Know-how

Dr.-Ing. habil. Joachim Krause,

Passive Bauelemente mit aktiver Rolle

Haben Bauelemente als unteilbare Baueinheit weder Verstärker- noch Steuerungsfunktion, handelt es sich um passive Bauelemente (Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Verbindungselemente, elektromechanische Relais). Aktiv sind sie dann, wenn sie das Nutzsignal verstärkend oder steuernd beeinflussen (Dioden, Thyristoren, Schaltkreise, Halbleiter).

Leiteranschlussklemmen in Push-in-Technik für Sammelschienenmontage. © www.rittal.de

Damit aktive Bauelemente voll ausgenutzt werden und die Funktion einer elektrischen Einrichtung im Rahmen ihrer Einsatzbedingungen dauerhaft gewährleistet ist, müssen eben auch die passiven Elemente mit der Entwicklung Schritt halten. Schwerpunkte ihrer Weiterentwicklung hinsichtlich Leistung und Information fasst die Tabelle zusammen.

Zugleich sind natürlich die Voraussetzungen zu schaffen, dass die nicht ungewöhnlichen Lieferengpässe und längeren Lieferzeiten in diesem Bereich abgebaut werden. Im genannten Sinn wirken auch ganze, aktive Funktionsgruppen wie die Kühlung, die Nutzsignale gleichfalls nur indirekt, aber Zuverlässigkeit, Bauvolumen, Belastbarkeit etc. wirksam beeinflussen. Nachfolgend werden Fortschritte beispielhaft beschrieben.

Kondensatoren

  • Modulare, organische Doppelschichtkondensatoren mit deutlich höherer Energiedichte für Hochleis-tungseinsätze (http://www.wima.de)
  • Höhere Leistungs-/Speicherdichte und verlängerte Lebensdauer bei Elkos, Folkos, Polymer-, Chip-Kondensatoren, auch mit verbesserter Kühlung (http://www.we-online.de, http://www.ftcap.de)
  • Glättende und stabilisierende Zwischenkreiskondensatoren für Frequenzumrichter (http://www.ftcap.de)
  • Folienkondensatoren höherer Schaltfrequenz
  • Tantal-Chip-Kondensatoren für medizinische Implantate (großer Spannungs- und Einsatztemperaturbereich, geringe Leckströme)
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Steckverbinder/ Klemmen / Verteiler
Besonders in dieser Kategorie wird deutlich, wie das Design die Funktionalität bestimmt. Einfache, wartungs-, werkzeugfreie, schraubenlose Anschlusstechnik bei hoher Schutzart wird geboten. Dazu gehören Schneidklemmpresstechnik, Wire-to-Board-Verbindung über Federzugsystem und Einsteckkontakte, aber auch Crimpen.

Rangierverbinder und Potenzialverteiler PTRV (platzsparend mit Farbleitsystem. © www.phoenixcontact.com
  • Multifunktionale, modulare, kombinationsfähige Rundsteckverbinder in einem Gehäuse hoher Schutzart für Leistung, Signal, Ethernet mit drittem Steckzustand für Testzwecke und Zentralverriegelung; zugunsten hoher Datenraten immer kleinerer Netzteilnehmer werden Daten, Signale wie Leistung über nur eine Leitung übertragen (M8 D-kodiert auch PoE-fähig http://www.harting.com , M23 Hybrid www.phoenix-contact),
  • miniaturisierte, tragschienenmontierbare Reihenklemmen zum Vorteil der von Netzanschlussbedingungen abhängigen Kunden für Trennen, Durchgang, Schutzleiter (Schraubanschluss, Push-in-Technik, www.phoenix-contact)
  • Steckverbinder erhöhter Sicherheit für Hochstrom (http://www.staubli.com) und DC-Einsatz
  • Stecker für besonders anspruchsvolle Umgebungsbedingungen (Dampf, Hitze, http://www.lappkabel.de), für hohe Steckzahl (http://www.harting.de)
  • wartungsfreie Leiteranschlussklemmen in Push-in-Technik zum Verbinden Leiter – Sammelschiene
  • Steckverbinder kleinen Rasters für Elektronik-Baugruppen, auch für SMD-Eignung (http://www.fischerelektronik.de)
  • Reihenklemmen mit Hebel und Drücker für verbesserte Handhabung (http://www.wago.com), zum struktu-rierten Verbinden von Signalen in Schaltschränken(http://www.weidmueller.de),
  • Rangierverteiler/-verbinder bzw. Potentialverteiler für Installationen hoher Kontaktqualität (Push-in- Technologie als Ersatz für Wire-Wrap etc.), für sicheres, werkzeugloses Verdrahten auf engstem Raum bei farblicher Zuordnung von Leiter und Klemmstelle, Prüfung mit handelsüblichen Prüfspitzen trotz kompakter Baugröße.

