Gut gerüstet für Industrie 4.0

Der weiter steigende Automatisierungsgrad, die Digitalisierung einschließlich des Industrial Iot (IIoT) und hohe Energieeffizienz bestimmen die Industrie 4.0. TDK präsentiert dafür ein breites Spektrum innovativer EPCOS und TDK Schlüsselbauelemente.

TDK bietet ein einzigartig breites Portfolio an Keramik-, Folien- und Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren, das auch Leistungskondensatoren zur Blindstromkompensation umfasst. Klassiker für Industrie-Stromversorgungen, Frequenzumrichter oder Solarwechselrichter sind Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren für die Zwischenkreise. Neue Typen mit Schraubanschluss bieten eine um bis zu 40 Prozent höhere Wechselstrombelastbarkeit als ihre Vorgänger und sind für Nennspannung von 350 V DC bis 450 V DC mit Kapazitätswerten von 1500 µF bis 18.000 µF verfügbar. Bei der maximal zulässigen Betriebstemperatur von 105 °C wird eine Brauchbarkeitsdauer von 6000 Stunden erreicht.

In Zwischenkreisen werden auch verstärkt Folien-Kondensatoren eingesetzt. Eine sehr kompakte Lösung ist ein neuer EPCOS Typ mit Abmessungen von nur 40 mm x 58 mm (D x H). Er bietet eine Nennspannung von 350 V DC und eine Kapazität von 65 µF. Seine sehr hohe Kapazitätsdichte von 0,9 µF/cm³ ermöglicht bis zu 50 Prozent mehr Kapazität pro Volumen als vergleichbare Kondensatoren.

Abbildung 1:

Zwischenkreiskondensator mit geringem ESR von nur 10 mΩ.

Abbildung 2:

 CeraLink™ in Flex-Assembly-Technologie ermöglicht auf wenig Raum Kapazitätswerte von bis zu 10 µF.

Innovative Zwischenkreislösungen mit Keramik-Kondensatoren

Mit den MEGACAP Type MLCCs der CA-Serie bietet TDK eine Lösung, die durch vertikal gestapelte Kondensatoren hohe Kapazitäts- und geringe ESR-Werte erreicht. Ausgelegt für Spannungen von 25 V bis 1000 V, decken die neuen Typen ein Kapazitätsspektrum von 20 nF bis 150 µF ab. Verfügbar sind die MLCCs mit den Temperatur-Charakteristiken C0G, X7T, X7S, und X7R.

CeraLink™ Kondensatoren sind eine innovative Basis von Zwischenkreis- und Snubberlösungen. Die Kondensatoren sind in modularer Flex-Assembly-Technologie verfügbar. Bei diesem platzsparenden Aufbau werden zur Erhöhung der Kapazität zwei, drei oder zehn identische Kondensatoren über gemeinsame Anschlüsse parallelgeschaltet. Verfügbar sind die neuen CeraLink FA-Typen für Nennspannungen von 500 V DC, 700 V DC und 900 V DC für eine hohe zulässige Betriebstemperatur von 150 °C. In Abhängigkeit von Spannung und Anzahl der Kondensatoren ergeben sich dabei nominale Kapazitätswerte von 0,5 µF bis 10 µF.

Deutliche Effizienzsteigerung durch neue Ferrite

Speziell für schnell schaltende Leistungshalbleiter auf GaN-Basis ist das Ferrit-Material PC200 auf MnZn-Basis konzipiert. Dank neuer Kerndesigns ist nun eine Reduzierung der Kupfer-Zusatzverluste um bis zu 70 Prozent möglich. Grundlage dafür ist die spezielle Kernfertigungstechnik mit verteilten Luftspalten, die höhere Betriebsfrequenzen und kleinere induktive Bauelemente in der Stromversorgungstechnik zulässt. Aufgrund eines verringerten magnetischen Streufelds werden die Kupfer-Zusatzverluste auch bei hohen Frequenzen deutlich verringert.

