Hersteller von hochdichten Klemmenblöcken: Dreifach-Stapelung und Querverbindungen für SPS-Verteilerkästen

TL;DR – Wichtigste Erkenntnisse:

• Hochdichte Klemmenblöcke ermöglichen 49-90 Stück/Fuß Verdrahtungsdichte für SPS-Verteilerfelder, unerlässlich für beengte Schaltschränke.
• Dreifachstapelung (3 Ebenen pro Einheit) reduziert die Stellfläche der Paneele um bis zu 65 % im Vergleich zu einstufigen Klemmenblöcke in Signalverteilungsanwendungen.
• Der 301-5.0 Leiterplatten-Schraubklemme (5,0 mm Rastermaß, 16 A, 300 V) dient als Referenzstandard für hochdichte Signalverbindungen auf Leiterplattenebene.
• Querverbindungs-Sammelschienen in dreistöckigen Blöcken ermöglichen effiziente SPS-Signalmultiplexing ohne individuelle Draht-Punkt-zu-Punkt-Verbindung.
• IEC 60947-7-4 Regelt die Spezifikationen für Leiterplatten-Klemmenblöcke einschließlich einer Durchschlagsfestigkeit von AC 2000V/min und einem Drahtquerschnittsbereich von 0,34-1,5mm².

Warum hochdichte Klemmenblöcke für moderne SPS-Verteilerkästen unerlässlich sind

Alle SPS-Verteilerkästen, die ich im letzten Jahrzehnt geprüft habe, weisen dasselbe Problem auf: Die Anzahl der Klemmenblöcke steigt ständig, aber das Gehäusevolumen nicht.Im Jahr 2016 benötigte ein Standard-Steuerschrank (400 × 600 × 250 mm) möglicherweise 80 Anschlusspunkte für einen mittelgroßen analogen SPS-E/A-Cluster. Bis 2026 wird derselbe Schrank routinemäßig über 200 Anschlusspunkte benötigen, da SPSen komplexer geworden sind, die Feldbusdiagnose die Anzahl der Signalkanäle vervielfacht hat und Sicherheitsschaltungen zusätzliche Redundanzanforderungen stellen.

Ich habe schon oft erlebt, wie Schaltschrankbauer auf zusätzliche Schränke zurückgriffen, zweite DIN-Schienen übereinander stapelten und Kompromisse beim Biegeradius der Drähte in Kauf nahmen – alles nur, weil die Klemmenblockdichte erst im Nachhinein bedacht wurde. Weil Hochdichte Klemmenblöcke mit dreistöckiger Stapelarchitektur können drei Anschlussebenen auf einer einzigen Einheitsbreite unterbringen und sind somit die effektivste technische Antwort auf diese Platzbeschränkung.

Dieser Artikel erläutert die Mechanismen, die Auswahlkriterien und die Querverbindungstechniken, die einen sauberen SPS-Schaltschrankaufbau von einem Verdrahtungsalbtraum unterscheiden. Wir werden die J-Guang 301-5.0 Leiterplatten-Schraubklemmenblock als Anker der Referenzspezifikation im gesamten System.

Die Platzbeschränkungen in Schaltschränken sind nicht theoretischer Natur – sie stellen einen alltäglichen Kompromiss in der Konstruktion dar. Weil Jeder Draht, der in einen Klemmenblock eingeführt wird, muss einen minimalen Biegeradius von 4× dem Drahtdurchmesser aufweisen (gemäß IEC 60446). Der Platzbedarf des Kabelmanagements begrenzt direkt, wie viele Anschlusspunkte in ein bestimmtes Gehäusevolumen passen.

Pro Rockwell Automations Klemmenblockspezifikationen (1492-TD015)Der Dichtebereich ist bemerkenswert:

• Standard-Eingeschossblöcke (1492-WG10S): 27 Stück/Fuß (90 Stück/Meter) bei 10 mm Breite
• Doppelgeschossige Blöcke (1492-JKD3): 29 Stück/Fuß (98 Stück/m) bei doppelter Anschlussdichte
• Hochdichte WAGO-Dreidecker: Für Signalverteilungsanwendungen sind bis zu 90 Stück/m erreichbar.

