Industrie 4.0 basiert wie das Internet der Dinge auf Vernetzung und damit auf Kontakt. Die dafür benötigten Steckverbinder müssen die nötige Robustheit für den industriellen Einsatz aufweisen. Damit ist Industrie 4.0 nicht nur ein Wachstumstreiber, sondern auch ein technologischer Motor, der für zahlreiche Innovationen sorgt. Und davon profitieren auch andere Branchen.
In nahezu allen Einsatzbereichen im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automatisierung unterliegen Anwendungen besonders extremen Anforderungen wie Feuchtigkeit, Staub, Öl, Chemikalien, hohen Temperaturen und Vibrationen. Gleichzeitig muss die Sicherheit der Anlage unbedingt gewährleistet sein. Viele Hersteller haben bereits auf diese Anforderungen reagiert und Steckverbinder verschiedener Standards entwickelt, die nach EN 60529 zertifiziert sind und die Schutzklasse IP67 oder IP68 bieten.
Das gilt vor allem für die in industriellen Anwendungen am häufigsten verbauten M8- und M12-Typen, aber auch für Modular- oder USB-Stecker. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Schutzart nur für den geschalteten Zustand gilt. Sobald ein Ende des Steckers offen ist, ist der Schutz normalerweise nicht gewährleistet. Molex bietet eine besonders umfangreiche Serie robuster Lösungen: Die Serie „Sealed Connectors“ umfasst Standard- und kundenspezifische gekapselte Steckverbinder mit unterschiedlichen Schutzarten.
Bei Automatisierungskomponenten in Schaltschränken werden hauptsächlich Steckverbinder für Single-Wire-Verbindungen verwendet, da mit ihnen der Anschluss von Sensoren, Aktoren und Energieversorgung sehr flexibel erfolgen kann. In der Leistungselektronik bevorzugen Entwickler Leiterplattensteckverbinder gegenüber den bisher üblichen Reihenklemmenlösungen. Sie ermöglichen kompaktere und flexiblere Gerätedesigns und eine überlegene Leitfähigkeit.
Im Bereich der Datenverbindungen finden sich immer mehr standardisierte Industriesteckverbinder, z. z.B RJ45 und Rundsteckverbinder, da Feldbussysteme durch Industrial Ethernet abgelöst werden. Optische Steckverbinder ermöglichen eine schnelle und störungsfreie Übertragung großer Datenmengen.
Automobil
Automobilkomponenten müssen höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen, was für die Entwicklung robuster Modelle günstig ist. Eine weitere zentrale Anforderung ist dabei die Reduzierung von Bauraum und Gewicht. So bieten Hersteller bereits Systeme mit mehr als 300 Kontakten an. Hochleistungslegierungen wie CuNiSi verleihen ihnen auch eine höhere Leitfähigkeit und ermöglichen kleinere Lösungen; Materialien wie Aluminium oder Kupferlegierungen sorgen für ein geringeres Gewicht. Speziell für den Automotive-Bereich hat JAE beispielsweise die MX19-Serie entwickelt. Kleine wasserdichte Kabel-zu-Kabel-Steckverbinder gemäß JIS D0203 S1 lassen sich mit nur einem Klick verbinden.
Sie widerstehen Temperaturen zwischen -40 und 105 ºC sowie den typischen Vibrationen, die in einem Auto entstehen. Dank der rückseitig isolierten Kabeleinführung ermöglicht die MX19-Serie eine optimierte Anordnung des Kabelbaums und die Anschlussklemmen können besser in das Gehäuse eingeführt werden. Die Isolierung schützt vor Beschädigungen, Kabelflattern und vor dem Eindringen von Wasser. Die Polklemmen verfügen über einen doppelten Blattfedermechanismus mit großer Trägerlänge für geringe Einsteckkraft und Druckausdehnung. Es sind 2-polige und 4-polige Varianten erhältlich, die für Ströme bis 5 A und für Kabel zwischen 20 und 22 AWG ausgelegt sind.
