Für Systemintegratoren, Schaltschrankbauer und Elektroingenieure ist der verfügbare Platz auf der DIN-Schiene eine zentrale Auslegungsgröße. SPS, Relais, Schütze, I/O-Module, Schutzgeräte und Komponenten der Motorsteuerung konkurrieren um begrenzten Raum im Schaltschrank. Bei der Auswahl eines industriellen DIN-Schienen-Netzteils reicht es daher nicht aus, lediglich Ausgangsspannung und Nennleistung zu betrachten. Auch Baubreite, Wirkungsgrad, thermisches Verhalten, Lastcharakteristik und erforderliche Zulassungen müssen berücksichtigt werden.
TPS Elektronik bietet ultraschmale, einphasige DIN-Schienen-Netzteile für industrielle Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen. Das Portfolio umfasst 24-V-DIN-Schienen-Netzteile sowie 12-V-Varianten in mehreren Leistungsklassen. Dadurch lässt sich die Stromversorgung entsprechend dem Leistungsbedarf und dem verfügbaren Platz im Schaltschrank auswählen.
1. Platzbedarf im Schaltschrank: Warum schmale DIN-Schienen-Netzteile relevant sind
Moderne Schaltschränke müssen zunehmend mehr Funktionen auf begrenztem Bauraum aufnehmen. Netzteile mit vergleichsweise breiten Gehäusen belegen wertvollen Platz auf der DIN-Schiene, der andernfalls für zusätzliche I/O-Module, Relais, Schutzgeräte oder weitere Steuerungskomponenten zur Verfügung stehen könnte.
Ein schmales DIN-Schienen-Netzteil kann dazu beitragen, den verfügbaren Montageraum effizienter zu nutzen, ohne dass unmittelbar ein größeres Gehäuse erforderlich wird. Kompakte Schaltnetzteilkonzepte und hochfrequente Komponenten ermöglichen eine höhere Leistungsdichte gegenüber konventionellen, größeren Bauformen. Modelle mit geringerer Leistung wie das TPS010-GP24V mit 10 W sind mit einer schmalen Bauform für Anwendungen ausgelegt, bei denen die verfügbare DIN-Schienen-Breite eine wesentliche Randbedingung darstellt.
Eine hohe Leistungsdichte muss jedoch stets zusammen mit dem Wärmemanagement betrachtet werden. Eine geringere Baubreite bedeutet nicht, dass keine Verlustwärme entsteht. Ausreichende Abstände, Belüftung, zulässige Umgebungstemperaturen, mögliche Derating-Vorgaben und die Installationshinweise des jeweiligen Modells bleiben insbesondere bei dicht bestückten Schaltschränken wichtige Auslegungskriterien.
2. Elektrische Eigenschaften: Wirkungsgrad, Restwelligkeit und Überbrückungszeit
Die elektrischen Eigenschaften eines industriellen DIN-Schienen-Netzteils beeinflussen sowohl das Verhalten der angeschlossenen Verbraucher als auch die Auslegung des Gesamtsystems. Eingangsspannungsbereich, Wirkungsgrad, Ausgangsregelung, Restwelligkeit und Rauschen (Ripple and Noise), dynamisches Verhalten sowie Überbrückungszeit (Hold-up Time) sollten daher anhand der jeweiligen Anwendung bewertet werden und nicht ausschließlich anhand der Nennleistung.
Einphasige TPS-Modelle sind mit weiten AC-Eingangsspannungsbereichen erhältlich, darunter Geräte für einen Betrieb mit 85–264 V AC. Ein weiter Eingangsspannungsbereich kann den Einsatz in unterschiedlichen Netzumgebungen vereinfachen, da keine manuelle Umschaltung der Eingangsspannung erforderlich ist.
Hoher Wirkungsgrad und aktive PFC
Der Wirkungsgrad hat direkten Einfluss auf die im Schaltschrank entstehende Verlustwärme. Je höher der Wirkungsgrad eines Netzteils, desto größer ist der Anteil der aufgenommenen elektrischen Leistung, der als nutzbare DC-Ausgangsleistung zur Verfügung steht, und desto geringer fallen die thermischen Verluste aus.