Ein Schaltschrankkonstrukteur, der hochdichte dreistöckige Blöcke anstelle von Standard-Einzelstockblöcken spezifiziert, kann den Bedarf an linearen DIN-Schienen bei signalintensiven SPS-Anwendungen um 50-65% reduzieren.

Der überzeugendste Beweis: ein Nachrüstungsprojekt aus dem Jahr 2024, bei dem der SPS-Schaltschrank einer Wasseraufbereitungsanlage von 120 auf 215 Anschlusspunkte erweitert werden musste. Wir schlugen vor, für den analogen Signalbereich von standardmäßigen 10-mm-Einfachverteilern auf Dreifachverteiler umzusteigen, wobei das ursprüngliche Gehäuse mit den Abmessungen 400 × 600 × 250 mm beibehalten wurde. Der Kunde schätzte, dass durch die Lösung rund 3.200 US-Dollar an Kosten für die Modernisierung der Schaltschränke, Montagezubehör und die Neuverkabelung vor Ort eingespart wurden.

Wie die Triple-Deck-Architektur das Platzproblem löst

Die elektrische Mechanik der Dreifachstapelung

Ein dreistöckiger Klemmenblock besteht aus drei unabhängigen elektrischen Anschlussebenen – oben, in der Mitte und unten –, die in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind und auf einer Standard-DIN-Schiene (35 mm EN 60715) montiert werden. Jede Ebene ist elektrisch isoliert, teilt sich aber ein gemeinsames mechanisches Gehäuse.

Weil Jedes Deck fungiert als eigener, unabhängiger Leiteranschlusspunkt. Die dreistöckige Architektur ermöglicht drei unterschiedliche elektrische Funktionen auf der Fläche einer Einheitsbreite:

• Deck 1 (Oben): Feld-I/O-Signaleingang – verbindet die eingehende Sensor- oder Aktorleitung
• Deck 2 (Mitte): Querverbindungsbus – verteilt das Signal auf mehrere Ausgangspfade innerhalb des Blocks
• Deck 3 (unten): SPS-Eingangskanal oder Referenzmasse – wird mit dem Zielkanal verbunden

In einem herkömmlichen Schaltschrank mit einstufigen Blöcken erfordert die Verteilung eines analogen Signals auf drei SPS-Eingangskanäle drei separate Blöcke mit externen Drahtbrücken. Bei einem dreistufigen Block befinden sich alle drei Anschlüsse in derselben physischen Einheit.

Entsprechend Produktdokumentation für dreistöckige Reihenklemmen von WAGODiese interne Stapelarchitektur reduziert die externe Querverdrahtung im Vergleich zu gleichwertigen einstufigen Blockkonfigurationen um bis zu 67 %. Bei einem Panel mit 50 analogen Signalkanälen bedeutet dies mehr als 100 weniger Kabelverbindungen.

Stromverteilung und thermische Reduzierung in gestapelten Konfigurationen

Weil Da drei Anschlusspunkte in einem einzigen Gehäuse konzentriert sind, ist die Wärmeabgabe pro Volumeneinheit höher als bei einstufigen Blöcken. Gemäß IEC 60947-7-1 und den Derating-Kurven des Herstellers:

• Bei Umgebungstemperaturen über 40 °C ist ein Reduzierungsfaktor von 10-15 % anzuwenden.
• Bei DIN-Schienen-Füllgraden über 80 % ist ein zusätzlicher Reduktionsfaktor von 5-10 % anzuwenden.

Für den J-Guang 301-5.0 PCB-Klemmenblock (Nennstrom 16A, Betriebstemperatur -40°C bis +120°C) beträgt der praktische Betriebsstrom in einer dreistöckigen Konfiguration bei 45°C Umgebungstemperatur und 90% Schienenbelegung etwa 11-12A. Dies ist für die meisten SPS-Analogsignalanwendungen immer noch ausreichend. (typischerweise 4-20mA oder 0-10V), aber es bestätigt, dass dreistöckige Blöcke sorgfältig nach dem tatsächlichen Laststrom und nicht nach dem im Katalog angegebenen Strom ausgewählt werden müssen.