Elektromobilität
Hybrid- und Elektrofahrzeuge bringen neuartige Spannungen und Ströme, was auch deutlich höhere Temperaturen und Vibrationen bedeutet. Zudem besteht gerade bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen die Gefahr, dass die Leistung durch Umwelteinflüsse wie Wasser, Staub, Schmutz, Öl, Chemikalien oder elektromagnetische Felder reduziert wird. Dadurch unterliegen sowohl das Design, die Grundmaterialien als auch die Kontaktflächen der Steckverbinder höheren Anforderungen. Bisher wurde noch kein Standard eingeführt, Erstausrüster setzen überwiegend auf Individuallösungen. Anders bei den Steckern für das Ladegerät: Hier wurden die Standards Typ 1 (insbesondere in den USA und Japan), Typ 2 (Europa) und GB/T (China) eingeführt. Amphenol hat sein PowerLokTM Hochstrom- und Hochvolt-Verbindungssystem speziell für Ladegeräte, Ladeverbindungen und für die Konfektionierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugkabeln entwickelt. Es basiert auf der RADSOK® (RADial SOCKET) Kontakttechnologie, die für einen geringeren Spannungsabfall und Temperaturanstieg sorgt und die Oberfläche dank der radialen Struktur vergrößert. PowerLok-Steckverbinder sind für 750 A und 1.000 V ausgelegt und mit einem HVIL-Stromschutz (High Voltage InterLock) ausgestattet.
Die zweite automatische Verriegelung sorgt für eine optimale Positionierung der Klemmen und bietet auch für trockene Umgebungen ausreichend Klemmkraft; Seine verschiedenen Steckplatzoptionen ermöglichen eine sichere Verbindung ohne Beschädigung durch falsche Verbindung. Dabei entsteht das typische Klickgeräusch, das im Automobilbereich so beliebt ist. Der einfache Anschluss garantiert maximalen Schutz für den Anwender. Öffnet sich das Schloss, werden die hohen Ströme sofort gestoppt. Das Gehäuse erfüllt mindestens die Anforderungen der Spezifikationen UL94-V-0, RTI130, CTI2 und widersteht Temperaturen von -40 bis 125ºC.
Die 360°-Metallisierung gewährleistet eine vollständige Schirmung des Steckers nach IP6K9K im gesteckten und nach IP2X im getrennten Zustand (nach DIN 40 050, 9). Amphenol bietet auch eine Reihe von Stromspeichersteckverbindern an, die speziell für Hochstromverbindungen im Batteriemodul und Batteriemanagementsystem (BMS) entwickelt wurden: Die kostengünstige RADLOK-Familie umfasst eine Reihe von Bauformen von Steckverbindern und kann an der Batterie verwendet werden als Zelle-zu-Zelle-Verbindung oder auch extern als Batterie-zu-Batterie-Verbindung oder Reihenschaltung zu einem Stromspeicher. Er bietet geringe Steck- und Ziehkräfte sowie viele Steckzyklen durch die integrierte mechanische Ver- und Entriegelung. Seine maximale Strombelastung liegt bei 750 A, die maximale Dauerspannung bei 1.000 V, der Temperaturbereich reicht von -40 bis 125 ºC.
Zugverbindungen
Im Bahnbereich wächst die Nachfrage nach Steckverbindern durch die zunehmende Nutzung von Ethernet-Netzwerken, z. z.B für C&
Kameras und Bildschirme sowie die Tendenz, Fahrzeuge modular zu bauen. Dabei müssen die Teilsysteme unkompliziert miteinander verbindbar sein, um Energie, Schäden und Signale an alle Einheiten des Fahrzeugs zu übertragen. Im Außeneinsatz müssen diese Steckverbinder nicht nur Vibrationen und Stößen, sondern auch Umwelteinflüssen standhalten.
