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Steckverbinder Ventilstecker-Auswahl leicht gemacht

| Autor / Redakteur: Dirk Bunzel / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Bei der Auswahl des richtig dimensionierten Steckverbinders zum Anschluss von Ventilen gilt es, das Umfeld genau zu kennen. Beispielsweise muss definiert werden, ob der Steckverbinder in der Lage sein soll, auftretende Spannungsspitzen zu beseitigen, oder ob Energiereduzierer eingebaut werden sollen.

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Steckverbinder für Magnetventile sind in vielen Varianten für zahleiche Applikationen verfügbar.
Steckverbinder für Magnetventile sind in vielen Varianten für zahleiche Applikationen verfügbar.
(Bild: Phoenix Contact)

Im Maschinenbau, aber auch in der Prozess- und Getränkeindustrie werden häufig elektromagnetische Hydraulik- und Pneumatikventile eingesetzt. Die zahlreichen unterschiedlichen Schnittstellen, die der Ansteuerung der Ventile dienen, stellen eine große Herausforderung an die Planung und an die Beschaffung dar. Es bietet sich daher an, alle Ventilsteckverbinder aus einer Hand zu beziehen (Bild 1).

Die Norm DIN EN 175301-803 beschreibt drei verschiedene Größen für Ventilsteckverbinder. Die gängigste Bauform A sieht eine quadratische Steckfläche vor, auf welcher zwei Schaltkontakte mit einem oder zwei PE-Kontakten Platz finden. Eine Variante mit drei Schaltkontakten dient zum Anschluss von Druckschaltern. Die Bauformen B und C sind ebenfalls in der DIN-Norm beschrieben, werden jedoch durch zwei Industriestandards ergänzt, die sich jeweils durch andere Abstände der Kontakte zueinander unterscheiden (Bild 2).

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Schutzbeschaltung bereits integriert

Eine Besonderheit von Ventilsteckverbindern gegenüber Rundsteckverbindern stellt die oft schon integrierte Schutzbeschaltung dar. Diese Beschaltung hat die Aufgabe, die von der Ventilspule erzeugte induktive Spannung möglichst nah an der Quelle abzuleiten. Auf diese Weise werden schaltende Relais oder Steuerungen vor schädlichen Spannungsspitzen geschützt. Eine Schutzbeschaltung, die sich in direkter Nähe zur induktiven Last befindet, bietet zudem den Vorteil, störende EMV-Einflüsse auf Signal- und Kommunikationsleitungen zu vermeiden. Entsprechende Schutzbeschaltungen werden mit unterschiedlichen Bauelementen umgesetzt – wie zum Beispiel Freilaufdiode, Z-Diode oder Varistor.

Freilaufdiode leitet Induktionsspannung ab

Die für den Gleichstrombetrieb (DC) geeignete Freilaufdiode leitet die Selbstinduktionsspannung nahezu vollständig ab. Diese Eigenschaft ist in Verbindung mit der Ansteuerung durch elektromechanische Relais wünschenswert, da Relaiskontakte bereits bei nicht abgeleiteten induktiven Spannungen von 10 bis 12 V durch die Entstehung von Lichtbögen stark verschleißen können. Die vergleichsweise hohe Abfallverzögerung der Freilaufdiode kann üblicherweise durch entsprechende Anpassung im Prozess ausgeglichen werden.

Eine Schutzbeschaltung mit Z-Diode ist je nach Aufbau auch für Wechselstrom (AC) geeignet – sie leitet induktive Spannungen mit einer geringen Abfallverzögerung ab. Dies gilt allerdings nicht für Selbstinduktionsspannungen unterhalb der Durchbruchsspannung der eingesetzten Z-Diode.

Ähnlich verhält sich ein Varistor, dessen dämpfende Wirkung ab Erreichen der Schwellspannung einsetzt. Ab dieser Spannung wird der VDR-(Voltage-Dependent-Resistor-)Widerstand niederohmig und leitet daher die Selbstinduktionsspannung der Last ab.

Der Einsatz einer – richtig ausgewählten und dimensionierten – Schutzbeschaltung ist in jedem Falle sinnvoll. Falls eine Ableitung jedoch bereits an anderer Stelle des Steuerstromkreises oder im Ventilanschluss selbst integriert ist, wird keine Schutzbeschaltung im Steckverbinder benötigt. Für diesen Einsatzfall sind Ventilstecker ohne Beschaltung verfügbar (Bild 3).