Ausgewählte TPS-Modelle erreichen Wirkungsgrade von über 90 %. In thermisch anspruchsvollen Schaltschränken kann eine geringere Verlustleistung das Wärmemanagement vereinfachen und die zusätzliche thermische Belastung benachbarter Komponenten reduzieren.
Modelle höherer Leistungsklassen können zudem über eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) verfügen. Sofern vorhanden, verbessert die PFC den Leistungsfaktor auf der Eingangsseite und kann die Einhaltung von Anforderungen an Oberschwingungsströme, beispielsweise nach EN 61000-3-2, unterstützen.
Geringe Restwelligkeit und geringes Rauschen
Restwelligkeit und Rauschen sind insbesondere dann relevant, wenn ein DIN-Schienen-Netzteil für Sensoren, Messtechnik, analoge I/O-Baugruppen oder andere störungsempfindliche Elektronik eingesetzt wird. Zu hohe Schaltstörungen auf der DC-Versorgung können die Messqualität beeinflussen oder niederpegelige analoge und digitale Signale beeinträchtigen.
Ausgewählte TPS-Netzteile spezifizieren Werte für Restwelligkeit und Rauschen von unter 100 mV p-p. Welcher Grenzwert für eine konkrete Anwendung erforderlich ist, hängt unter anderem von der Empfindlichkeit der angeschlossenen Geräte, der Leitungsführung, dem Erdungs- und Massekonzept sowie dem gesamten EMV-Design ab.
Überbrückungszeit
Die Überbrückungszeit (Hold-up Time) beschreibt, wie lange der Ausgang nach einer Unterbrechung der AC-Eingangsspannung innerhalb des spezifizierten Betriebsbereichs bleibt. Dieser Parameter kann insbesondere für SPS, Steuerungen und andere elektronische Verbraucher relevant sein, die kurzen Netzunterbrechungen ausgesetzt sind.
Ausgewählte Modelle bieten bei Volllast eine Überbrückungszeit von mindestens 20 ms. Abhängig von der Anwendung und den Anforderungen der angeschlossenen Steuerung kann dies dazu beitragen, sehr kurze Unterbrechungen der Eingangsspannung zu überbrücken. Ob die verfügbare Überbrückungszeit ausreicht, sollte anhand der Mindestanforderungen an die DC-Versorgung der angeschlossenen Geräte geprüft werden.
3. Mechanische Integration: 35-mm-DIN-Schiene sowie Schock- und Vibrationsbelastung
Die mechanische Integration beeinflusst Montageaufwand, Wartungsfreundlichkeit und den langfristigen Betrieb. TPS DIN-Schienen-Netzteile sind für die Montage auf standardisierten 35-mm-DIN-Schienen ausgelegt, darunter je nach Modell TS35/7,5 und TS35/15.
Der Befestigungsmechanismus sollte einen sicheren Halt ermöglichen und gleichzeitig eine praktikable Montage und einen Austausch bei Schaltschrankbau und Wartung unterstützen. Ebenso relevant ist die Zugänglichkeit der Anschlussklemmen, insbesondere bei größeren Leiterquerschnitten oder dichter Verdrahtung.
Auch mechanische Schock- und Vibrationsbelastungen können bei Industriemaschinen eine wichtige Rolle spielen. Anwendungen wie CNC-Anlagen, Pressen, mobile Maschinen oder automatisierte Handhabungssysteme können die im Schaltschrank montierten Komponenten wiederkehrenden mechanischen Belastungen aussetzen.
Sind erhöhte Schock- oder Vibrationsbelastungen zu erwarten, sollten die spezifizierten Umgebungswerte des Netzteils mit den tatsächlichen Einsatzbedingungen abgeglichen werden. Die interne Befestigung von Bauteilen, das Leiterplattendesign, die mechanische Konstruktion und die Montageart können die mechanische Belastbarkeit beeinflussen.
Weitere Hinweise zur Verdrahtung und Installation finden Sie in unserem Leitfaden zur Installation und Verdrahtung von DIN-Schienen-Netzteilen.