Hier sind Modelle mit Schutzart IP68 oder IP69K und mit mechanischer Verriegelung gefragt. Im Fahrzeuginnenraum genügen kleinere Zündschutzarten, elektromagnetische Felder sind dagegen von größerer Bedeutung. Hierfür stehen geschirmte Stecker zur Verfügung. Darüber hinaus müssen alle Steckverbinder die Anforderungen spezifischer Bahnnormen erfüllen. Und diese sind in jedem Land unterschiedlich. Normalerweise umfasst es in diesem Fall z.B. z.B eine hohe Beständigkeit gegenüber Hydrauliköl, aggressiven Reinigungsmitteln und ähnlichen Stoffen.
Beleuchtung
Bei LED-Beleuchtungslösungen sind die Anforderungen an die Steckverbinder nicht klar abgegrenzt, da sie je nach Einsatzort und Anwendung variieren. Dabei gilt: Je robuster die Verbindungslösung, desto breiter der Einsatzbereich, wie die SSL-1-Serie von Amphenol zeigt.
Mit seiner Stoß- und Vibrationsfestigkeit gemäß EN61373 eignet es sich für LED-Anwendungen im Innen- und Außenbereich sowie für den Transportmarkt. Hier ersetzen Sie den Lötprozess mit dem Risiko minderwertiger Lötstellen und sorgen so für kürzere SMT-Vorlaufzeiten und niedrigere Kosten. Es benötigt weniger Platz auf der Leiterplatte, wodurch die LED-Dichte erhöht und Schattenbildung vermieden werden kann. Die SSL-1-Serie umfasst 2-, 4- und 6-polige Board-to-Board-, Wire-to-Board- und Wire-to-Wire-Verbindungen.
Medizinische Technologie
Anwendungen in der Medizintechnik müssen zunächst branchenspezifische Normen und Zulassungen erfüllen, die die Anforderungen an Abschirmung, Abdichtung, Autoklavierbarkeit sowie Berührungs- und Reibeschutz regeln. Manchmal sind auch eine hohe Kontaktsicherheit und viele Steckzyklen gefordert, sowie der Schutz vor Desinfektionsmitteln und aggressiven Reinigungslösungen. Verbindungssysteme, die auch den hohen Anforderungen gerecht werden, erfordern oft eine Neufertigung. Auch Ihre Entwicklungskosten amortisieren sich bei einer Massenproduktion so gut wie nie.
All dies macht sie relativ teuer, sodass sie für teure Anwendungen oder Einsatzgebiete, bei denen der entsprechende Schutz nicht wirklich benötigt wird, nicht geeignet sind. Aber für alles andere bieten sie viele Vorteile und werden sogar zu einem notwendigen Produkt.
Grundlagen für die Schutzart
Die Schutzart gibt an, für welche Umgebungsbedingungen das elektrische Bauteil oder Gerät geeignet ist. Sie werden in IP-Codes (internationaler Schutz) angegeben; die Normen DIN EN 60529 und DIN 40050-9 regeln diese Kodierung. Bei der Bezeichnung der Schutzart wird die Buchstabenkombination IP um zwei Kennziffern ergänzt.
Ersteres weist auf Berührungs- und Fremdkörperschutz hin, letzteres auf Wasser- oder Feuchtigkeitsschutz. Zwischen den beiden Normen gibt es Unterschiede: Bei einigen Zündschutzarten ist die erste Ziffer mit einem zusätzlichen „k“ nach DIN 40 050 versehen, wobei sich 6k und 9k auf den speziellen Schutz für Straßenfahrzeuge beziehen. Zusammenfassung der relevantesten Zahlen (nach DIN EN 60529): Erste Zahl: 4. Schutz gegen Fremdkörper mit einem Durchmesser größer als 1 mm 5.
Schutz gegen schädliche Staubmengen 6. Staubdichtigkeit und vollständiger Berührungsschutz Zweite Ziffer: 6. Schutz gegen starkes Strahlwasser 7. Schutz gegen kurzzeitiges Untertauchen 8. Schutz gegen dauerndes Untertauchen 9. Schutz gegen Wasser beim Reinigen mit Hochdruck / Dampfstrahl Das heißt, ein Steckverbinder mit IP67 ist staubdicht und gegen Berührung und kurzzeitiges Untertauchen geschützt.