Sicherer Schutz vor Überspannung

Zum sicheren Überspannungsschutz wurden EPCOS ThermoFuse™ Varistoren um die kompakten Serien NT14 und NT20 erweitert. Die Serie NT14 mit einem Scheibendurchmesser von 14 mm wurde für eine maximale Stoßstrombelastbarkeit von 6 kA bei einem Impuls von 8/20 μs sowie für Nennspannungen von 130 V_RMS bis 680 V_RMS entwickelt. Die Serie NT20 hat einen Scheibendurchmesser von 20 mm, ihre Stoßstrombelastbarkeit liegt bei einem Impuls von 8/20 μs bei 10 kA und der Nennspannungsbereich reicht von 130 V_RMS bis 750 V_RMS.

Abbildung 3:

 Eigensichere Varistoren des Typs ThermoFuse NT für eine maximale Stoßstrombelastbarkeit von 6 kA

Abbildung 4:

CeraCharge ™, der weltweit erste Festkörper-Akku in SMD-Ausführung, bewältigt bis zu 1000 Lade-/Entladezyklen.

Gut gerüstet für die industrielle Vernetzung

Basis für Industrie 4.0 ist die Vernetzung via LAN und WLAN. Über LAN-Leitungen lassen sich nicht nur Daten, sondern auch Energie übertragen – Power over Ethernet (PoE). Speziell für PoE++ bietet TDK eine neue Serie von EPCOS Übertragern mit einer Leistung von bis zu 60 W bei geringen Gleichstromwiderständen, die – abhängig vom Typ – einen Minimalwert von 3,5 mΩ aufweisen. Auch die TDK ALT4532 Serie an Puls-Übertragern wurde um Typen für Gigabit-Ethernet und PoE-Applikationen (PoE) erweitert. Der neue Übertrager ALT4532P eignet sich für verbreitete 2.5GBASE-T (2,5 Gbit/s) und 5GBASE-T (5 Gbit/s) LAN-Anwendungen sowie für 1000BASE-T (1 Gbit/s) mit 600 mA PoE-Anwendungen. Der Typ 4532H ist kompatibel mit dem 10GBASET-Standard (10 Gbit/s).

CeraCharge™, der weltweit erste Festkörper-Akkumulator in SMD-Ausführung, eignet sich speziell für IIoT-Applikationen und ist in der Baugröße EIA 1812 verfügbar. Mit einer Kapazität von 100 µAh bei einer Nennspannung von 1,4 V und einem Innenwiderstand von 200 Ω können kurzfristig etwa bei einem gepulsten Betrieb – zum Beispiel zur Versorgung eines Bluetooth-Moduls beim Senden – auch Ströme in einer Größe von etwa 2 mA entnommen werden.

Sensoren – Basis für die industrielle Automatisierung

Abbildung 5:

 PowerHap™ 15G für haptisches Feedback mit Kräften von bis zu 20 N und Auslenkungen von bis zu 200 µm.

Im Trend liegen ultraschallbasierte Sensor-Lösungen wie eine neue Serie keramikbasierter EPCOS Sensorscheiben, die abhängig von den Geometrien Frequenzen von 200 kHz bis 400 kHz oder 500 kHz bis 4000 kHz ermöglichen. Im Bereich der Industrie-Elektronik eignen sich die Sensorscheiben etwa für den Einsatz in der Durchflussmessung von Flüssigkeiten oder Gasen sowie für die Füllstandsmessung von Flüssigkeiten oder Schüttgut.

In der Industrie-Elektronik gewinnt haptisches Feedback etwa bei HMI-Anwendungen an Bedeutung. So gibt es bei den PowerHap™ Piezo-Aktuatoren mit haptischem Feedback auch den miniaturisierten Typ 2.5G, der Abmessungen von nur noch 9 x 9 x 1,25 mm³ hat. Bei der maximalen Betriebsspannung von 60 V kann der neue Aktuator eine Masse von 100 Gramm mit 2,5 g beschleunigen. Dabei kann eine maximale Auslenkung von 35 µm oder eine große Kraft von 4 N erreicht werden. Der neue Typ ergänzt die bestehende PowerHap Serie, welche die größeren Typen 7G und 15G umfasst.