Was ist ein TPS 12 V DIN-Schienen-Netzteil für Schaltschränke in der Industrieautomation?

Warum eine separate 12 V Versorgung im Schaltschrank einsetzen?

Obwohl sich 24 V DC als Versorgungsspannung für SPS, I/O-Module, Relais und zahlreiche weitere Komponenten der industriellen Steuerungstechnik etabliert hat, benötigen viele Geräte weiterhin 12 V DC. Dazu zählen unter anderem bestimmte industrielle Touchpanels, Embedded-PCs, Kommunikations-Gateways, Router, Bildverarbeitungskameras, Sensoren und ältere Steuerungskomponenten.

Ein separates 12 V DIN-Schienen-Netzteil stellt die erforderliche Spannung direkt aus der AC-Versorgung bereit, anstatt die 12 V über eine zusätzliche DC-DC-Wandlerstufe aus einer vorhandenen 24 V Versorgung abzuleiten. Abhängig von der Systemarchitektur kann dies die Stromverteilung vereinfachen und eine elektrische Trennung zwischen den 12 V Verbrauchern und anderen DC-Stromkreisen ermöglichen.

Auch die galvanische Trennung zwischen AC-Eingang und SELV-DC-Ausgang ist bei der Schaltschrankauslegung relevant. Eine geeignete Isolations- und Erdungskonzeption kann dazu beitragen, unerwünschte Strompfade zu begrenzen und das Risiko erdungsbedingter Störeinflüsse auf empfindliche elektronische Systeme zu reduzieren.

Durch die kompakte Bauform lässt sich das Netzteil zudem neben SPS, Relais, Schutzkomponenten, Reihenklemmen und weiteren Geräten auf der DIN-Schiene integrieren.

Weitere Hinweise zur fachgerechten Integration enthält der TPS-Leitfaden zur Installation und Verdrahtung von DIN-Schienen-Netzteilen.

TPS 12 V DIN-Schienen-Netzteile im Überblick

Das TPS Portfolio an 12 V DIN-Schienen-Netzteilen deckt einen Leistungsbereich von 10 W bis 100 W ab. Dadurch kann das Netzteil entsprechend dem Strombedarf der angeschlossenen Verbraucher ausgewählt werden.

Zu den wichtigsten Modellen der GP-Serie gehören:

• TPS010-GP12V: 12 V / 0,83 A
• TPS030-GP12V: 12 V / 2,5 A
• TPS060-GP12V: 12 V / 5 A
• TPS100-GP12V: 12 V / 8,3 A

Für Anwendungen mit kurzzeitig erhöhtem Leistungsbedarf umfasst das DR Plus Portfolio unter anderem das TPS100-DR1S12A. Das 100 W Modell bietet eine Spitzenleistungsfähigkeit von bis zu 170 %. Dies kann bei Verbrauchern relevant sein, die während des Anlaufs oder in anderen transienten Betriebszuständen kurzzeitig einen deutlich höheren Strom benötigen.

Weitere Informationen zu dieser Funktion enthält der Artikel zum TPS100 DR Plus mit bis zu 170 % Power Boost.

Die Modelle der GP-Serie kombinieren einen universellen Eingangsspannungsbereich von 85–264 V AC mit einem geregelten 12 V DC Ausgang und einem kompakten Metallgehäuse. Die Kühlung erfolgt durch natürliche Konvektion, sodass kein interner Lüfter erforderlich ist. Dies vereinfacht den mechanischen Aufbau und vermeidet ein bewegliches Bauteil innerhalb des Netzteils.

Das vollständige Portfolio finden Sie in der Kategorie TPS DIN-Schienen-Netzteile.

Elektrische Eigenschaften: Eingangsspannungsbereich, Wirkungsgrad und Regelgenauigkeit

Universeller AC-Eingang

Der Eingangsspannungsbereich von 85–264 V AC ermöglicht den Einsatz der TPS 12 V Serie an gängigen Netzspannungen verschiedener Regionen. Für OEMs, die Maschinen für internationale Märkte entwickeln, kann ein weiter Eingangsspannungsbereich außerdem die Standardisierung der Komponenten vereinfachen, da weniger regionalspezifische Netzteilvarianten erforderlich sind.

Bei Auswahl und Installation des Netzteils müssen dennoch die für das Gesamtsystem geltenden Anforderungen an Eingangsspannung, Frequenz, Schutzkonzept und Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.

