Schirmklemmen für die werkzeuglose Einhandbedienung

Die digitale Transformation hat viele Facetten: IIoT (Industrial Internet of Things), SPE (Single Pair Ethernet), APL (Advanced Physical Layer), TSN (Time Sensitive Network) 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.

EMV in Normenreihe definiert

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.

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 der ganze Bereich der Frequenzumrichter. Komponenten, die sensibel auf Störeinstrahlung reagieren, finden sich zum Beispiel bei Inkrementalgebern von Roboterachsen, bei Messwertübertragungen in Stromschleifen oder bei Datenleitungen.

Störungen sicher ableiten

Die störende Wirkung – die Störeinkopplung – erfolgt auf unterschiedlichen Wegen (Bild 2). 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 Erdungs­potential des Schaltschrankes zu legen. Genau diesen effizienten Schutz gegen Störungen ermöglicht die neue Schirmklemmen-Serie SCC von Phoenix Contact – damit erhöht sich die Störfestigkeit der Applikation (Bild 3).

Intuitive Einhandmontage spart viel Zeit

Die Einhandmontage ermöglicht es, das anzuschließende Kabel und die Schirmklemme sicher und zielgenau in einem Arbeitsgang zu montieren. Werkzeug ist nicht erforderlich – und auch kein 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 mm bis zu 20 mm variieren.

Die spezielle Geometrie der Kontaktfeder sorgt für eine Zentrierung und möglichst großflächige Auflage des Schirmgeflechtes. So wird 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 hohe Schock– und Vibrationsnorm EN 50155.

Kleine Ursache – große Wirkung

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 (Milliohm). Dies hat zur Folge, dass Störeinstrahlungen erheblich gedämpft werden (Bild 4).

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 – wie dem Thermomark von Phoenix Contact – 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 können dann Kabel aus dem Feld aufgrund der Beschriftung einfach zugeordnet und aufgelegt werden.

Fazit: optimale Schirmung – einfache Montage

Die Schirmklemmen der SCC-Baureihe von Phoenix Contact ermöglichen einen werkzeuglosen Anschluss des Schirmgeflechts mit niedrigem Überganswider­stand. Die Federtechnik unterstützt somit die sichere Reduzierung der elektromagnetischen Störungen bei einfacher Montage sowie die vibrations­sichere Kontaktierung und den sicherem Korrosions­schutz. Die ermüdungsarme Einhandmontage bietet den Vorteil eines zuverlässigen und zeitsparenden Schirmanschlusses – und das bei reduziertem Bauraum. Die exakte Leiterzuordnung erfolgt über die großzügig dimensionierte Markierungsfläche.