Hydraulik- und Pneumatikventile: Vielseitiger Anschluss

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Die Norm DIN EN 175301-803 beschreibt drei verschiedene Größen für Ventilsteckverbinder. Die gängigste Bauform A sieht eine quadratische Steckfläche vor, auf der 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 (siehe Bild 2).

Schutzbeschaltung bereits integriert

Eine Besonderheit von Ventilsteckverbindern gegenüber Rundsteckverbindern stellt die bereits oftmals 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 kann man mit unterschiedlichen Bauelementen umsetzen, zum Beispiel Freilaufdiode, Z-Diode oder Varistor.

Steckverbinder für Magnetventile sind in vielen Varianten für zahleiche Applikationen verfügbar.

 

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 Relais-Kontakte bereits bei nicht abgeleiteten induktiven Spannungen von zehn bis zwölf Volt durch die Entstehung von Lichtbögen stark verschleißen können. Die vergleichsweise hohe Abfallverzögerung der Freilaufdiode lässt sich üblicherweise durch eine entsprechende Anpassung im Prozess ausgleichen.
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 Durchbruchspannung der eingesetzten Z-Diode.

Bild 2: Die Norm DIN EN 175301-803 beschreibt drei Baugrößen für Magnetventilstecker: Bauform A (28 x 28 mm), Bauform B (28 x 20 mm) und Bauform C (16 x 16 mm) – die gängigste ist die Bauform A.

 

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 (siehe Bild 3).

Bild 3: Breite Auswahl an Schutzbeschaltungen. Freilaufdioden harmonisieren gut mit Relais, für AC-Anwendungen eignen sich Z-Dioden oder die leistungsfähigeren Varistoren.

 

Richtige Wahl des Anschlusses

Stehen die Bauform und die Schutzbeschaltung des Ventilsteckverbinders fest, muss man da­rüber entscheiden, 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.
Benötigt man eine noch größere Flexibilität, kommen Ventilstecker-Adapter zum Einsatz. Mit der zusätzlichen M12-Steckverbindung direkt am Ventil lassen sich Anlagen-Konfigurationen schnell und rationell anpassen. So eignen sich etwa im Sondermaschinenbau Ventilsteckverbinder, die sich vor Ort konfektionieren lassen. Diese Steckverbinder werden mit ihrer robusten Schraubanschlusstechnik direkt an der Maschine oder Anlage angeschlossen.
Eine weitere Lösung für spezielle Anwendungsfälle stellen Doppel-Ventilsteckverbinder dar. Möchte man Ventile mit mehr als einem elektrischen Anschluss oder zwei benachbarte Ventile verbinden, kann dies mit Hilfe von Doppel-Ventilsteck­verbindern mit nur einer Anschlussleitung erfolgen. Der Verkabelungsaufwand reduziert sich durch diese Maßnahme, da Masse- und PE-Leiter jeweils von beiden Ventilsteckern genutzt werden.

Energiereduzierer 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 notwendig ist, je nach Anwendungsfall um mehr als fünfzig Prozent. 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 geringere aufgenommene Energie reduziert zusätzlich die Erwärmung des Ventils und damit die thermische Langzeit­belastung – was wiederum die Lebensdauer erhöhen kann. Außerdem kann man so die eingesetzte Stromversorgung einer Anlage kleiner dimensionieren, da eine geringere Gesamtenergiemenge im Vergleich zur Verwendung von Ventilsteckverbindern ohne Energiereduzierung ausreicht.

Alles aus einer Hand

Bei einer solchen Fülle an Möglichkeiten zum Anschluss von Hydraulik- und Pneumatik-Ventilen vereinfacht sich die Planung und Beschaffung, wenn man alle Varianten von einem Lieferanten beziehen kann. 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 Standard-Produktprogramm. Darüber hinaus sind – bereits schon bei kleinen Stückzahlen – spezifische Beschaltungen problemlos möglich. Weitere Anforderungen wie spezielle Leitungstypen lassen sich ebenfalls umsetzen, zum Beispiel 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 kann der Kunde über konfigurierbare Artikel bestellen. (rt)

Dirk Bunzel.

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