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DER KONSTRUKTEUR 4/2016

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VERBINDUNGSTECHNIK

VERBINDUNGSTECHNIK Schrauben oder Stecken? Anschlusstechnik von Schutzschaltern – ein Vergleich Thomas Schmid Es scheint eine Glaubensfrage zu sein: Die einen schwören auf den guten alten Schraubendreher. Die anderen verpönen ihn regelrecht und sehen in der Stecktechnik – insbesondere in der Federkraftklemmtechnik – das Nonplusultra. Fakt ist, beide Anschlusstechniken haben ihre Vorteile. Für den Bereich Schutzschalter wird hier exemplarisch aufgezeigt, wann welche Leiteranschlusstechnik an welcher Stelle sinnvoller ist. Thomas Schmid, E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf Am Anfang war die Schraube. So nutzte Archimedes bereits im 3. Jahrhundert vor Christus das Prinzip der Schraube zur Förderung von Wasser in Hebeanlagen und legte dadurch den Grundstein für die heutige Schneckenpumpe. Bis zur Nutzung der Schraube als Befestigungsmittel und Verbindungselement vergingen jedoch noch fast zwei Jahrtausende. Erst zu Beginn des 15. Jahrhunderts stellten europäische Schmieden die ersten Metallschrauben in Handarbeit für den Eigenbedarf her. Einer der ersten bekannten Nutzer von Metallschrauben war übrigens Johannes Gutenberg. Er nutzte sie als Verbindungelemente in seinen Druckerpressen. Heute sind Schrauben ein billiger Massenartikel. Darüber vergisst man leicht, dass das Prinzip der Schraube eine der wichtigsten Entdeckungen der Technikgeschichte ist. Die Schraubklemme ist die Nummer 1 Bei Schutzschaltern ist die Schraubklemme nach wie vor die am häufigsten eingesetzte Anschlusstechnologie. Sie hat sich über viele Jahrzehnte hervorragend bewährt. Die Schraubklemme zeichnet sich durch hohe Kontaktkräfte bei gleichzeitig großer Kontaktfläche aus. Der Klemmkörper ist in aller Regel so konzipiert, dass sich starre und flexible Leiter, mit oder ohne Aderendhülse, sicher kontaktieren lassen. Ein großer Vorteil der Schraubklemme ist, dass aufgrund der zumeist großzügigen Kontaktfläche mehrere Leiter in einer Klemmstelle angeschlossen werden können. Ein großes Plus gerade in der Elektro-Installationstechnik. Und: Verbindungsschienen (Phasenschienen), zum Beispiel für die Realisierung von Sammel einspeisungen, lassen sich einfach und bequem montieren. Flachsteckanschlüsse sind eine Alternative So bewährt und praxiserprobt Schraubklemmen auch sind, sie haben einen systemimmanenten Nachteil: Zum Anziehen der Schrauben benötigt man stets einen passenden Schraubendreher. Und nur das richtige Anzugsdrehmoment garantiert eine langzeitstabile Kontaktierung. Zum korrekten Anziehen einer Schraube ist daher Fachwissen und Erfahrung notwendig, und der Klemmvorgang kostet Zeit. Eine Alternative sind Flachsteckanschlüsse. Die elektrische Kontaktierung erfolgt hier standardmäßig mit Hilfe von an Kabel gecrimpten Steckhülsen (Kabelschuhen). Diese lassen sich per Hand und ohne 90 Der Konstrukteur 4/2016