Wirkungsgrad und Wärmemanagement

Der Wirkungsgrad eines Netzteils wirkt sich unmittelbar auf das Wärmemanagement im Schaltschrank aus. Energie, die nicht an die Last abgegeben wird, wird größtenteils als Verlustwärme umgesetzt und trägt damit zur Erwärmung des Schaltschrankinneren bei.

Ein höherer Wirkungsgrad kann daher die thermischen Verluste reduzieren und insbesondere in dicht bestückten Schaltschränken oder bei kontinuierlich betriebenen Anlagen die thermische Auslegung erleichtern.

Ausgangsregelung

Eine stabile Ausgangsspannung ist insbesondere für elektronische Verbraucher relevant, die empfindlich auf Versorgungsschwankungen reagieren. Die TPS 12 V DIN-Schienen-Netzteile stellen eine geregelte DC-Ausgangsspannung bereit; Netz- und Lastregelung sind typischerweise mit ±1 % spezifiziert.

Über ein integriertes Einstellpotentiometer lässt sich die Ausgangsspannung bei Bedarf feinjustieren. Dies kann beispielsweise zur Kompensation von Spannungsabfällen bei längeren Leitungswegen eingesetzt werden. Dabei muss die am Verbraucher anliegende Spannung innerhalb des zulässigen Eingangsspannungsbereichs des angeschlossenen Geräts bleiben.

Schutzfunktionen: Überlast, Kurzschluss, Überspannung und Übertemperatur

Industrielle Netzteile müssen auch bei anormalen Betriebszuständen ein definiertes Verhalten zeigen. Mögliche Ursachen sind beispielsweise Kurzschlüsse in der Feldverdrahtung, zu hohe Lastströme, erhöhte Einschaltströme, eingeschränkte Belüftung oder hohe Temperaturen im Schaltschrank.

Die TPS 12 V Serie verfügt über Schutzfunktionen, die das Netzteil schützen und ein kontrolliertes Verhalten unter Fehlerbedingungen unterstützen sollen.

Überlastschutz

Der Überlastschutz begrenzt die Belastung des Netzteils, wenn die angeschlossene Last die Nennleistung beziehungsweise den zulässigen Ausgangsstrom überschreitet. Dadurch kann eine übermäßige elektrische und thermische Beanspruchung interner Komponenten begrenzt werden.

Kurzschlussschutz

Der Kurzschlussschutz arbeitet typischerweise im Hiccup-Modus. Bei einem Kurzschluss wird der Ausgang unterbrochen und das Netzteil versucht in regelmäßigen Abständen, den Betrieb wieder aufzunehmen. Nach Beseitigung des Fehlers kann der normale Betrieb automatisch fortgesetzt werden.

Überspannungsschutz

Der Überspannungsschutz bietet eine zusätzliche Schutzebene gegen eine unzulässig hohe Ausgangsspannung, beispielsweise infolge eines anormalen Zustands innerhalb der Regelung. Dies ist insbesondere bei empfindlichen elektronischen Verbrauchern mit begrenzter Eingangsspannungstoleranz relevant.

Übertemperaturschutz

Der Übertemperaturschutz reagiert, wenn die interne Temperatur den zulässigen Betriebsbereich überschreitet. Ursachen können unter anderem eine zu hohe Umgebungstemperatur, unzureichende Einbauabstände, eingeschränkte Luftzirkulation oder eine anhaltende Überlast sein.

Diese Schutzfunktionen sollten stets im Zusammenhang mit der vorgeschalteten Absicherung, der Leiterdimensionierung, der Schaltschrankbelüftung und den Schutzanforderungen der angeschlossenen Verbraucher betrachtet werden.

Mechanische Integration: DIN-Schienen-Montage und Verdrahtung

Die Montage auf einer DIN-Schiene nach EN 60715 ist im industriellen Schaltschrankbau weit verbreitet und ermöglicht die Integration unterschiedlicher Komponenten in ein standardisiertes mechanisches System. Die TPS 12 V Netzteile verfügen über eine integrierte DIN-Schienen-Befestigung und können neben weiteren Steuerungs- und Stromverteilungskomponenten installiert werden.

Die kompakte Bauform begrenzt den benötigten Platz auf der DIN-Schiene. Dies ist insbesondere bei dicht bestückten Schaltschränken relevant.