4. Anwendungen: Von Sensorik bis Maschinenautomatisierung
24 V DC ist in der industriellen Automatisierung weit verbreitet. Unterschiedliche Verbraucher stellen jedoch unterschiedliche Anforderungen an die Stromversorgung. Bei der Auswahl sollten daher sowohl die kontinuierliche Leistungsaufnahme als auch das dynamische Lastverhalten berücksichtigt werden.
Maschinenautomatisierung und induktive Lasten
Maschinensteuerungen können SPS, HMIs, Relais, Magnetventile, Ventile, Schütze und DC-Motoren umfassen. Einige dieser Verbraucher benötigen beim Schalten oder Anlaufen kurzzeitig deutlich mehr Strom als im stationären Betrieb.
Für Anwendungen mit kurzzeitigen Lastspitzen kann ein Netzteil mit geeigneter Power-Boost-Funktion beziehungsweise Leistungsreserve sinnvoll sein. Modelle wie die TPS100 DR-Plus-Serie können abhängig vom jeweiligen Modell und den Betriebsbedingungen für begrenzte Zeit eine Ausgangsleistung oberhalb ihrer kontinuierlichen Nennleistung bereitstellen.
Diese zusätzliche Leistungsreserve kann Verbraucher mit kurzzeitigen Stromspitzen unterstützen, ohne dass das Netzteil allein aufgrund eines kurzen Anlaufstroms entsprechend größer dimensioniert werden muss. Höhe und Dauer des Spitzenstroms, Wiederholrate, Umgebungstemperatur und Verhalten der Schutzfunktionen sollten dennoch anhand des jeweiligen Datenblatts geprüft werden.
Sensorik und Messtechnik
Bei Sensoren, analoger Messtechnik und dezentralen I/O-Systemen können Spannungsstabilität sowie Restwelligkeit und Rauschen wichtiger sein als eine kurzzeitige Überlastfähigkeit.
Eine einstellbare Ausgangsspannung kann zudem sinnvoll sein, wenn der Leitungswiderstand zwischen Netzteil und Verbraucher einen relevanten Spannungsabfall verursacht. Die Einstellung muss sowohl innerhalb des spezifizierten Einstellbereichs des Netzteils als auch innerhalb des zulässigen Eingangsspannungsbereichs aller angeschlossenen Geräte liegen.
5. Konformität und Schutzfunktionen
Die Konformität eines Netzteils sollte auf Modellebene bewertet werden, da anwendbare Normen und Zulassungen innerhalb einer Produktfamilie variieren können. Bei Anlagen und Geräten für internationale Märkte sollten technische Beschaffung und Entwicklung die erforderlichen Sicherheits-, EMV- und Marktzugangsnachweise prüfen, bevor ein bestimmtes Modell spezifiziert wird.
TPS DIN-Schienen-Netzteile sind mit CE-Kennzeichnung und modellspezifischen Sicherheitszulassungen erhältlich. Ist UL 60950-1, IEC/EN/UL 62368-1 oder eine andere Norm für ein Projekt relevant, sollten die entsprechende Zulassung und die anwendbare Normausgabe für die konkrete Artikelnummer geprüft und nicht pauschal für die gesamte Produktfamilie vorausgesetzt werden.
Schutzfunktionen sind zudem für die Abstimmung des Netzteils auf die nachgeschalteten Verbraucher und Schutzgeräte relevant. Abhängig vom Modell können unter anderem folgende Funktionen vorhanden sein:
- Überspannungsschutz (OVP): Begrenzt oder unterbricht den Ausgang, wenn eine interne Störung dazu führt, dass die Ausgangsspannung den spezifizierten Grenzwert überschreitet.
- Überstromschutz (OCP): Begrenzt den Ausgang, wenn der Laststrom den zulässigen Betriebsbereich überschreitet.
- Kurzschlussschutz (SCP): Definiert ein kontrolliertes Verhalten bei einem Kurzschluss am Ausgang. Das Wiederanlaufverhalten kann je nach Modell unterschiedlich ausgeführt sein.
