Inhaltsverzeichnis
1. Einfach und technisch überzeugend
2. Kontaktierung von Einschüben
3. Es gibt immer eine Lösung
4. Verbindungen vom Feinsten
5. Gabelsteckverbinder können hohen Strömen standhalten
Soll ein Modul mit Schraubanschlüssen gewechselt werden, sind zuerst die Anschlussfahnen des Moduls von den Stromschienen abzuschrauben. Das ist eine zeitraubende Tätigkeit, da oft enge Platzverhältnisse auf der Rückseite des Moduls vorherrschen. Danach erfolgen das Reinigen der Anschlussstellen, das Einschieben des Tauschgeräts und das Verschrauben der Stromschienenanschlüsse, wobei auf korrekte Anzugsmomente zu achten ist. Herunterfallende Schrauben können in darunter befindlichen Modulen erhebliche Schäden auslösen und zusätzlichen Aufwand und Zeitverzögerungen verursachen.
Bei einem Modul mit Steckverbindern sind lediglich die Einzugsbolzen zu lösen, die elektrischen Verbindungen lösen sich selbsttätig beim Herausziehen des Moduls. Danach ist beispielsweise ein neues Umrichter-Modul in Position zu bringen. Nach wenige Umdrehungen mit dem Akkuschrauber fährt der Einschub in seine Betriebsposition. Gleichzeitig gleiten die Gabelsteckverbinder auf der Rückseite des Einschubs auf die Stromschienen. Damit ist das Modul in wenigen Minuten mechanisch verankert und sicher kontaktiert.
Einfach und technisch überzeugend
Oliver Semling ist Product Manager Industrial Connectors beim Stäubli-Konzern. Semling ist der Meinung, dass im Bereich der PTD immer noch zu viel geschraubt wird. „Ich denke, dass es nur selten Kostenerwägungen sind, die die Produktentwickler an geschraubter Anschlusstechnik festhalten lässt“. Stäubli Electrical Connectors bietet ein breites Steckverbinder-Portfolio für PTD-Anwendungen. Mit den Gabelsteckern für Stromschienen deckt das Unternehmen einen Leistungsbereich von bis zu 1.000 V und bis zu 2.000 A ab. Einsatzmöglichkeiten gibt es in AC-DC- und DC-AC-Konvertern, Filtern, Leistungsmodulen, Stromversorgungen, Gleichstromstellern oder Frequenzumrichtern auch in Bahnfahrzeugen.
Bei geschraubten Verbindungen muss Raum für den Techniker vorgesehen werden zum Anschrauben der Modulanschlüsse an die Stromschienen. Die Arbeit verlangt Konzentration, denn herunterfallende Schrauben, Scheiben oder Muttern können gefährliche Kurzschlüsse verursachen. Werden hingegen Steckverbinder eingesetzt, erfolgt der Anschluss automatisch mit dem Einschieben des Moduls in seine Betriebsposition.
Kontaktierung von Einschüben
Die Gabelstecker-Baureihe GSR5 von Stäubli eignet sich für die Kontaktierung von Einschüben mit 5 mm dicken Stromschienen. Das eigentliche Kontakt gebende Element in den Gabelsteckverbindern ist die patentierte Kontaktlamelle Multilam. Die federnden, gerippten Kontaktelemente sind galvanisch veredelt und sorgen für zuverlässige Kontaktgabe über die gesamte Lebensdauer des Steckers. Gabelsteckverbinder von Stäubli sind für Betriebstemperaturen von bis zu 150 °C ausgelegt. Die Stecker können bei 600 V mit bis zu 400 A belastet werden. Die Zuleitung erfolgt entweder über einen Crimp- oder einen Schraubanschluss.
Die Doppelgabelstecker-Reihe GSRD eignet sich sehr gut für die Verbindung von Stromschienen untereinander, kann aber auch Leistungsmodule mit den Schienen verbinden. Die federnden Kontaktplatten aus massivem Aluminium sind ebenfalls mit versilberten Multilam-Kontakten ausgestattet. Es gibt diese Stecker für Stromschienen der Dicke 5, 6,35 und 10 mm in unterschiedlichen Standardbreiten und Bemessungsströme bis 1200 A. Für Verbindungen mit 15 mm starken Stromschienen hat Stäubli die Reihe HP-GSRD in der Breite 130 mm herausgebracht für Ströme bis 2000 A. Die genannten Stromwerte setzen allerdings voraus, dass die Kontaktstellen der Stromschienen versilbert sind. Die GSRD-Reihe beispielsweise ist für mehr als 1000 Steckzyklen ausgelegt.