Auch die Verdrahtung spielt bei Installation und Wartung eine wichtige Rolle. Eindeutig gekennzeichnete Ein- und Ausgangsklemmen unterstützen eine übersichtliche Installation. Die räumliche Trennung von AC-Eingang und DC-Ausgang kann zudem dazu beitragen, Verdrahtungsfehler zu vermeiden.

Wenn ein Modell über mehrere DC-Ausgangsklemmen verfügt, können mehrere Leiter angeschlossen werden, ohne dass unmittelbar neben dem Netzteil zwingend eine zusätzliche Verteilerklemme erforderlich ist. Ob eine solche Verdrahtung für die jeweilige Anwendung geeignet ist, hängt unter anderem von der Anzahl der Verbraucher, den Leiterquerschnitten, der Stromverteilung, dem Schutzkonzept und den anzuwendenden Verdrahtungsanforderungen ab.

Weitere Empfehlungen enthält der Leitfaden zur Installation und Verdrahtung von DIN-Schienen-Netzteilen.

Sicherheits- und EMV-Aspekte

Elektrische Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit sind wesentliche Kriterien bei der Integration eines Netzteils in industrielle Geräte und Anlagen.

Der Ausgang des TPS 12 V DIN-Schienen-Netzteils ist gemäß IEC 61140 als Safety Extra-Low Voltage (SELV) klassifiziert. SELV dient der elektrischen Trennung von gefährlichen Spannungen und wird häufig für Niederspannungs-Steuerstromkreise und elektronische Schaltungen eingesetzt.

TPS Netzteile werden gemäß IEC 62368-1 entwickelt und geprüft. Die EMV-Eigenschaften werden hinsichtlich leitungsgebundener und abgestrahlter Störaussendungen unter Bezug auf EN 55032 Klasse B / CISPR 32 sowie hinsichtlich der Störfestigkeit anhand relevanter Prüfungen nach IEC 61000-4-x spezifiziert.

Für Geräte, Maschinen oder Systeme, die auf dem europäischen Markt bereitgestellt werden, müssen die jeweils anwendbaren EU-Anforderungen erfüllt werden. Dazu gehören, soweit für das betreffende Produkt anwendbar, die relevanten Anforderungen der Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU und der EMV-Richtlinie 2014/30/EU.

Konformitätsunterlagen auf Komponentenebene können den Systemintegrator bei der technischen Dokumentation und Konformitätsbewertung unterstützen. Der Einsatz eines konformen Netzteils allein belegt jedoch nicht die Konformität der vollständigen Maschine oder des gesamten Schaltschranks.

Anwendungshinweise: Embedded-Systeme, HMIs, Kameras und Sensoren

Ein separates 12 V DIN-Schienen-Netzteil kann für unterschiedliche Verbraucher in industriellen Automatisierungssystemen eingesetzt werden:

• Embedded-Controller und Gateways: Industrie-PCs, Protokollkonverter, Kommunikationsmodule und IoT-Gateways können eine geregelte 12 V DC Versorgung benötigen. Ein separates Netzteil kann hierfür eine isolierte Stromversorgung bereitstellen, die von anderen Steuerspannungsschienen getrennt ist.
• Human Machine Interfaces (HMIs): Für HMIs und Bedienterminals mit 12 V DC Versorgung muss die Eingangsspannung sowohl im stationären Betrieb als auch bei transienten Lastzuständen innerhalb des spezifizierten Bereichs bleiben.
• Vision-Sensoren und Industriekameras: Komponenten der industriellen Bildverarbeitung können erhöhte Anforderungen an die Qualität der Stromversorgung stellen. Bei der Auswahl des Netzteils und der Auslegung der Versorgungsleitungen sollten daher unter anderem Spannungsstabilität, verfügbarer Ausgangsstrom, Spannungsabfall, Restwelligkeit und Rauschen sowie das Verhalten bei transienten Lasten berücksichtigt werden.
• Sensoren und Kommunikationsgeräte: Bestimmte Sensornetzwerke, Router, Modems und andere Kommunikationsgeräte arbeiten mit 12 V DC und können über ein zentrales DIN-Schienen-Netzteil versorgt werden, sofern Lastprofil und Verdrahtungsarchitektur dafür geeignet sind.
• Bestands- und Altanlagen: Bestehende Maschinen können SPS, I/O-Module, Industrie-PCs oder andere Komponenten enthalten, die für eine 12 V Versorgung ausgelegt sind. Ein DIN-Schienen-Netzteil kann hier als Ersatzlösung geeignet sein, sofern seine elektrischen, mechanischen, umgebungsbezogenen und sicherheitstechnischen Eigenschaften den Anforderungen des vorhandenen Systems entsprechen.