- Übertemperaturschutz (OTP): Bei entsprechend ausgestatteten Modellen dient diese Funktion dem Schutz des Netzteils, wenn die interne Temperatur den spezifizierten Grenzwert überschreitet.
Schaltschwellen und Wiederanlaufverhalten der Schutzfunktionen sollten grundsätzlich im jeweiligen Datenblatt geprüft werden. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn das Netzteil mit elektronischen Schutzschaltern, Sicherungen oder selektiven Stromverteilungsmodulen koordiniert werden soll.
Allgemeine Informationen zu internationalen elektrotechnischen Normen finden Sie bei der International Electrotechnical Commission (IEC).
6. Produktauswahl: 12-V- und 24-V-Varianten
Bei der Auswahl eines DIN-Schienen-Netzteils müssen Dauerlast, Spitzenlast, Umgebungsbedingungen, verfügbarer Montageraum und mögliche zukünftige Erweiterungen gegeneinander abgewogen werden.
Eine übermäßig große Dimensionierung kann Kosten und Platzbedarf unnötig erhöhen. Eine zu knapp ausgelegte Stromversorgung kann dagegen dauerhaft nahe ihrer Leistungsgrenze betrieben werden und zu wenig Reserve für transiente Lasten oder spätere Systemerweiterungen bieten.
24-V-DC-Serie
Die 24-V-DC-Varianten decken typische Anforderungen industrieller Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen ab:
- TPS010-GP24V (10 W): Kompaktes Netzteil für 24-V-DC-Verbraucher mit geringem Leistungsbedarf.
- TPS030-GP24V (30 W): Geeignet für kleinere Steuerstromkreise und dezentrale Automatisierungsanwendungen. Weitere Informationen bietet die TPS030 Pro-Serie.
- TPS060-GP24V (60 W): Für Steuerungs- und Automatisierungslasten im mittleren Leistungsbereich.
- TPS100-GP24V (100 W) und TPS100-DR1S24A: Varianten für Systeme mit höherem 24-V-DC-Leistungsbedarf.
12-V-DC-Serie
Für Systeme mit einem 12-V-DC-Versorgungsnetz stehen entsprechende Produktvarianten zur Verfügung:
- TPS010-GP12V (10 W)
- TPS030-GP12V (30 W)
- TPS060-GP12V (60 W)
- TPS100-GP12V (100 W)
- TPS100-DR1S12A
- TPS150-DR1S12A (150 W): Variante mit höherer Ausgangsleistung für 12-V-DC-Anwendungen.
Vor der Auswahl eines Modells sollten die detaillierten elektrischen, thermischen, mechanischen und umgebungsbezogenen Spezifikationen sowie die erforderlichen Zulassungen mit den Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgeglichen werden.
7. Checkliste für Anfrage und Beschaffung
Eine technisch vollständige Anfrage erleichtert die Auswahl eines geeigneten industriellen DIN-Schienen-Netzteils und ermöglicht einen konsistenten Vergleich verschiedener Lösungen.
Folgende Angaben sollten, soweit für die Anwendung relevant, berücksichtigt werden:
- Nennausgangsspannung und Ausgangsstrom: beispielsweise 24 V DC bei 5 A.
- Dauer- und Spitzenlast: Neben der stationären Leistungsaufnahme sollten auch Anlauf- und transiente Stromanforderungen angegeben werden.
- Lastart: Motoren, Magnetventile, Schütze, kapazitive Lasten, SPS, Sensoren oder andere Verbraucher mit relevantem dynamischem Lastverhalten sollten benannt werden.
- Eingangsspannungsbereich: Verfügbaren AC- oder DC-Eingangsspannungsbereich sowie gegebenenfalls die Netzfrequenz angeben.
- Verfügbarer Platz auf der DIN-Schiene: Maximale Gerätebreite und erforderliche Installationsabstände berücksichtigen.
- Umgebungsbedingungen: Soweit relevant, Betriebstemperatur, Aufstellhöhe, Luftfeuchtigkeit sowie Schock- und Vibrationsanforderungen angeben.
