Auswahlhilfe für industrielle Steckverbinder: IP-Schutzarten, Verriegelungsmechanismen und Chemikalienbeständigkeit

Bei der Auswahl von Industriesteckverbindern müssen Entwickler von Stromverteilungssystemen grundlegende Spezifikationen wie Spannung, Strom, Betriebstemperatur und Anforderungen an die grundlegende Schock- und Vibrationsfestigkeit berücksichtigen. Sie müssen auch Faktoren wie IP-Schutzarten (Ingress Protection), Verriegelungsmechanismen, Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit sowie Heißsteckbarkeit berücksichtigen.

Die IP-Schutzarten von Industriesteckverbindern sind so konzipiert, dass sie einen zuverlässigen Betrieb unter bestimmten Umgebungsbedingungen gewährleisten. Sie bestehen aus zwei Ziffern. Die erste Ziffer gibt die Schutzstufe gegen das Eindringen von festen Gegenständen und Staub in den Stecker an, und die zweite Ziffer gibt den Schutzgrad gegen das Eindringen von Flüssigkeiten in den Innenraum an. Eine „0" in einer der Positionen bedeutet, dass kein Schutz vorhanden ist.

Die höchste Bewertung unter den Standard-IP-Schutzarten ist IP69. Geräte mit Schutzart IP69 sind staubdicht und halten der Hochdruckreinigung mit Flüssigkeiten und Dampf stand. Die nächste Stufe ist IP68, die für staubdichte Geräte geeignet ist und es aushält, bis zu 30 Minuten lang in bis zu 1,5 Meter tiefes Wasser getaucht zu werden.

Zu den Steckverbindern mit Schutzart IP68 gehören beispielsweise die versiegelten und wasserdichten Steckverbinder ACR-16 und SBSX-75A von Anderson Power Products von Samtec. Der ACR-16 ist ein 10-poliger Stecker mit einem Nennstrom von 11,6 A, und der SBSX-75A hat zwei Stromanschlüsse mit einem Nennstrom von bis zu 135 A und bis zu vier Signalstiften. Beide Steckverbinder verfügen auch über Verriegelungsmechanismen, obwohl die Art der Verriegelungsmechanismen unterschiedlich ist (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die Steckverbinder ACR-16 (links) und SBSX-75A (rechts) sind gemäß IP68 zertifiziert und verfügen über Verriegelungsmechanismen (nicht maßstabsgetreu). (Bild: Sager)

Verriegelungsmechanismen

Verriegelte oder verriegelbare Stecker verhindern ein versehentliches Trennen und sorgen für eine sichere und zuverlässige Verbindung. Sie werden häufig in den Bereichen Automobilindustrie, Energiespeicherung, Industrie, Medizin und anderen Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel:

Bei der Serie ACR-16 handelt es sich um Bajonettanschlüsse, die verriegeln, wenn sie gesteckt und verdreht werden. Sie können mit einer Umdrehung von 1/3 ein- und ausgesteckt werden.

Die Serie SBSX-75A verwendet Riegel mit Federverschlüssen aus Edelstahl an den Seiten, die fest einrasten.

Eine Vielzahl anderer Verriegelungs-/Verriegelungsmechanismen ist verfügbar, darunter:

Die Hebelverriegelung ist ein bei Industriesteckverbindern weit verbreiteter Mechanismus. Dies kann verhindern, dass sich der Stecker öffnet, und die Dichtheit der Verbindung erhöhen. Die Hirose-Push-Pull-Verriegelung verwendet interne Riegel im Stecker. Wenn die beiden Hälften zusammengedrückt werden, ziehen sich diese Riegel zurück und stecken in die passenden Rillen in der Buchse. Zum Trennen muss das Steckverbindergehäuse zusammengedrückt und gleichzeitig die beiden Hälften des Steckverbinders auseinandergezogen werden.

Bei der Schraubverriegelung werden Gewindekupplungen verwendet, um das Stoß- und Vibrationsverhalten zu verbessern. Die Schraubverriegelung wird sowohl für rechteckige als auch für runde Steckverbinder verwendet.

Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit

Selbst bei verriegelten und abgedichteten Steckverbindern kann der Kontakt mit Kohlenwasserstoffen und Lösungsmitteln bei Transport-, Industrie- und Mobilanwendungen die Degradation von Standardgehäusematerialien verringern. Für diese Anwendungen können die Steckverbindergehäuse aus Materialien hergestellt werden, die gegen chemische Korrosion resistent sind.

Polycarbonat (PC) weist eine gute chemische Beständigkeit gegenüber verdünnten Säuren, neutralen Salzlösungen, Fetten, Ölen und Reinigungsmitteln auf.

Polybutylenterephthalat (PBT) eignet sich für Anwendungen, bei denen mit einer Exposition gegenüber organischen Lösungsmitteln, Benzin und Ölen zu rechnen ist.

Die PC/PBT-Mischung kombiniert die besten Eigenschaften der beiden Polymere mit hoher Chemikalienbeständigkeit, hoher Schlagfestigkeit und ausgezeichneter Witterungsbeständigkeit.

Die SB-Steckverbinderserie von Anderson Power Products bietet chemikalienbeständige Gehäuse, die eine PC/PBT-Mischung verwenden. Diese Steckverbinder haben einen Nennstrom von bis zu 280 A, einen erweiterten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 105 °C und die Umweltschutzklasse IP64 (Abbildung 2).