RFQ-Checkliste für 12 V DIN-Schienen-Netzteile

Bei einer Angebotsanfrage oder der technischen Spezifikation eines 12 V DIN-Schienen-Netzteils sollten – soweit für die Anwendung relevant – folgende Angaben berücksichtigt werden:

• Leistungsbedarf: Gesamter kontinuierlicher DC-Laststrom beziehungsweise Leistungsbedarf einschließlich einer angemessenen Auslegungsreserve und erwarteter zukünftiger Verbraucher.
• Spitzenlast: Höhe und Dauer von Anlauf-, Einschalt- oder transienten Stromanforderungen.
• Bevorzugte Baureihe: GP-Serie oder DR Plus Serie, wenn eine kurzzeitige Spitzenleistungsfähigkeit erforderlich ist.
• Eingangsversorgung: AC-Nennspannung, Frequenz und erwarteter Eingangsspannungsbereich.
• Umgebungsbedingungen: Umgebungstemperatur, Schaltschranktemperatur, Belüftung, Luftfeuchtigkeit, Vibrationen und weitere relevante Betriebsbedingungen.
• Mechanische Randbedingungen: Verfügbarer Platz auf der DIN-Schiene und vorgesehene Verdrahtung.
• Konformitätsanforderungen: Anwendbare Sicherheits-, EMV-, Marktzugangs- oder kundenspezifische Anforderungen.
• Menge und Terminplanung: Stückzahlen für Prototypen, Pilotserien und Serienproduktion sowie gewünschte Liefertermine.
• Dokumentation: Erforderliche Datenblätter, Erklärungen, Prüfunterlagen oder weitere technische Dokumente.

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Häufig gestellte Fragen

Kann ein TPS 12 V DIN-Schienen-Netzteil in einem System eingesetzt werden, das zusätzlich über eine 24 V Versorgung verfügt?
Ja. Industrielle Schaltschränke können getrennte 24 V und 12 V Versorgungsschienen enthalten. Die 24 V Versorgung kann beispielsweise SPS, I/O-Module und andere Steuerungskomponenten versorgen, während die 12 V Versorgung für Geräte vorgesehen ist, die ausdrücklich 12 V DC benötigen. Welche Architektur geeignet ist, hängt unter anderem vom Lastprofil, Erdungskonzept, den Anforderungen an die galvanische Trennung, dem verfügbaren Schaltschrankplatz und dem Gesamtsystem ab.

Welche Vorteile bietet ein Metallgehäuse?
Ein Metallgehäuse kann die Wärmeableitung, EMV-Schirmung und den mechanischen Schutz unterstützen. Ob es für eine bestimmte industrielle Umgebung geeignet ist, sollte jedoch zusammen mit dem spezifizierten Temperaturbereich, den Einbaubedingungen, der Schutzart des umgebenden Schaltschranks und weiteren Umgebungsanforderungen bewertet werden.

Ist die Ausgangsspannung einstellbar?
Ja. TPS 12 V Modelle mit integriertem Einstellpotentiometer ermöglichen eine Feinjustierung der Ausgangsspannung innerhalb des spezifizierten Einstellbereichs. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um Spannungsabfälle in der Versorgungsverdrahtung auszugleichen. Die am Verbraucher gemessene Spannung muss dabei innerhalb dessen zulässigen Eingangsspannungsbereichs bleiben.

Unterstützt das TPS100-DR1S12A eine kurzzeitige Spitzenleistung?
Ja. Die DR Plus Serie bietet für kurzzeitige Lastanforderungen eine Spitzenleistungsfähigkeit von bis zu 170 %. Dies kann bei Verbrauchern mit erhöhtem Anlauf- oder Einschaltstrom relevant sein. Die zulässige Spitzenleistung und deren Dauer sollten anhand des jeweiligen Produktdatenblatts und des konkreten Lastprofils geprüft werden.

Wo finde ich die vollständigen technischen Daten?
Produktspezifische Angaben zu elektrischen, mechanischen, umgebungsbezogenen und konformitätsrelevanten Eigenschaften finden Sie im Bereich TPS DIN-Schienen-Netzteile. Für die Auswahl eines Netzteils für eine konkrete Anwendung sollte das jeweilige Produktdatenblatt herangezogen werden.