Ressourcenschonende Verbindungstechnik DC-Steckverbinder aus massenbilanziertem Kunststoff: Der Gleichstrom kehrt zurück

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DC-Netze verbessern die Energieeffizienz, steigern die Wirkungsgrade und vereinfachen die Installation. Die Vorteile nachhaltiger Gleichstromappli­kationen werden verstärkt, wenn auch die Verbindungstechnik ressourcenschonend hergestellt wird: wie etwa beim DC-Steckverbinder ArcZero aus massenbilanziertem Kunststoff.

Die meisten Elektronikgeräte und Produktionsmaschinen laufen mit Gleichstrom. Diese Aussage mag angesichts globaler AC-Netze überraschen. Wer aber genau hinschaut, entdeckt im privaten wie gewerblichen Umfeld vorwiegend Gleichstrom. Mit diesem Bild vor Augen erscheint es schon merkwürdig, dass die Gleichstromtechnik spätestens mit dem Aussterben von Gleichstrommotoren in der Fabrik aus dem Bild gefallen ist. Aber Gleichstrom kommt zurück – in Gestalt intelligenter DC-Grids innerhalb einer stromgeführten Energiewende. DC-Netze bieten weitreichende Vorteile. Durch den Einsatz von Gleichstromnetzen können Energieverluste reduziert, die Netzqualität verbessert und erneuerbare Energien besser integriert werden.

Gleichstrom in der Produktion

In der Industrie arbeiten viele Verbraucher mittels Frequenzumrichter an einem Gleichspannungszwischenkreis. Bei all diesen Verbrauchern kann in einem DC-Netz auf die verlustbehaftete AC/DC-Wandlung verzichtet werden. Ebenfalls lassen sich erneuerbare Energien wie die Photovoltaik oder Speichersysteme wie Brennstoffzellen oder Batteriespeicher deutlich effizienter in ein Gleichstromnetz einbinden. Durch eine intelligente Steuerung des Leistungsflusses und die Vernetzung der Sektoren aus Verbrauch und Erzeugung lässt sich eine hohe Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit gewährleisten.

Aufgrund der wegfallenden Synchronisation auf das 50-Hertz-Wechselstromnetz ist es im DC-Netz möglich, die hochdynamische Bremsenergie einer bewegten Anlage wieder als elektrischen Strom ins Netz zu rekuperieren. Produzierte Überschüsse werden in Energiespeichersystemen gesammelt und, wenn notwendig, wieder eingespeist. Andersherum lassen sich kurzfristige Lastspitzen abfangen; die eingekaufte Leistung verringert sich dadurch um bis zu 80 Prozent. Darüber hinaus lassen sich sowohl die Spitzenlast als auch die Belastung des Verteilnetzes reduzieren.

DC-Steckverbinder für den Aufbau von Verteilnetzen: Nachhaltig ab Installation

Ein weiterer Vorteil von DC-Grids sind Kosteneinsparungen durch schlankere Installationen und vereinfachte Gerätetechnik. Wer auf Gleichstrom setzt, benötigt keine fünfadrigen Leitungen für den klassischen AC-Kraftstrom. Stattdessen reichen drei Leiter aus für Plus, Minus und Schutzerde.

Auf Verbraucherseite bringt der Wechsel bei der Energieversorgung von AC zu DC ebenfalls gravierende Einsparungen mit sich. Werden Geräte direkt mit Gleichstrom versorgt, kann der Gleichrichter wegfallen. Folglich sind unter dem Gehäuse weniger Bauteile aus dem Bereich der Leistungselektronik notwendig – was kompaktere Lösungen ermöglicht.

Nachhaltigkeit im Produkt

Neben der Nachhaltigkeit in der Applikation ist auch die Nachhaltigkeit der eingesetzten Komponenten ein Faktor, der zu einer klima­freundlichen Produktion beiträgt. Daher arbeitet Phoenix Contact an verschiedenen Stellen, um seine Produkte nachhaltiger zu gestalten. In den Produktkategorien Leiterplattenklemmen, Steckverbinder und Elektronikgehäuse bietet der Hersteller bereits heute Lösungen an, die aufgrund von Prozessoptimierungen und nachhaltigen Materialien deutlich verbesserte CO2-Bilanzen aufweisen. Ein wesentlicher Faktor dabei ist der Kunststoff, der in den Produkten Einsatz findet.