Querverbindungstechniken für die SPS-Signalverteilung: Ein technischer Leitfaden

Durch eine Querverbindung werden mehrere Klemmenblockpole elektrisch miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Bus für die Signalverteilung zu schaffen. Weil Es ersetzt mehrere einzelne Drahtstränge durch einen einzigen internen Verbindungspfad; die Querverbindung ist der primäre Mechanismus, durch den hochdichte Klemmenblöcke ihre Platzeffizienz erreichen.

In SPS-Analog-E/A-Systemen treten Querverbindungen am häufigsten in drei Konfigurationen auf:

1. Signalbusarchitektur: Ein einzelner Feldtransmitter-Ausgang ist mit mehreren SPS-Eingangskanälen für redundante oder abstimmende Logik verbunden.
2. Gemeinsame Bodenverteilung: Ein einziger Erdungsanschluss verbindet alle Signalbezugspunkte über einen gemeinsamen internen Bus und eliminiert so ein „Erdungsschleifen-Spaghetti“.
3. Referenzspannungsbus: Bei 0-10V-Signalsystemen wird eine einzelne Referenzspannungsquelle über die mittlere Ebene mit mehreren Eingangskanälen verbunden.

Aus Sicht der Fehlersuche ist die sauberste Querverbindungsarchitektur eine, bei der jeder Verbindungspunkt zugänglich und beschriftet ist. Dreistöckige Blöcke mit interner Querverbindung machen jeden Knotenpunkt auf der Ebene des Anschlussblocks sichtbar – ein erheblicher Vorteil bei der Inbetriebnahme und Wartung.

Ehrlich, Bei der Auslegung der Querverbindungen sehe ich die meisten technischen Entscheidungen, die getroffen werden müssen. Ein häufiger Fehler ist die Übervernetzung – dadurch entstehen Busse, die zwar elektrisch einwandfrei funktionieren, aber für Wartungsarbeiten physisch unzugänglich sind. Meine Faustregel: Wenn man die mittlere Ebene nicht erreichen kann, ohne einen angrenzenden Block zu entfernen, ist die Auslegung der Querverbindungen für den Außendienst zu komplex.

Verständnis der Spezifikationen für Schraubklemmenblöcke gemäß PCB 301-5.0

Der Schraubklemmenblock 301-5.0 für Leiterplatten wird direkt auf der Leiterplatte und nicht auf einer DIN-Schiene montiert und stellt die letzte Verbindungsschnittstelle zwischen Feldverdrahtung und elektronischen Steuerungssystemen dar. Weil Es handelt sich um eine der am weitesten verbreiteten Leiterplatten-Verbindungskomponenten in industriellen Steuerungsanlagen; sie dient uns als Referenzspezifikation für die Entwicklung von hochdichten Klemmenblöcken.

Eine Spezifikation, die besondere Beachtung verdient, ist das Anzugsdrehmoment von 0,4 Nm. Dies ist deutlich niedriger als bei größeren DIN-Schienen-Klemmenblöcken (die typischerweise 0,5-0,8 Nm benötigen), da die Leiterplattenmontage nicht die gleiche mechanische Unterstützung bietet wie die DIN-Schienenmontage. Weil Zu festes Anziehen kann die Leiterbahnen auf der Leiterplatte oder das Gehäuse des Klemmenblocks beschädigen. Ich empfehle daher, beim Anschließen von Drähten in 301-5.0-Klemmenblöcken einen Drehmomentschraubendreher mit einem Drehmoment von 0,4 Nm zu verwenden. In unserer Fertigung verwenden wir standardmäßig Drehmomentwerkzeuge mit einem Drehmoment von 0,4 ± 0,05 Nm für alle Klemmenblockmontagen auf Leiterplatten.

Der 5,0 mm Rastermaß des 301-5.0 definiert auch die Leiterbahndichte auf der Leiterplatte selbst. Für J-Guangs mehrpolige 301-5.0-BaugruppenWir empfehlen, die werkseitig montierte Mehrpolversion zu wählen, anstatt die einzelnen Pole vor Ort zusammenzustecken, um eine gleichbleibende Teilungstoleranz über die gesamte Baugruppe hinweg zu gewährleisten.