Es gibt immer eine Lösung
Nicht immer sind die Stecker aus den Standardreihen passend für eine Kunden-Anwendung. Die Techniker von Stäubli in Allschwil bei Basel realisieren auch Sonderlösungen. Hierfür werden entweder Standard-Profile aus Aluminium, Messing oder Kupfer oder aber eigens dafür konstruierte Profilschienen aus weiteren Materialien eingesetzt, die entsprechend den Kundenvorgaben zugeschnitten und mit Multilam-Kontaktelementen ausgestattet werden. Die Standard-GSR-Stecker können ebenfalls mit der hochwertigen Zwei-Komponenten-Multilam LA-CUT versehen werden. Sie eignen sich dann für noch anspruchsvollere Anwendungen in Bezug auf die zu übertragenden Leistungen, die mechanischen Toleranzen und die Zahl der Steckzyklen.
Verbindungen vom Feinsten
Die elektrische Qualität einer Schraubverbindung hängt auch von der Arbeit des Monteurs ab. Zu den wichtigen Einflussgrößen der Kontaktqualität gehören die gründliche Reinigung der Kontaktstelle und das vorgeschriebene Drehmoment der Verschraubung. Je nach Sorgfalt des Monteurs resultieren unterschiedliche Übergangswiderstände und damit u.U. ungewollte Spannungsabfälle mit Erwärmung der Kontaktstelle. Oberflächliche Verunreinigungen der Stromschiene kann die Multilam aufgrund ihrer federnden Stege beim Steckvorgang ausgleichen bzw. diese durchdringen, was einer Selbstreinigungsfunktion gleichkommt. Vorausgesetzt ist eine Veredelung bzw. Versilberung der Kontaktstelle, die bei hohen Strömen generell empfohlen wird. Die Öffnungsweite jedes Steckers ist auf die Stromschienenstärke abgestimmt. Die Federkraft der Kontaktplatten und die Rückstellkräfte der Multilam-Kontaktlamellen sorgen für einen gleichbleibenden Kontaktdruck.
Dies ist nicht nur von entscheidender Bedeutung für die Langlebigkeit sondern auch für einen geringen Durchgangswiderstand, der beispielsweise bei einer Steckbreite von 50 mm gerade mal bei geringen 20 µΩ liegt. Selbst der schwere Gabelstecker GSRD 10-100 zeigt bei einem Bemessungsstrom von knapp 1.500 A eine zu vernachlässigende Kontaktverlustleistung von 22 W und dürfte damit kaum zur Erwärmung des Anschlussraums beitragen. Darüber hinaus sind die Feder- und Kontaktkräfte bei den Gabelsteckern so optimiert, dass die Stromschienen mit relativ geringem Kraftaufwand kontaktiert werden können.
Gabelsteckverbinder können hohen Strömen standhalten
Aufgrund der hohen Stromtragfähigkeit der Stäubli-Kontaktlamellen können die Gabelsteckverbinder kurzzeitig hohen Strömen standhalten. Liegt beispielsweise für den 75 mm breiten Gabelstecker der Bemessungsstrom bei 760 A, kann er für drei Sekunden immerhin 23.500 A übertragen. Bei einem Stoßkurzschluss dürfen es auch 108.000 A sein. Ein weiteres Argument ist die Toleranz der Steckverbinder bei Fluchtungs- und Winkelfehlern. Man findet Bauteile und Geräte unterschiedlicher Herkunft in einer Anlage. GSRD-Gabelstecker kompensieren einen seitlichen Versatz von bis zu 6 mm und eine Neigung von 6°. Die Gabelsteckverbinder zeigen ihre Qualitäten auch dann, wenn es zwischen den Verbindungspartnern zu Vibrationen und Schwingungen kommt, wie in Windkraftanlagen. Die federnden Kontaktplatten und die eingelegten Kontaktlamellen federn Schwingungen ab, die bei geschraubten Verbindungen durchaus zu einer Materialermüdung führen können. ge
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