Biobasierte und massenbilanzierte Kunststoffe für DC-Steckverbinder

Kunststoffe sind vielseitige und leistungs­fähige Materialien, die in vielen Anwendungen eingesetzt werden. Doch wie können Kunststoffe nachhaltiger werden, sowohl in ihrer Herstellung als auch in ihrer Verwendung? Das Unternehmen nutzt für seine Produkte zwei Ansätze, die zu einer höheren Ressourceneffizienz und einer geringeren Umweltbelastung beitragen können: biobasierte und massenbilanzierte Kunststoffe.

Biobasierte Kunststoffe sind Kunststoffe, die ganz oder teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen, wie etwa Rizinuspflanzen, Mais oder Zuckerrohr, hergestellt werden. Sie können Vorteile bieten wie beispielsweise eine Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Ressourcen, eine Verbesserung der Ökobilanz oder eine Erhöhung der Funktionalität.

Massenbilanzierte Kunststoffe dagegen sind Kunststoffe, die einen Anteil an nachwachsenden oder recycelten Rohstoffen enthalten, der über eine Massenbilanz­methode zertifiziert wird. Das bedeutet, dass die eingesetzten alternativen Rohstoffe den Endprodukten rechnerisch zugerechnet werden, ohne dass sie physisch getrennt werden müssen. Dies ermöglicht eine Nutzung der bestehenden Produktionsinfrastruktur und eine Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der Produkte.

Ein Beispiel für ein Produkt aus massenbilanziertem Kunststoff ist der DC-Steckverbinder ArcZero, der die effiziente und sichere Verbindung von beispielsweise DC-Verbrauchern in einer Fabrikhalle ermöglicht. Auf diese Weise kombiniert der DC-Steckverbinder die Nachhaltigkeit im Produkt mit der Nachhaltigkeit in der Applikation.

DC-Steckverbinder ArcZero

Ein entscheidender Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom ist der Lichtbogen bei Trennvorgängen unter Last. Bei Wechselstromanwendungen oszillieren Strom und Spannung. Es kommt somit einhundertmal in der Sekunde zu Nulldurchgängen mit Polumkehr. In Gleichstromanwendungen ist dies nicht der Fall, sodass ein möglicher Lichtbogen nicht automatisch gelöscht wird. In dieser Netzform sind die Schäden an Kontakten und Gehäusen größer und es besteht potenziell eine höhere Gefahr für Leib und Leben. Der ArcZero-Stecker ist der einzige Stecker seiner Art, der den Gleichstromlichtbogen aktiv löscht. Er arbeitet nicht passiv, etwa mit Opfer­kontakten, sondern mittels einer aktiven intelligenten elektronischen Steuerung, was die Sicherheit für Anwendende auch über eine hohe Anzahl von Steckzyklen garantiert. Durch diesen technologischen Ansatz ist das häufige und sichere Stecken und Ziehen unter Last ohne Lichtbogen in Gleichstromnetzen möglich geworden.

Verpackt ist das Ganze in ein langjährig etabliertes und erprobtes Gehäusekonzept. Mit Schutzarten bis IP69, einer hohen Schlagfestigkeit bis IK08 und einer langfristigen Outdoor-Eignung kann der Steckverbinder seine Stärken in vielen Einsatzbereichen ausspielen, egal ob drinnen oder draußen. End- und Verteilstromkreise bis 20 Ampere und 400 Volt respektive 800 Volt können mit diesem Steckverbinder verbunden werden. Dabei bleibt die Bedienung intuitiv einfach. Werkzeug ist nicht erforderlich, denn Anwender müssen keine Tasten oder Schalter betätigen. Für besondere Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit sorgt die große Zahl möglicher Steckzyklen.

Fazit

Der Charme eines Gleichstromnetzes liegt vor allem in messbaren Effizienzverbesserungen, steigenden Wirkungsgraden und vereinfachter Installation. So lässt sich etwa Bremsenergie einfacher zurückgewinnen und regenerative Energie direkter integrieren. Verstärkt werden die Vorteile der klima­freundlichen DC-Technologie, wenn auch die eingesetzten Komponenten möglichst ressourcenschonend hergestellt wurden – wie der DC-Steckverbinder ArcZero aus massenbilanziertem Kunststoff.

Der Autor Mathias Ohsiek ist Manager Product Management Connectors for New Energies bei Phoenix Contact in Blomberg.