhöht nicht nur die Komplexität der Anlagen, sondern auch deren Störanfälligkeit um ein Vielfaches.
Aus diesem Grund ist in der Normenreihe IEC 61000 die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) für industrielle und gebäudetechnische Anwendungen definiert, die die zulässige Störstrahlung begrenzt. EMV beschreibt dabei die Fähigkeit von Geräten und Systemen, in einer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne andere Geräte und Systeme zu stören.
Arten von Störungen und wie sie sich ableiten lassen
Dabei ist zwischen der Störausstrahlung (Prinzip Sender) und der Störeinstrahlung (Prinzip Antenne) zu unterscheiden. Auf der Seite der Störausstrahlung gibt es typische Störquellen mit höherer Ausstrahlung, wie etwa Leitungen mit höheren Strömen, geschaltete induktive Lasten oder den ganzen Bereich der Frequenzumrichter. Komponenten, die sensibel auf Störeinstrahlung reagieren, finden sich zum Beispiel bei Inkrementalgebern von Roboterachsen, bei Messwertübertragungen in Stromschleifen oder bei Datenleitungen.
Die störende Wirkung – die Störeinkopplung – erfolgt auf unterschiedlichen Wegen:
Da ist erstens die galvanische Kopplung durch zum Beispiel gemeinsam genutzte Masserückleitungen zweier Stromkreise.
An zweiter Stelle folgt die kapazitive Kopplung, die beeinflusst wird durch die elektrischen Felder zweier parallel verlaufender Signalleitungen mit Wechselspannung.
An dritter Stelle steht als Gegenstück dazu die elektromagnetische Kopplung zweier parallel verlaufender Leitungen mit Wechselstrom.
Die vierte Kopplungsart ist die direkte, elektromagnetische Störstrahlung aufgrund hochfrequenter Signale und der Ausprägung harmonischer Antennenlängen in Abhängigkeit zur Frequenz.
Um diese parasitären Störein- und -ausstrahlungen auf ein möglichst geringes Maß zu reduzieren, sollten sie gemäß der normativen Regulierung zur EMV so gut wie möglich gedämpft werden. In den Kopplungsarten zwei, drei und vier geschieht das üblicherweise durch Abschirmung – was die Verwendung auch geschirmter Leitungen impliziert.
Damit diese EMV-Störungen auch beim Kabeleintritt in den Schaltschrank abgefangen werden, ist es erforderlich, die Kabelschirmung möglichst großflächig und niederohmig auf das Erdungspotenzial des Schaltschranks zu legen. Genau diesen effizienten Schutz gegen Störungen ermöglicht die neue Schirmklemmen-Serie SCC von Phoenix Contact.
Viel Zeit sparen durch intuitive Ein-Hand-Montage
Die Ein-Hand-Montage ermöglicht es, das anzuschließende Kabel und die Schirmklemme sicher und zielgenau in einem Arbeitsgang zu montieren. Werkzeug ist nicht erforderlich, genauso wie zusätzlicher Bauraum. Denn die Schirmklemme wird einfach, intuitiv und sicher manuell zugedrückt.
Lediglich zum Lösen kommt ein Schlitz-Schraubendreher mit einer Klingenbreite von 3,5 mm zum Einsatz. Dieses Prinzip verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen des Kabelschirmes. Der Durchmesser des Kabels kann, verteilt auf vier verschiedene SCC-Schirmklemmentypen, von 2 bis 20 mm variieren.
Die spezielle Geometrie der Kontaktfeder sorgt für eine Zentrierung und möglichst großflächige Auflage des Schirmgeflechtes. So werden immer mindestens 75 Prozent des Schirmgeflechtes kontaktiert, was die EMV-Störungen wirksam dämpft.
Typische Setzungserscheinungen von Kabel oder Schirmgeflecht werden aufgrund der Federtechnologie ausgeglichen. Dieses Prinzip ist für die kontinuierliche und hohe Kontaktqualität verantwortlich. Die Federkraft der Schirmklemmen ist zudem so bemessen, dass keine Innenleiter beschädigt werden.
Auch in vibrationsstarker Umgebung wird die Schirmklemme für die Neutralleiter-Sammelschiene ohne Einschränkungen eingesetzt. Durch den permanenten Druck der Feder und den speziellen Verriegelungsmechanismus verbindet die Klemme auch bei verstärkten Setzungserscheinungen das Schirmgeflecht immer sicher und niederohmig mit der Sammelschiene.
Die SCC–Baureihe erfüllt somit auch die Schock– und Vibrationsnorm EN 50155. So lassen sich die SCC-Klemmen selbst in der Bahntechnik problemlos einsetzen – sowohl im Signal- wie im Rolling-Stock-Bereich.
Niederohmige Widerstände dämpfen Störeinstrahlungen
Weitere Varianten der Schirmklemme gibt es zur direkten Montage auf der Montageplatte oder, mittels Adapter, für die 35-mm-Tragschiene. Die Tragschienen-Variante verrastet aufgrund des speziellen Designs der Fußgeometrie mechanisch so fest wie ein Endhalter. Diese Variante durchstößt elektrisch beim Aufrasten alterungsbedingte Oxidschichten auf der Tragschienen-Oberfläche, was geringe Übergangswiderstände ermöglicht.
Generell sind die gemessenen Übergangswiderstände der SCC-Baureihe sehr niederohmig, um eine hohe Dämpfung zu ermöglichen. Die Kontaktierung zur Neutralleiter-Sammelschiene erfolgt in der Regel mit weniger als 1 mOhm. Dies hat zur Folge, dass Störeinstrahlungen erheblich gedämpft werden.
Zum Schutz vor aggressiven Umgebungseinflüssen sind die Schirmklemmen mit einer korrosionsschützenden Zinn-Nickel-Legierung beschichtet. Dieser Schutz wurde in einer Salznebelprüfung gemäß IEC 60068-2-11 nachgewiesen. Zur eindeutigen Leiterkennzeichnung ist die Schirmklemme mit einer Markierungsfläche versehen. Darauf wird das Etikett mit Kabelnummer oder Schaltschrankzuordnung aufgebracht, das mittels Thermotransfer-Drucker erstellt werden kann. Gut eignen sich hier die selbstklebenden und kratzfesten EML-Etiketten, die auch Säure- und UV-beständig sind.
Die Schirmklemmen verfügen über eine sogenannte Nullklemmung – sie kontaktieren also auch ohne Leiter fest auf der Sammelschiene und lösen sich nicht beim Transport. So kann der Schaltschrank vollständig inklusive der vorgesehenen Schirmkabelauflagen vorbereitet werden. Am Einsatzort lassen sich dann Kabel aus dem Feld aufgrund der Beschriftung einfach zuordnen und auflegen.
Fazit
Die Schirmklemmen der SCC-Baureihe ermöglichen einen werkzeuglosen Anschluss des Schirmgeflechtes mit niedrigem Überganswiderstand. Die Federtechnik unterstützt somit die sichere Reduzierung der elektromagnetischen Störungen bei einfacher Montage sowie die vibrationssichere Kontaktierung und den sicheren Korrosionsschutz.
Die ermüdungsarme Ein-Hand-Montage bietet den Vorteil eines zuverlässigen und zeitsparenden Schirmanschlusses – und das bei reduziertem Bauraum. Die exakte Leiterzuordnung erfolgt über die großzügig dimensionierte Markierungsfläche.
