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Lexikon Verpolungsschutz

Was ist ein Verpolungsschutz?

Wird eine Schaltung mit Gleichspannung betrieben, ist durch konstruktive Maßnahmen für den Verpolungsschutz sicherzustellen, dass das Vertauschen von Minus- und Pluspol ausgeschlossen ist, um Schäden zu verhindern. Bei der Versorgung mit Wechselspannung sind Außen- und Neutralleiter richtig anzuschließen. Der Verpolschutz kann durch elektrische und mechanische Maßnahmen oder Kombinationen davon erreicht werden.

Mechanischer Verpolungsschutz

Der mechanische Verpolschutz kann mit standardisierten Steckverbindungen verwirklicht werden. Die Form des Steckergehäuses, die Codierung der Pins und die geometrische Ausführung der Pins bieten eine Vielfalt an Möglichkeiten, um den Verpolschutz von Strom- und Signal-führenden Leitungen sicherzustellen und daraus folgende Schäden auszuschließen. Ein Beispiel ist der RJ45-Stecker, der nur in einer Position in die Buchse passt und den Verpolschutz durch die Gehäusegeometrie erbringt. M12-Rundsteckverbinder sind in verschiedenen Normen standardisiert und codiert. Die Codierung ist typischerweise so ausgelegt, dass nur jeweils eine Steckposition möglich ist und dass Stecker und Buchsen mit unterschiedlichen Codierungen nicht zusammengefügt werden können.

Verpolungsschutz mit elektronischer Schaltung

Viele Komponenten der Automatisierungstechnik, wie Schaltnetzteile, Relais und Motorentstörmodule sind für den Anschluss freier Kabelenden vorgesehen. Beispiele sind der Anschluss mit Federkraftklemmen, Schneidklemmen und Schraubklemmen. Ein eingebauter Verpolschutz kann bei diesen Komponenten nicht immer vorausgesetzt werden. Die Anschlusstechniken erfordern deshalb Sorgfalt und Konzentration bei der Montage. Störungen des Arbeitsablaufes können zu Fehlern beim Anschluss und Schäden oder Fehlfunktionen an Maschinen und Anlagen führen. Der Verpolschutz kann mit elektronischen Maßnahmen erzeugt werden.

Für den Verpolungsschutz sind einige elektronische Bauteile verfügbar, mit denen schützende Schaltungen aufgebaut werden können. Dazu gehören die Diode, der MOSFET und der Brückengleichrichter.

Reihenschaltung einer Diode für Verpolungsschutz

Eine einfache Schaltungsvariante für den Verpolungsschutz ergibt sich mit einer Reihenschaltung einer Diode mit der Spannungsversorgung. Ist die Polung korrekt, fließt der Strom. Liegt eine Verpolung vor, sperrt die Diode. Nachteilig ist bei dieser Schaltung der Spannungsabfall an der Diode, der die Betriebsspannung an den weiteren, in Reihe geschalteten Schaltungsteilen vermindert. Zu berücksichtigen ist, dass die Diode eine maximale Sperrspannung hat, ab der sie in beide Richtungen leitet (Durchbruch) und der Verpolschutz entfällt.

Diode parallel geschaltet für Verpolschutz

Mit einer Parallelschaltung einer Diode zur Spannungsquelle lässt sich eine weitere Schaltung zum Verpolschutz aufbauen. Liegt die Versorgungsspannung richtig gepolt an, sperrt die Diode und lässt keinen Strom durch. Ist die Polung falsch, leitet die Diode und stellt den Verpolschutz sicher. Der über die Diode entstehende Kurzschluss der Spannungsversorgung muss über eine Sicherung abgefangen werden. Eine konventionelle Sicherung muss nach einer Verpolung ersetzt werden, um die Betriebsfähigkeit der Schaltung wiederherzustellen. Der Vorteil dieser Schaltungsvariante für den Verpolungsschutz liegt neben dem einfachen Aufbau im Wegfall der Verlustleistung an der Diode.

Verpolungsschutz mit Feldeffekttransistor

Um die Nachteile einer Diodenschaltung zu vermeiden, kann die Schaltung zum Verpolungsschutz mit einer Variante des Feldeffekttransistors, einem MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), aufgebaut werden. Es gibt p-Typ (p-Kanal) und n-Typ (n-Kanal) MOSFETs. Vorteil dieser Lösung für den Verpolungsschutz ist der geringe Spannungsabfall. Nachteilig sind der höhere Preis und die Verwendung mehrerer elektronischer Bauelemente für den Verpolschutz in der Schaltung.

Weitere Schaltungsvarianten für den Verpolungsschutz

Mit einem Brückengleichrichter in der Zuleitung lässt sich eine Variante für den Verpolungsschutz herstellen. Eine Kombination aus einem Relais und einer Diode kann ebenfalls für den Verpolschutz eingesetzt werden. Die Trägheit des Relais kann bei einer Verpolung zu Pulsen in der Schaltung führen. Es sind gegebenenfalls weitere Maßnahmen für den Verpolschutz durchzuführen.

Verpolungsschutz für Schaltung 230V

Als mechanische Maßnahme für den Verpolungsschutz von 230V kann ein CEE-Stecker eingesetzt werden, wenn die räumlichen Verhältnisse dies zulassen. CEE-Stecker sind nach IEC 60309 genormt und je nach Spannungsebene in standardisierten Farben erhältlich. Lage und Durchmesser des Schutzleiterkontaktes im Stecker stellen den mechanischen Verpolungsschutz 230V her.

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