Entwurf eines hochdichten SPS-Verteilerkastens: Technische Richtlinien

Ich habe dieses SPS-Schaltschrankdesignprotokoll in über 12 Jahren der Unterstützung von OEM-Kunden, die mittelgroße bis große Schaltschränke bauen, verfeinert. Dies ist keine allgemeine Verdrahtungsanleitung – es handelt sich um den exakten technischen Arbeitsablauf, den wir verwenden, wenn wir Kunden dabei helfen, die Klemmenblockdichte in neuen Schaltschrankkonstruktionen zu optimieren.

Schritt 1: Ermitteln Sie den Gesamtbedarf an Anschlusspunkten, bevor Sie die Blocktypen auswählen.

Die korrekte Reihenfolge ist: Alle Signale auflisten → nach Signaltyp kategorisieren → Mindestanzahl der Anschlüsse pro Kategorie berechnen → dann die Blockdichtestufe auswählen, die zur Gehäusegeometrie passt.

Aufschlüsselung der Anschlussanzahl für jeden SPS-E/A-Kanal:

• Analogeingang (4-20 mA oder 0-10 V): 2 Anschlüsse pro Kanal (Signal + Schirmung Masse)
• Analogausgang: 2 Anschlüsse pro Kanal (Ausgang + Referenz)
• Digitaler Eingang: 1-2 Anschlüsse pro Kanal
• Digitalausgang: 2 Anschlüsse pro Kanal (Last + Masse)
• Kommunikation (Feldbus): 3-4 Terminals pro Port

Schritt 2: Signalarten den entsprechenden Anschlussblockdichtestufen zuordnen

Weil Hochdichte Dreifach-Blockblöcke sind mit einem höheren Kostenaufwand verbunden und erfordern ein sorgfältigeres Wärmemanagement; sie sollten für Signalzonen reserviert werden, in denen tatsächlich Signalmultiplexing stattfindet:

• Dreistöckige Wohnblöcke: Analoge Signalbusse, Schirmungsmasseverteilungen, gemeinsame Referenzspannungsverteilung, redundante Sensoreingangsanschlüsse
• Doppelstockblöcke: Digitale I/O-Gruppen, bei denen der Platz begrenzt ist, aber kein Signalmultiplexing erforderlich ist.
• Einstöckige Wohnblöcke: Stromverteilerklemmen, Feldbusanschlüsse, Sicherheitsschaltungsanschlüsse, alle Verbindungen, die häufige manuelle Eingriffe erfordern

Schritt 3: Überprüfen Sie die thermische Reduzierung bei voller Paneeldichte, bevor Sie die Blockauswahl abschließen.

Der häufigste Konstruktionsfehler besteht darin, Klemmenblöcke mit ihrem vollen Nennstrom aus dem Katalog zu spezifizieren, ohne den thermischen Reduktionsfaktor für die tatsächliche Betriebstemperatur des Panels zu berücksichtigen.

Die Berechnung: Man geht vom Nennstrom aus (z. B. 16 A für 301-5.0), wendet den Reduktionsfaktor für die Umgebungstemperatur an (z. B. -15 % bei 45 °C), wendet den Reduktionsfaktor für die Montagedichte an (z. B. -10 % bei 90 % DIN-Schienenbelegung) und verwendet den resultierenden effektiven Nennstrom als Auslegungsgrenze. Für ein 301-5.0 bei 45 °C in einem dicht belegten Schaltschrank beträgt der effektive Auslegungsstrom ca. 11–12 A – nicht 16 A.

Wenn der Laststrom sich dem reduzierten Grenzwert nähert, besteht die Lösung darin, die Last auf zusätzliche Anschlusspunkte zu verteilen oder eine aktive Kühlung einzuführen.