VERBINDUNGSTECHNIK Hilfsmittel auf die Flachstecker des Schutzschalters aufstecken. Bei Flachsteckverbindungen handelt es sich – wie bei Schraubverbindungen – um eine seit vielen Jahrzehnten verlässliche Anschlusstechnik von Schutzschaltern. Im E-T-A Programm findet sich daher heute eine große Palette unterschiedlicher Schutzschaltertypen mit Flachsteckanschlüssen. So beispielsweise thermische Schutzschalter für den Einsatz in medizinischen Geräten, Profiwerkzeugen und im Apparatebau. Oder hydraulisch-magnetische Schutzschalter für den Einsatz in der Telekommunikationsindustrie. Ein besonderer Vorteil von Schutzschaltern mit Flachsteckanschlüssen ist, dass sich mit Hilfe passender Stecksockel und Klemmbretter flexible und kostengünstige Stromverteilungssysteme realisieren lassen. E-T-A bietet hier von anreihbaren Einzelund Mehrfachsockel bis hin zu bereits komplett vorverdrahteten System eine breite Palette an Lösungen für die unterschiedlichsten Branchen an. Viele Kunden schätzen hier insbesondere den Vorteil, dass die Schutzschalter nicht zeitgleich mit der Installation der Steckplätze verbaut werden müssen. Oder anders formuliert: Sind die Steckplätze installiert und verdrahtet, können die Schutzschalter zu jedem beliebigen späteren Zeitpunkt sekundenschnell aufgesteckt werden. Dank der Stecktechnik ist auch der Austausch von Geräten ein Kinderspiel. Für viele Anwender ist dies ein wichtiger Zeitvorteil, zumal die meisten Schutzschalter auch bei unter Spannung stehenden Anlagen ausgetauscht werden können. Mit der Kraft der Feder Die Idee, elektrische Leiter mittels Feder statt Schraube zu verbinden, geht auf ein Patent aus dem Jahre 1951 zurück. Ihren Durchbruch erlebte die Federtechnik jedoch erst im Jahr 1977 mit dem legendären Käfigzugfederanschluss der Cage Clamp-Serie aus Am Anfang stand die Schraube, das vorläufige Ende der Entwicklung markiert die Push-in Anschlussklemme dem Hause Wago. Möglich machten diesen Siegeszug neuartige Federn aus Chrom- Nickel-Stahl. Dank ihrer extrem hohen Zugkräfte ließen sich erstmals Federkraftklemmen herstellen, die auch unter härtesten Bedingungen (Schock, hohe Vibrationen, aggressive Atmosphäre) eine dauerhaft zuverlässige Kontaktierung sicherstellten. Bei der Käfigzugfeder wird standardmäßig ein Schraubenzieher bei der Leiterkontaktierung zum Öffnen der Feder benötigt. Der Verdrahtungsvorgang ist also – wie bei der Schraubklemme – nicht werkzeuglos. Dafür punktet die Käfigzugfeder gegenüber der Schraubklemme ganz klar beim Thema Langzeitstabilität. Denn Kupfer ist weich. Verschraubt man einen Kupferleiter so entwickelt er eine nur geringe Gegenkraft. Anders formuliert: die mechanische Spannung zwischen dem Kupferleiter und dem Klemmteil des Schraubanschlusses ist nur sehr gering. Außerdem fließt das weiche Kupfer mit der Zeit und die Klemmwirkung nimmt hierdurch kontinuierlich ab. Kommen noch Temperaturwechsel und Vibrationen hinzu, ist es häufig nur eine Frage der Zeit bis die Verbindung Probleme bereitet, bzw. sich im schlimmsten Fall – wird nicht regelmäßig nachgezogen – sogar löst. Bei der Käfigzugfeder dagegen wird jeder Leiter – egal ob ein, fein oder mehrdrähtig, vorkonfektioniert oder unbehandelt – automatisch durch die Druckfeder mit der richtigen Kraft geklemmt. Und das über den gesamten Querschnittsbereich. Denn zwischen der rücktreibenden Kontaktkraft und der Auslenkung der Feder besteht Proportionalität (Hook‘sches Gesetz). Auftretende Setz-, Fließ- oder Kriecherscheinungen des Leiters (Stichwort: „Kupferkaltfluss“) werden somit automatisch ausgeglichen. Damit ist die Qualität der Kontaktierung auch weitgehend unabhängig von der Sorgfalt des Bedienpersonals. Auch E-T-A setzt seit vielen Jahren Käfigzugfedern in ihren Produkten ein. So z. B. in ihrem Montage- und Stromverteilungssystem 17plus. Sämtliche Anschlüsse sind hier mit Käfigzugfedern ausgestattet. Die hierzu passenden Schutzschalter sind mit Flachsteckanschlüssen ausgeführt und lassen sich leicht aufstecken. Das Montage- und Stromverteilungssystem kombiniert somit die Vorteile der Käfigzugfeder mit den Vorteilen von Flachsteckanschlüssen. Die Push-in Anschlussklemme Ein weiterer Meilenstein in der Entwicklung der Anschlusstechnik war die Erfindung der Push-in Anschlussklemme. So setzte Phoenix Contact im Jahr 1978 als weltweit erstes Unternehmen die Push-in Technologie erstmals in einer Reihenklemme ein. Im Vergleich zur Käfigzugfeder hat die Pushin Anschlussklemme den Vorteil, dass sich starre oder mit Aderendhülsen vorkonfektionierte Leiter direkt in die Klemme einstecken lassen. Ein Werkzeug ist hierfür nicht notwendig. Die Kontaktfeder wird beim Einsteckvorgang vom Leiter selbst tätig geöffnet und sorgt so für die erforder liche Anpresskraft des Leiters gegen den Strombalken. Für den Anwender bedeutet dies im Vergleich zur Käfigzugfeder nochmals spürbar reduzierte Verdrahtungszeiten. Auch E-T-A setzt moderne Push-in Anschlussklemmen bereits seit vielen Jahren ein, z. B. im Stecksockel 80plus oder im Stromverteilungssystem 18plus. Mit dem thermischen Kombi-Schutzschalter 3120-PT wartet das Altdorfer Unternehmen in diesem Jahr mit einer absoluten Marktinnovationen auf: Es ist der weltweit erste Schutzschalter mit direkter Push-in Anschlusstechnik! 01 Montage-und Stromverteilungssystem mit aufgesteckten elektronischen Schutzschaltern 02 Kombi-Schutzschalter mit Push-in Anschlusstechnik Hintergrundbild: Fotolia www.e-t-a.de Der Konstrukteur 4/2016 91

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