NV Stecker-Systeme

  • Niedervolt Buchsen und Stecker Systeme für den SELV Spannungsbereich

    In Europa sind viele Dinge des Lebens und Technik durch Verordnungen, Richtlinien und Normen geregelt, so auch zum Thema Stecker-Systeme für stromführende Verbindungen im Niedervoltbereich. Wer jetzt assoziiert, dass in einer solchen Normenlandschaft die Steckersysteme aus unserem Hobby Bereich geregelt und definiert sind, täuscht sich allerdings.

    In der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU oder auch in der Europäischen Norm EN 61140 sind verschiedene Spannungsbereiche festgelegt, der Bereich Niedervolt geht bei Wechselspannung (AC) bis 1000V und bei Gleichspannung (DC) bis 1500V 8o --- genau, die Spannungen in unseren Haushalten zählen komplett zur Niederspannung. Für den Bereich Haushaltsgeräte gibt es auch eine Norm für Steckersysteme, die EN 60320.


    Weiterhin wird aber auch zwischen Kleinspannung ELV (Extra Low Voltage) AC bis 50V und DC bis 120V. Bei diesen Spannungen kann bei Berührung mit blanken aktiven Teilen immer noch eine Lebensgefahr bestehen. Deswegen gibt es noch die Einstufung der Schutzkleinspannung SELV (Safety Extra Low Voltage) AC bis 25V und DC bis 60V. Werden im Bereich SELV nicht isolierte aktiv stromführende Teile berührt, reicht der Hautwiderstand aus um einen Schaden abzuwenden.

    Stecker-Systeme die im ELV Bereich eingesetzt werden sind nicht mehr von Normen definiert, es gibt neben der allgemeinen Regel, das von dem Stecker keine Gefahr ausgehen darf nur die Regeln, das die Stecker-Systeme vor Kurzschluss gesichert sind, nicht mit Stecker-Systemen über ELV kompatible sind und nur bei Stecker-Systeme im SELV Bereich, aktive Teile nicht isoliert sein müssen.



    Stecker- Systeme müssen Schutz vor Kurzschluss bieten und im DC Bereich sollten sie vor Verpolung gesichert sein - müssen aber nicht! Manche Stecker-Systeme in unserem Hobby Bereich erfüllen diese Forderungen ohne jeden Zweifel und manche Stecker-Systeme sind standarisiert, sprich Stecker und/oder Buchsen von verschiedene Herstellern passen ohne weiteres zusammen. Fertig konfigurierte Komponenten entsprechen den Anforderungen der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU...


    ...ist das wirklich so? :no: Leider nein! Warum ist das so? Weil es im RC Bereich verschiedene Spannungsquellen mit verschiedenen Funktionen gibt. Einmal sind da die Batterien und Akkus als Spannungsquelle im Modell, aber außerhalb gibt es die Ladegeräte zum Laden der Akkus. Beide Stromquellen können nicht immer mit Stecker-Systemen ausgerüstet werden, die auch noch bestimmte Parameter, wie Stromstärken, erfüllen müssen und in ihrer Funktion sicher gestaltet werden können, denn entweder weist der Akku Stecker zum Verbinden mit dem Ladegerät aus und das Ladegerät verfügt über Buchsen oder umgekehrt - oder es gibt andere Lösungen, dazu später mehr.


    Doch was ist was? Wie halte ich Stecker oder Buchsen auseinander? Grob gesagt, sind Stecker jene Teile, die in die Buchse eingeführt werden, deswegen sprechen wir salopp bei Steckern auch von "Vater" und bei Buchsen von "Mutter" - weswegen erkläre ich Euch jetzt nicht!:D

    Aus diesem Umstand kann geschlussfolgert werden, das die Buchse leicht gegen Berührung und somit leicht gegen Kurzschluss gesichert werden kann und der Stecker konstruktionsbedingt blanke, leicht berührbare Teile hat, besonders wenn die Stecker-Systeme hohe Stromstärken übertragen müssen. Zur Spannungsquelle sollten daher wenn möglich Buchsen eingesetzt werden, damit die Gefahr durch Kurzschluss möglichst eliminiert wird und die Stromweiterführende Seite kann gefahrlos mit Steckern versehen werden.


    Links Tamiya Stecker-System und rechts T-Stecker-System, beide sind verpolungssicher. Bei Tamiya Steckern scheint die Buchse augenscheinlich der Stecker zu sein, bei genauerem Hinsehen wird zwar das Kunststoffteil in das des Steckers eingeführt, aber aus Sicht der aktiv stromführenden Teilen ist es umgekehrt. Dieser Umstand ist bei vielen Stecker-Systemen wieder zu finden...


    ... zum Beispiel bei den Ambrass XT Stecker-Systemen in verschiedenen Größen für unterschiedliche Stromstärken, die verpolungssicher sind. XT-30 Stecker sollten nicht mehr als mit 25A*, XT-60 nicht mit mehr als 50A* und XT-90 nicht mit mehr als 85A* belastet werden.


    Der verwirrende Umstand, was nun Stecker und was Buchse ist, setzt sich auch bei dem Steck-System BEC oder den Balancer Kabeln fort. Zur Bewertung werden immer die aktiv stromführenden Teile heran gezogen und nicht die umgebenden Kunststoffteile!