Die 7 wichtigsten Kriterien für die Auswahl eines OEM-Herstellers für hochdichte Klemmenblöcke

1. IEC 60947-7-4 Zertifikat: Überprüfen Sie die Zertifikatsnummer anhand der IECEE CB Scheme-DatenbankDer Name des Zertifikatsinhabers muss mit dem Namen des Herstellers auf der Handelsrechnung übereinstimmen.
2. UL 60947-7-1 oder ETL-Zertifizierung: Für den Marktzugang in Nordamerika muss der Hersteller über eine UL- oder ETL-Zertifizierung verfügen.
3. Hohe Produktionsdichte: Eigene Produktionslinien für mehrstöckige (doppel- und dreistöckige) Reihenverteiler mit einer Kapazität von über 50.000 Polen pro Monat.
4. Interne dielektrische Prüfung: 100%ige Produktionsprüfung auf Durchschlagsfestigkeit (AC 2000V/min) und Kalibrierung der Federkraft.
5. Zubehör für Querverbindungs-Sammelschienen: Komplettes Sortiment an Querverbindungsschienen, Trennplatten und Beschriftungszubehör für die Klemmenblockserien.
6. PPAP-Dokumentation und Rückverfolgbarkeit: Rückverfolgbarkeit auf Chargenebene vom Rohmaterial bis zum Fertigprodukt, einschließlich PFMEA, Kontrollplan und Prozessablaufdiagrammen.
7. Kundenspezifische Konfiguration für OEM-Programme: Technische Kompetenz für kundenspezifische Farben, Markierungen, Polzahlen und Querverbindungskonfigurationen.

Fazit: Wie man das Dichteproblem durch technische Lösungen löst

Die Herausforderung der Klemmenblockdichte in SPS-Verteilerkästen ist im Grunde ein Konstruktionsproblem und kein Problem der Verfügbarkeit von Klemmenblöcken. Weil Durch die dreistöckige Stapelarchitektur kann die Länge der DIN-Schienen bei signalintensiven Anwendungen um 50-65 % reduziert werden. Die Wirtschaftlichkeit der Spezifizierung von hochdichten, mehrstufigen Blöcken ist fast immer günstig, wenn man sie mit den Gesamtkosten für die Schrankerweiterung, zusätzliche Montagehardware und die Neuverdrahtung vor Ort vergleicht.

Meine Empfehlung für OEM-Schaltschrankbauer und Systemintegratoren: Nehmen Sie die Optimierung der Klemmenblockdichte in Ihre Standard-Designprüfungs-Checkliste auf. Führen Sie die Analyse der Klemmenanzahl frühzeitig in der Designphase durch, ordnen Sie die Signalarten den Dichtestufen zu und überprüfen Sie die thermische Reduzierung bei der vorgesehenen Umgebungstemperatur, bevor Sie die Blockspezifikationen endgültig festlegen. Dadurch wird im Vorfeld eine Stunde Ingenieurzeit eingespart und die Kosten von 3.000 bis 5.000 US-Dollar für eine spätere Aufrüstung oder Nachrüstung der Schränke werden vermieden.

Für technische Spezifikationen zum 301-5.0 Leiterplatten-Schraubklemmenblock oder die komplettes Sortiment an Klemmenblöcken von J-Guang Electronics, Kontaktieren Sie unser internationales Vertriebsteam. für ein Lieferantenqualifizierungspaket.

Über den Autor

Alex Wang ist der internationale Geschäftsdirektor bei NINGBO J-GUANG ELECTRONICS CO., LTDAlex ist ein 2010 in Cixi, Ningbo, China, gegründeter Hersteller von Klemmenblöcken und Steckverbindern. Mit 12 Jahren Erfahrung in der weltweiten Belieferung von Schaltschrankherstellern und Unternehmen der Industrieautomation konzentriert sich Alex darauf, technische Anforderungen mit skalierbaren Fertigungslösungen zu verbinden. Kontaktieren Sie uns auf LinkedInDie

Zitierte Referenzen und Normen

• EN IEC 60947-7-4:2019 — Leiterplatten-Klemmenblöcke für Kupferleiter
• IECEE CB-Schema – Offizielle IEC-Zertifizierungsdatenbank
• Rockwell Automation Klemmenblock-Spezifikationen (1492-TD015)
• WAGO Dreifach-Anschlussblock – Produktdokumentation

Letzte Überprüfung: 29.05.2026 | Basierend auf den Google Core Update-Mustern (Stand: 1. Quartal 2026)