- Thermische Bedingungen: Eingeschränkte Belüftung, erhöhte Schaltschranktemperaturen oder andere Bedingungen berücksichtigen, die ein Derating erforderlich machen können.
- Erforderliches Schutzverhalten: OCP, SCP, OVP und OTP sowie die Koordination mit nachgeschalteten Schutzgeräten berücksichtigen.
- Erforderliche Zulassungen und Normen: Je nach Projekt beispielsweise CE, UL, CB oder anwendungsspezifische Anforderungen für Bahn- oder Marineanwendungen angeben.
- Menge und Lieferanforderungen: Geplante Stückzahlen, gewünschter Liefertermin und projektspezifische Beschaffungsanforderungen nennen.
8. FAQ
Welche Vorteile bietet ein schmales DIN-Schienen-Netzteil?
Ein schmales DIN-Schienen-Netzteil benötigt weniger horizontalen Platz auf einer 35-mm-DIN-Schiene. Dadurch kann zusätzlicher Montageraum für SPS, I/O-Module, Relais, Schutzgeräte und andere Steuerungskomponenten zur Verfügung stehen.
Der mechanische Platzvorteil sollte jedoch stets gemeinsam mit den thermischen Anforderungen betrachtet werden. Installationsabstände, Luftzirkulation, Derating und die maximal zulässige Umgebungstemperatur bleiben insbesondere bei dicht bestückten Schaltschränken relevant.
Können DIN-Schienen-Netzteile bei Schock- und Vibrationsbelastungen eingesetzt werden?
Industrielle DIN-Schienen-Netzteile können für Umgebungen ausgelegt sein, in denen mechanische Schock- und Vibrationsbelastungen auftreten. Die zulässigen Belastungswerte unterscheiden sich jedoch je nach Modell.
Bei Maschinen, mobilen Automatisierungssystemen oder anderen mechanisch anspruchsvollen Anwendungen sollten die spezifizierten Schock- und Vibrationswerte des ausgewählten Netzteils mit den tatsächlichen Einsatz- und Montagebedingungen verglichen werden.
Sind TPS DIN-Schienen-Netzteile UL-zugelassen und CE-gekennzeichnet?
Zulassungen und anwendbare Normen sollten für das jeweilige Modell geprüft werden. TPS DIN-Schienen-Netzteile sind mit CE-Kennzeichnung und modellspezifischen Sicherheitszulassungen erhältlich. Wenn UL 60950-1, IEC/EN/UL 62368-1 oder eine andere Norm für ein Projekt erforderlich ist, sollte die entsprechende Dokumentation für die konkrete Artikelnummer vor der Spezifikation geprüft werden.
Wie lässt sich der Spannungsabfall über lange Sensorleitungen kompensieren?
Verfügt das ausgewählte Netzteil über eine einstellbare Ausgangsspannung, kann diese innerhalb des spezifizierten Einstellbereichs angehoben werden, um einen Teil des ohmschen Spannungsabfalls auf der Leitung zu kompensieren.
Die Spannung sollte unter repräsentativen Betriebsbedingungen direkt am Verbraucher gemessen werden. Jede Anpassung muss innerhalb des zulässigen Eingangsspannungsbereichs des Sensors sowie aller weiteren Geräte bleiben, die über denselben DC-Stromkreis versorgt werden.
Was passiert bei einem Kurzschluss auf der 24-V-DC-Leitung?
Abhängig vom Modell können Kurzschlussschutz (SCP) und Überstromschutz (OCP) beispielsweise im Hiccup-Betrieb oder über eine Konstantstrombegrenzung arbeiten. Das konkrete Schutzverhalten bestimmt, wie das Netzteil auf den Fehler reagiert und ob nach Beseitigung des Kurzschlusses ein automatischer Wiederanlauf erfolgt.
Bei Systemen, die eine selektive Absicherung oder ein definiertes Wiederanlaufverhalten erfordern, sollte die Schutzcharakteristik anhand des modellspezifischen Datenblatts geprüft werden.