Für manche Ausführungen bieten Hersteller einen kostenlosen, webbasierten Konfigurator für Klemmleisten und ihre Gehäuse mit Preisangabe für unterschiedliche Service-Niveaus (z. B. Assemblierungsservice „Configure to Order“ von Weidmüller http://www.weidmueller.de).

RFID
Mit Radio-Frequency-Identification lässt sich die variantenvielfältige Produktion bei kleinen Stückzahlen effektiv und kostengünstig organisieren (www.siemens.de/rfid).

Netzwerke, Arrays, Filter, Ferrite

Schwerpunkte der Weiterentwicklung
  • R/C-Kombinationen, Dünn-, Dickschicht-Arrays, Widerstandsnetzwerke reduzieren Verlustleistung und Platzbedarf/Gewicht für Steuergeräte (http://www.vishay.com)
  • Stromspitzensichere Ferrite (z. B. für zuverlässigere Netzteile, http://www.we-online.de)
  • Netzfilter für Frequenzumrichter (http://www.abb.de).

Schutzelemente

  • Schutz mit empfindlicheren, keramischen Ceradioden, die gegenüber halbleiterbasierten Dioden technisch und wirtschaftlich vorteilhafter sind (www. epcos.com)
  • Thermisch gesicherte MOV schützen AC-Systeme zuverlässig gegen Übertemperatur, -spannung, -strom (http://www.tycoelectronics.com)

Funktiongruppen

  • Kühlgeräte für Schaltschränke mit bis zu 60 % Energieverbrauchssenkung (Premiumline http://www.rittal.de), wobei die Zukunft der Wasserkühlung gehören soll
  • Zugeschnittene Messtechnik wie beispielsweise die Versorgungssicherheit erhöhenden Wärmebildkameras zur ggf. gerichtsfesten Fehlerfindung
  • Spezielle Test- und Prüfsysteme mit spezialisierten Steckverbindern (z. B. für Schaltschränke, http://www.phoenixcontact.com)

Zubehör
Praktikables Zubehör wie stabile, abmessungsvielfältige, maßhaltige Verdrahtungskanäle, Befestigungselemente, Durchführungen, Gehäuse (http://www.obo.de, http://www.spelsberg.de) u. ä. sind ebenfalls für den sicheren und störungsfreien Anlagenbetrieb unverzichtbar. Natürlich gehören dazu auch Kabel, die Leitungen zur Stromversorgung verschiedener Funktionseinheiten wie Motor, Bremse und Datenleitungen hybrid kombinieren und bei Erfordernis unter rauen Betriebsbedingungen arbeiten (www.luetze.de/com).

Ausblick
Durch richtige Passiv-Bauelemente lassen sich Kosten und Störungen vermeiden. Ihre Zusammenarbeit mit aktiven Elementen garantiert, dass das gesamte Anlagendesign im gewünschten Sinne funktioniert. Allerdings lässt sich ein suboptimaler Schaltungsentwurf nicht von exzellenten Bauelementen ausgleichen.

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