    BEC Stecker-System und Servo Stecker-System. Je nachdem um was für ein Servo Stecker-System es sich handelt, kann es zu ungewollten Verpolungen kommen. Wird zum Beispiel die Buchse (stromführend) des ESC (Electronic Speed Control) verpolt in den Empfänger gesteckt, kann durch das Vertauschen von Steuerleitung (Weiß) und Minusleitung (Schwarz) der Empfänger Schaden nehmen, wenn im Empfänger kein Verpolungsschutz durch Sperrdioden vorhanden ist!




    Bei der Verwendung von Goldsteckern ist besondere Vorsicht geboten, da diese meistens als DIY Komponenten selbst verlötet werden. Wer solche Arbeiten ausführt sollte sich überlegen, wo ist die Seite der Spannungsquelle (Buchsen) und wo ist die Seite der Verbraucher (Stecker). Goldstecker gibt es in verschiedenen Größen/Durchmesser. Goldstecker 4mm sollten nicht mit mehr als 70A* und die etwas kleineren 3,5mm Stecker nicht mit mehr als 50A* belastet werden.


    *Meine Angaben über die Stromstärken sind ohne Gewähr, denn je nach Hersteller können diese doch noch unterschiedlich und auch deren Grenzen niedriger sein!


    Die Hersteller von Akkus setzen üblicherweise Buchsen ein...


    ...und die Hersteller von Ladegeräten setzen auch gerne Buchsen ein. Die Ladekabel sind hierbei der wunde Punkt, hier liegt die Verantwortung durch sachgemäßen Gebrauch und der entsprechenden zu waltenden Vorsicht beim Endverbraucher!


    Beim Balancer Kabel ist es dann so, das am Akku auch eine Buchse eingesetzt wird und am Ladegerät ein Stecker vorhanden ist. Die Gefahr durch extrem hoch fließenden Stromstärken ist hier weniger gegeben als bei den direkten Ladekabeln.


    An einem Akku sollte also eine Buchse verlötet werden, damit Kurzschlüsse ausgeschlossen werden können. Am dem Kabel vom ESC zum Akku wird dann ein Stecker angelötet. Die Anschlüsse des ESC zum Motor hin sollten mit Buchsen ausgestattet sein, denn hier ist wieder der stromführende Ausgang und die Kabel vom Motor sind wieder mit entsprechenden Steckern zu versehen.

    Diese "weiterreichende Verkettung" sollte bei allen Verkabelungen und Verbrauchern eingehalten werden, also auch bei der Verkabelung von Licht, Winden und sonstigen elektrisch betriebenen Funktionen!



    Es gibt keine definierte Grenze, wann ein Hochstromstecker anfängt, meistens wird ab einer Übertragung von 20A und mehr von einem Hochstrom Stecker-System gesprochen.

    Jeder Stecker weist bei der Übertragung einen Widerstand auf, dieser ist abhängig von dem Durchmesser und somit von der Kontaktfläche zwischen Buchse und Stecker je größer der Durchmesser/die Fläche, desto kleiner der Übergangswiderstand, ebenso je edler das Metall, desto kleiner der Übertragungswiderstand. Vergoldete Stecker-Systeme sind daher üblicherweise in der Lage höhere Stromstärken zu übertragen als Stecker-Systeme aus unedlem Metall. Auch der Kontaktdruck und der Luftspalt zwischen Buchse und Stecker beeinflussen den Übergangswiderstand. Durch den Übergangswiderstand entsteht eine Verlustleistung im Stecker-System, die bei gleicher Spannung abhängig vom Strom ist. Bei ansteigendem Strom erhöht sich Verlustleistung und in Folge erhöht sich die Temperatur, was einen Anstieg des Widerstandes mit sich führt und so schaukelt sich der Teufelskreis hoch. Vorsicht ist geboten, denn werden Stecker-Systeme mit zu hohen Stromstärken belastet kann es passieren das sich Stecker und Buchse durch extreme Wärme "verlöten" und dann nicht mehr zu trennen sind!



    P.S.

    Ich habe noch einen Nachtrag, ein paar Formeln als Augenöffner. Die meisten kennen die Formel U = R x I - Spannung gleich Widerstand mal Strom. Ebenso denke ich, kennen die meisten die Formel P = U x I - Leistung gleich Spannung mal Strom. Ersetze ich die Spannung durch die Formel URI kommt folgendes dabei raus P = R x I²...


    ...bezogen auf unsere Steckersysteme ergibt sich, der Übergangswiderstand an Steckern bleibt gleich, wenn ich die Erhöhung des Widerstandes durch Wärme erst einmal außer Acht lasse. Wird nach dieser Formel eine Verlustleistung am Steckersystem errechnet, ergibt sich bei einem Übergangswiderstand von angenommenen 1 Ohm und einem Strom von 1 Amper, eine Verlustleistung von 1Watt. Verdopple ich die Stromstärke von 1 Ampere auf 2 Ampere, so vervierfacht sich die Verlustleistung (2² = 4) Verlustleistung gleich 1 Ohm Übergangswiderstand mal 2 Ampere zum Quadrat. Vervierfacht sich der Strom, so erhöht sich die Verlustleistung um das 16fache 8o

    Erhöht sich der Übergangswiderstand wegen zunehmender Wärme, erhöht sich die Verlustleistung entsprechend. Aus dem Grund sollte bei hohen zu erwartenden Stromstärken ein möglichst hochstromfähiges Steckersystem gewählt werden oder wenn möglich auf eine Steckverbindung verzichtet werden und anstatt dessen eine Lötverbindung gewählt werden.

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