Stehen die Bauform und die Schutzbeschaltung des Ventilsteckverbinders fest, muss darüber entschieden werden, wie der Anschluss des Ventils erfolgen soll. Die rationellste Variante ist der fertig konfektionierte Ventilsteckverbinder mit Anschlussleitung und M12-Rundsteckverbinder.

Bei der Montage der Anlage ist so kein Anschließen von Einzeladern mehr erforderlich – die Steckverbinder werden einfach mit der Verteilungsebene verbunden. Durch eine derartige standardisierte Schnittstelle lassen sich Verdrahtungsfehler zuverlässig vermeiden und im Service-Fall spart ein schneller Austausch der angeschlossenen Komponenten viel Zeit.

Richtige Wahl des Anschlusses

Wird eine noch größere Flexibilität benötigt, kommen Ventilsteckeradapter zum Einsatz. Mit der zusätzlichen M12-Steckverbindung direkt am Ventil lassen sich Anlagenkonfigurationen schnell und rationell anpassen. So eignen sich etwa im Sondermaschinenbau Ventilsteckverbinder, die vor Ort konfektioniert werden. Diese Steckverbinder werden mit ihrer robusten Schraubanschlusstechnik direkt an der Maschine oder Anlage angeschlossen.

Eine weitere Lösung für bestimmte Anwendungsfälle stellen Doppel-Ventilsteckverbinder dar. Müssen Ventile mit mehr als einem elektrischen Anschluss oder müssen zwei benachbarte Ventile verbunden werden, kann dies mithilfe von Doppel-Ventilsteckverbindern mit nur einer Anschlussleitung erfolgen. Der Verkabelungsaufwand reduziert sich durch diese Maßnahme erheblich, weil Masse- und PE-Leiter jeweils von beiden Ventilsteckern genutzt werden.

Energie-Reduzierer als Sparmaßnahme

Eine Innovation im Bereich der Steckverbinder für den Ventilanschluss stellen die sogenannten Energiereduzierer dar. Diese Komponenten sind steckkompatibel zu DIN-Ventilen – sie reduzieren die elektrische Energie, die zum Halten des Ventils benötigt wird, je nach Anwendungsfall um mehr als 50 %. Eine im Ventilstecker integrierte Schaltung steuert die abgegebene Energie nach dem Einschaltimpuls so, dass die Trägheit des Ventilankers zunächst überwunden wird. Danach lässt der Steckverbinder mit hoher Frequenz die Spannung abfallen und aufbauen, durch die Trägheit des Ankers verbleibt dieser in aktivierter Position. Die weniger aufgenommene Energie reduziert zusätzlich die Erwärmung des Ventils und damit die thermische Langzeitbelastung – was wiederum die Lebensdauer erhöhen kann. Außerdem kann die eingesetzte Stromversorgung einer Anlage kleiner dimensioniert werden, weil eine geringere Gesamtenergiemenge im Vergleich zur Verwendung von Ventilsteckverbindern ohne Energiereduzierung ausreicht. Bei einer solchen Fülle an Möglichkeiten zum Anschluss von Hydraulik- und Pneumatikventilen wird die Planung und Beschaffung deutlich vereinfacht, wenn alle Varianten von einem Lieferanten bezogen werden können.

Alles aus einer Hand

Das Produktspektrum von Phoenix Contact in diesem Bereich umfasst nicht nur alle Ventilstecker-Bauformen mit jeweils passender Schutzbeschaltung. Auch die flexible Kombination mit Rundsteckverbindern in den Baugrößen M8 und M12 zum Anschluss an die Verteilungsebene zählt zum Standardproduktprogramm. Darüber hinaus sind – auch schon bei kleinen Stückzahlen – spezifische Beschaltungen problemlos möglich. Weitere Anforderungen wie spezielle Leitungstypen können ebenfalls umgesetzt werden – beispielsweise für den Außeneinsatz oder für die Verwendung in Energieführungsketten und Industrierobotern. Ventilstecker mit Leitungen aus robustem Polyurethan (PUR) oder preisgünstigem Polyvinylchlorid (PVC) sind in vielen Varianten bereits ab Lager verfügbar. Abweichende Leitungstypen und -längen können über konfigurierbare Artikel bestellt werden. MM

* Dirk Bunzel, staatl. gepr. Betriebswirt, Produktmanager Ventilsteckverbinder, Industrial Field Connectivity, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, 32823 Blomberg, Tel. (0 52 35) 3-00, info@phoenixcontact.com

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