Abbildung 2: Das Gehäuse dieses Stromanschlusses besteht aus einer PC/PBT-Mischung und weist eine hohe chemische Beständigkeit auf. (Bild: Anderson Power Products)

Hot-Plug-Fähigkeit

Modulare Systeme können die Zuverlässigkeit durch die Verwendung von Hot-Plug-fähigen Steckverbindern verbessern. In anderen Fällen sind Wartungssteckverbinder (auch bekannt als Kaltsteckverbinder) erforderlich, um Stromkreise zu trennen und die Sicherheit der Mitarbeiter in Hochspannungsbereichen zu gewährleisten.

Die Hot-Plug-Funktion ermöglicht das Einsetzen und Entfernen von stromführenden Steckverbindern, um die Systemverfügbarkeit zu maximieren. Es gibt zwei Hot-Plug-Konfigurationen:

Durch Vorstecken oder Ein-/Auslöse-/Letztschalten werden die Kontakte so angeordnet, dass sie vor den Hauptstromkontakten einrasten. Durch Vorschalten werden Überstrom, Kurzschlüsse und Erdschlüsse vermieden.

Nach dem Stecken oder Nachschalten/Vorschalten werden die Kontakte für Signal- oder Hilfsstromversorgungspositionen sequenziert, um sicherzustellen, dass die Kommunikation nicht beginnt oder die Stromkreise erst eingeschaltet werden, wenn die Stromkontakte vollständig eingerastet sind.

Die Powerpole-Steckverbinder von Anderson Power Products sind für 600 V ausgelegt, haben einen Strom von bis zu 350 A und verfügen über eine Vorsteckfunktion. Das flache, abwischbare Kontaktsystem hat eine große Normalkraft und eine große leitende Fläche, um den Kontaktwiderstand zu minimieren. Die Opferspitze begrenzt die Beschädigung nichtleitender Oberflächen, wenn sie unter Last verstopft oder beschädigt werden. Im eingesteckten Zustand reinigt das Wischdesign die Kontaktflächen, unabhängig davon, ob sie unter Last stehen oder nicht.

Kaltsteckbarkeit

Bei Hochspannungsanwendungen (über 1.500 V) geht es in der Regel mehr um die Sicherheit des Bedieners als um die Verfügbarkeit des Systems. In diesen Fällen können Servicestecker zur Kaltsteckbarkeit verwendet werden, um die Stromversorgung manuell abzuschalten und den Bediener vor Hochspannung zu schützen.

Der Hirose EM30MSD-Servicestecker umfasst Stromanschlüsse für 1.500 V und 200 A sowie Signalleitungen für 250 V und 1 A. Diese Signalleitungen sind unterbrochen, um eine Heißsteckbarkeit zu verhindern, wenn der Bajonettverschluss zum Trennen gedreht wird. Im gesteckten Zustand ist das Verriegelungssystem außerdem stoßfest, sodass die Gefahr eines versehentlichen Abschaltens minimiert wird (Abbildung 3).

Abbildung 3: Wenn der kaltsteckbare EM30MSD-Stecker abgezogen wird, werden sowohl die Strom- als auch die Signalleitung geöffnet, um den Bediener zu schützen. (Bild: Hirose)

Das Mehrpunktkontaktdesign reduziert den Kontaktwiderstand. Das PBT-Gehäuse des EM30MSD-Servicesteckers ist chemikalienbeständig, hat im gesteckten Zustand die Schutzart IP68 und ist für den Umweltschutz geeignet.

Im ausgesteckten Zustand verfügt das Buchsenteil über eine IPX2-Fingerschutzfunktion, die das Risiko eines Stromschlags für den Bediener verringert. Das IPX2-Design verhindert das Eindringen fester Gegenstände (wie Finger) mit einem Durchmesser von mehr als 12,5 mm und einer Länge von mehr als 80 mm.

Benutzerdefinierter Kabelkonfigurator

Die Auswahl von Steckverbindern ist eine wichtige Aufgabe. Das Gleiche gilt für die Entwicklung von Kabelbaugruppen mit diesen Steckverbindern. Der Custom Cable Configurator von Molex vereinfacht diesen Prozess.

Designer können dieses Online-Tool verwenden, um schnell maßgeschneiderte Kabelbaugruppen zu entwerfen. Nach Abschluss des Entwurfs bietet das Tool Konzeptzeichnungen, 3D-Modelle, Muster und Angebote von Sager Electronics. Zu den Merkmalen und Funktionen gehören:

Auswahl von Strom- und Signalanschlüssen

Kabeloptionen mit UL-Bewertung

Unterstützung für doppelseitige und einseitige Designs

Optionen für die Bündelung von Zubehör und benutzerdefinierten Etiketten

Zu den erweiterten Funktionen gehören ein Pinbelegungskonfigurator sowie automatisch generierte Zeichnungen und 3D-Modelle.

Die Auswahl von Industriesteckverbindern und die Entwicklung von Kabelbaugruppen, die Strom, Schutz und Zuverlässigkeit bieten, ist ein detaillierter Prozess. Dabei werden die IP-Schutzarten der Steckverbinder, die Verriegelungs-/Verriegelungsmechanismen sowie die Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit berücksichtigt.