DC-Steckverbinder aus massenbilanziertem Kunststoff Nachhaltigkeit in der Applikation trifft Nachhaltigkeit im Produkt

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DC-Netze in der Industrie helfen, die Energieeffizienz zu verbessern, Wirkungsgrade zu steigern und die Installation zu vereinfachen. Die Vorteile einer nachhaltigen Gleichstromapplikation werden noch verstärkt, wenn auch die eingesetzte Verbindungstechnik möglichst ressourcenschonend hergestellt wird.

Die meisten Elektronikgeräte und Produktionsmaschinen arbeiten 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, Netzqualität verbessert und erneuerbare Energien besser integriert werden (Bild 1).

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Gleichstrom in der Produktion

In der Industrie arbeiten viele Verbraucher mittels Frequenzumrichter an einem Gleichspannungszwischenkreis. Bei 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-Hz-Wechselstromnetz ist es im DC-Netz möglich, dass die hochdynamische Bremsenergie einer bewegten Anlage wieder als elektrischen Strom ins Netz rekuperiert. 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 %. Darüber hinaus lassen sich sowohl die Spitzenlast als auch die Belastung des Verteilnetzes reduzieren.

Aufbau von DC-Netzen: Nachhaltig ab Installation und im Produkt

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.

Leitkongress zu Trends und Einsatz moderner Steckverbinder

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Der Anwenderkongress Steckverbinder beleuchtet praxisorientiert technische Aspekte beim Design und Einsatz moderner Steckverbinder. In Praxis-Workshops vermitteln hochkarätige Experten elektrotechnische Grundlagen, spezifisches Knowhow und helfen bei der Auswahl des richtigen Steckverbinders.

Der Kongress ist eine in Europa einzigartige Veranstaltung, die sich den Themen rund um das Steckverbinder-Design, Design-in, Werkstoffe, Qualifizierung und Einsatz von Steckverbindern widmet.

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Neben der Nachhaltigkeit in der Applikation ist auch die Nachhaltigkeit der eingesetzten Komponenten ein Faktor, der zu einer klimafreundlichen Produktion beiträgt. Daher arbeiten die Ingenieure in Blomberg an verschiedenen Facetten, um die Produkte nachhaltiger zu gestalten. Bereits heute gibt es von Phoenix Contact in den Produktkategorien Leiterplattenklemmen, Steckverbinder und Elektronikgehäuse Lösungen, 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.

Bio-basierte und massenbilanzierte Kunststoffe

Kunststoffe sind vielseitige und leistungsfähige Werkstoffe, die in vielen Anwendungen eingesetzt werden. Doch wie können Kunststoffe nachhaltiger werden, sowohl in ihrer Herstellung als auch in ihrer Verwendung? In Blomberg nutzt man 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, z. B. Rizinuspflanzen, Mais oder Zuckerrohr, hergestellt werden. Sie können Vorteile wie geringere Abhängigkeit von fossilen Ressourcen, eine bessere Ökobilanz oder eine bessere Funktionalität bieten (Bild 2).

Massenbilanzierte Kunststoffe sind dagegen 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 beispielsweise von 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 100-mal 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-Steckverbinder ist der einzige Steckverbinder seiner Art, der den Gleichstromlichtbogen aktiv löscht. Er arbeitet nicht passiv z. B. mit Opferkontakten, sondern mittels einer aktiven intelligenten elektronischen Steuerung, was die Sicherheit für Anwendende auch über eine hohe Anzahl Steckzyklen garantiert. Durch diesen einzigartigen technischen Ansatz ist das häufige und sichere Stecken und Ziehen unter Last ohne Lichtbogen in Gleichstromnetzen möglich geworden (Bild 3).

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 A und 400 V respektive 800 V können mit dem 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 messbare Effizienzverbesserungen, steigenden Wirkungsgraden und vereinfachter Installation. So lässt sich 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. (kr)

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

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