Ventilstecker reduzieren Energiebedarf

Selbst Steckverbinder senken den Stromverbrauch. Neue Ventilstecker von Phoenix Contact sparen bis zu 50 Prozent der Energie eines angesteuerten Ventils.

Etwa zwei bis zehn Prozent ihres Jahresumsatzes zahlt die Industrie für Wärme und elektrische Energie. Jedes Kilowatt Strom, das durch effektivere Geräte oder andere technische Maßnahmen eingespart wird, mindert den Ausstoß an Kohlendioxid. Dazu kommt, dass die Energiekosten steigen. Sparsamere Maschinen und Anlagen machen sich aber nicht nur in der Luft, sondern auch bei den Kosten bemerkbar.

Technik im Detail

Unterschiede zwischen den Bauformen

Bauform A / 4 A:

• Laststrom: 4 A
• Versorgungsspannung: 24 V DC
• Anfangseinschaltdauer: ca. 500 ms
• Taktfrequenz der Haltestrombegrenzung: ca. 800 Hz
• Maximale Schaltfrequenz des Ventil: 1 Hz
• Schaltungsanzeige: LED gelb
• Schutzart: IP67
• Leitungsqualität: PUR
• Leitungsquerschnitt: 0,5 mm2.

Bauformen A, B, BI, C, CI / 1 A:

• Laststrom: 1A
• Versorgungsspannung: 24 V DC
• Anfangseinschaltdauer: ca. 200 ms
• Taktfrequenz der Haltestrombegrenzung: ca. 2500 Hz
• Maximale Schaltfrequenz des Ventil: 5 Hz
• Schaltungsanzeige: LED gelb
• Schutzart: IP67
• Leitungsqualität: PUR
• Leitungsquerschnitt: 0,5 mm2.

Weil viele Unternehmen hier der Schuh drückt, hat es sich Phoenix Contact zur Aufgabe gemacht, einen Steckverbinder mit Energiereduzier-Funktion zu entwickeln.
Ein Ventilstecker muss für industrielle Umgebungsbedingungen ausgelegt sein. Neben den normativen Anforderungen nach der EN175301-803 muss der Schutz gegen Eindringen von Staub und Flüssigkeiten gegeben sein.

Die Schutzart IP67 ist außerhalb des Schaltschranks in Produktionsbereichen unumgänglich, da dort – etwa durch die verwendeten Öle in einer Schraubenfertigung – die Funktionalität des Ventilsteckers beeinträchtigt werden kann.

Doch wie lässt sich die Energie, die ein Ventil benötigt, reduzieren? Der Hersteller stieß dazu zunächst die Neuentwicklung einer Leiterplatte für die verschiedenen Ventilstecker-Bauformen an. Auf dieser Leiterplatte wird die Reduzierung der Energie durch eine Pulsweiten-Modulation möglich. Ein schnelles Ein- und Ausschalten des Ventils senkt den benötigten Strom zum Halten des Ventilankers um bis zu 50 Prozent. Dabei lässt sich die Schaltung in drei Segmente aufteilen:

• Der erste Schaltungsteil ist die Ventilansteuerung. Hier wird das Ventil für eine kurze Zeit voll bestromt. Dies ist notwendig, um die Übergangskraft des Magnetfeldes zu überbrücken. Jetzt befindet sich das Ventil im eingeschalteten Zustand.

• Der zweite Schaltungsteil stellt die Pulsweitenmodulation dar. Hier wird mit Hilfe eines Oszillators die Taktfrequenz der pulsierenden Rechteckspannung vorgegeben. Das daraus resultierende Ein- und Ausschalten bewirkt die Energiereduktion am Ventil. Dabei bleibt das Ventil aufgrund der Trägheit des Ankers weiterhin im eingeschalteten Zustand, da die Taktfrequenz schneller ist als die abfallende Kraft des Magnetfeldes.

• Der dritte und letzte Schaltungsteil beschreibt die Leistungsabgabe an das Ventil sowie die Schutzbeschaltung für davor befindliche Steuerungselemente. Durch die integrierte Schutzbeschaltung in Form einer Freilaufdiode im Ventilstecker wird im „Energiesparmodus“ der aufgebaute Strom während des Abschaltens zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes im Ventil wiederum in den Leistungskreis zurückgeführt, wodurch weitere Energie eingespart wird.

Weil nach Ansteuerung des Ventils der Haltestrom auf 50 Prozent reduziert wird, können Anwender kleinere Netzteile verwenden. Bild: Phoenix Contact

Die Mehrkosten im Anschaffungspreis des Ventilsteckers haben sich bei einem Dauerbetrieb des Ventils bereits nach etwa einem Jahr amortisiert.

Durch die Reduzierung des Haltestroms auf circa 50 Prozent wird beim Einsatz mehrerer Ventilstecker der Summenstrom deutlich gesenkt. Hierdurch kann eine 24-V-DC-Stromversorgung im Schaltschrank kleiner dimensioniert werden. Auf diese Weise kann auch bei der Materialbeschaffung gespart werden.

Die Stromaufnahme der Ventile ist gegenüber anderen Varianten um 50 Prozent reduziert. Grafik: Phoenix Contact

Zudem wird auch die Arbeitstemperatur eines Ventils gesenkt, da nur 50 Prozent des Nennstromes verbraucht und somit weniger Verlustleistung in Form von Wärme freigesetzt wird. Dadurch verlängert sich wiederum die Lebensdauer des bestromten Ventils. Da die Baugrößen und Steckgesichter in der Ventilstecker-Norm EN175301-803 geregelt sind, ist eine einfache Integration in bestehende Installationen möglich.

Der Ventilstecker ist als vorkonfektionierter Steckverbinder mit der Leitungsqualität PUR in den Bauformen A, B und C sowie in den Industriestandards BI und CI mit einem Nennstrom von 1 A verfügbar. Die Bauform A ist zudem auch als 4-A-Variante für große Hydraulikventile erhältlich.

Damit steht neben den klassischen Schutzbeschaltungen für die aufgeführten Bauformen als vorkonfektionierter Einfach- und Doppelventilstecker sowie Ventilstecker-Adapter mit M12-Anschluss nun auch eine ökologisch nachhaltige Leiterplatten-Variante zu Verfügung. Dem Hersteller wurde für die Ventilstecker-Varianten der Bauform A eine Zulassung vom CSA Typ C22.2 No.182.3 / UL 1977 erteilt.

Der nachhaltige Umgang mit Ressourcen und Energie wird auch in den nächsten Jahren auf der Tagesordnung der Industrieunternehmen stehen. Denn die Einsparung von Energiekosten ist ein wichtiger Aspekt, um den Industriestandort Deutschland zu sichern. Mit dem neuen Ventilstecker kommen die Anwender diesem Ziel einen Schritt näher. do

Autor: Tobias Dietel, Phoenix Contact