Rundsteckverbinder Fünf Kriterien zur Auswahl robuster Steckverbinder

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Ob in der Luftfahrt, bei Schwertransporten oder in der Landwirtschaft – robuste Steckverbinder sind dafür ausgelegt, rauen Betriebsbedingungen standzuhalten, ohne dass die Integrität der Signale, Daten und Verbindungen verloren geht. Doch bei der Auswahl sollten Sie einige Punkte berücksichtigen.

In zahlreichen Industriezweigen vom Transportwesen über die (Chemie)industrie bis zur Schifffahrt werden robuste Komponenten benötigt. Der Weltmarkt für robuste Elektronik, zu dem auch Steckverbinder gehören, wurde im Jahr 2023 auf 14,75 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll in zehn Jahren auf 33,72 Milliarden US-Dollar anwachsen.

Der Artikel gibt einen Überblick zu den Faktoren, die die Auswahl robuster Steckverbinder beeinflussen, und darüber, wie diese für bestimmte Anwendungen angepasst werden können.

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Auswahlkriterien für spezielle robuste Steckverbinder

Die wichtigsten Faktoren für die Auswahl eines robusten Steckverbinders sind: Widerstandsfähigkeit gegenüber harschen Umweltbedingungen, Einhaltung von Dichtheitsklassen, elektrische Spezifikationen, Gehäuse und Handhabung.

Die Widerstandsfähigkeit eines Steckverbinders gegenüber rauen Umgebungsbedingungen bezieht sich auf Vibrationen, hohe oder plötzliche Belastungen, Stöße, extreme Temperaturschwankungen und Staub.

Je nach Anwendung kommen Teile des Steckverbinders mit Benzin, Diesel, Hydraulik-, Getriebe-, Bremsflüssigkeiten und Schmiermitteln in Berührung, was eine Dichtheitsklasse IP67 erfordert. Einige Steckverbinder müssen zum Beispiel einer Druckreinigung standhalten, was eine IP69K-Dichtheit bedingt. Dichtungen verhindern Leckagen und erhalten die Funktion trotz ständiger Einwirkung von korrosiven oder rauen Flüssigkeiten.

Elektrische Spezifikationen wie Spannungs- und Stromwerte stellen sicher, dass der Steckverbinder den zu erwartenden elektrischen Belastungen und Schwankungen während des normalen Betriebs standhält.

Gehäusematerialien dürfen die Integrität des Steckverbinders nicht beeinträchtigen.

Eine einfache Handhabung ist wichtig, da Steckverbinder schnell montiert, verbunden und getrennt werden müssen, ohne dass die elektronischen Signalwege länger unterbrochen werden.

Beispiele für kompakte robuste Steckverbinder

ITT Cannon stellt eine Reihe von kompakten und leichten Steckverbindern für raue Umgebungsbedingungen her. Bei der APD-Serie (Bild 1) handelt es sich um eine Reihe von Vollkunststoff-Steckverbindern, die für Anwendungen bis zu 48 V/500 V und bis zu 240 A ausgelegt sind. Zu den Optionen gehören Hochleistungssteckverbinder mit 1 oder 2 Kontakten, VDE-zertifizierte Hochspannungslösungen mit 4 Kontakten und Steckverbinder mit 51 Kontakten für Anwendungen mit hoher Packungsdichte.

Die Steckverbinder kommen mit einem Bajonettverschluss (120°-Drehung), der eine zuverlässige Abdichtung bis zu den Schutzklassen IP67/IP69K gewährleistet. Sie sind für einen Temperaturbereich von –40 bis 125°C ausgelegt, eignen sich für Drahtdurchmesser von AWG 22 bis AWG 0 und sind sowohl in Hochleistungs- als auch in Hochspannungsvarianten erhältlich. Die Serie ist kompakt, leicht und einfach zu montieren und bietet mehrere Varianten: 1; 2; 4; 6/7; 19; 37 und 51 Positionen sowie eine umfassende Auswahl an Zubehör und Werkzeugen für unterschiedliche Anwendungen.

Zur Serie gehört auch die modulare APD-Platte (Bild 2), mit der die Steckverbinder in verschiedenen Konfigurationen verwendet werden können. Sie ist für das effektive Management von Steckverbindern in Schaltschrank-zu-Chassis- und zentralisierten Verbindungsanwendungen gedacht.

Die Platte gewährleistet eine einfache und schnelle Installation, Neukonfiguration sowie das Stecken und Trennen von APD-Verbindungen, was die Ausfallwahrscheinlichkeit minimiert. Darüber hinaus erleichtert die modulare Platte die Wartung und ermöglicht eine effizientere Nutzung in beengten Räumen. Die standardisierte Lösung lässt sich über verschiedene Komponenten und Systeme hinweg verwenden.

Fehlerursachen für Steckverbinder beim Einsatz unter harschen Umgebungsbedingungen

Einer der wichtigsten Faktoren beim Betrieb von Geräten unter rauen Bedingungen ist, dass die Komponenten während des normalen Betriebs nicht ausfallen. Dies erfordert eine sorgfältige Bewertung der verschiedenen Möglichkeiten, wie Steckverbinder versagen können. Die wichtigsten Fehlerursachen sind nachfolgend aufgeführt.

Korrosion und Verschmutzung: Ständiger oder häufiger Kontakt mit aggressiven Flüssigkeiten, Schlamm und Feuchtigkeit kann zur Korrosion von Anschlussteilen und letztendlich zu schlechter Signalübertragung führen. Das Kunststoffgehäuse der APD-Serie ist korrosions- und feuchtigkeitsbeständig und selbst unter härtesten Umweltbedingungen leicht zu warten.

Vibrationen und Erschütterungen: Ständiges Rütteln auf unbefestigten Straßen und ähnlich unwegsamem Gelände kann die Vibrationen und Stöße auf Steckverbinder in Geländewagen erhöhen. Die Straßenverhältnisse sind nicht der einzige Faktor, der zur Abnutzung der Steckverbindungen und zu einem möglichen Ausfall beitragen kann. Der Bajonett-Anschluss der Rundsteckverbinder der APD-Serie ist besonders für extreme Vibrationen geeignet.

Unsachgemäße Montage und Wartung: Steckverbinder müssen präzise eingebaut werden, die Nichtbeachtung diesbezüglicher Vorschriften kann zu Verdrehungen und Verbiegungen von Komponenten führen, die die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen können. Die einfache Montage und Demontage trägt zur Langlebigkeit der Steckverbindung bei.

Überhitzung durch elektrische Überlastungen: Steckverbinder sind so ausgelegt, dass sie einen maximalen Strom oder eine bestimmte Spannung aushalten und Überspannungen bis zu einem gewissen Grad widerstehen können. Wenn diese Grenzwerte überschritten werden, kann es zu erhöhter Erwärmung und Degradationseffekten kommen, was zu Schäden an den Systemkomponenten und Signalverlusten führt.

Angesichts der vielfältigen Möglichkeiten, wie Steckverbinder versagen können, erfordert ihr Einsatz in komplexen Systemen ein Verständnis der spezifischen Anwendungen und Betriebsbedingungen.

Robuste Steckverbinder für Spezialanwendungen

In manchen Fällen dient ein umfangreiches Paket von Steckverbindern als Ausgangspunkt für Anpassungen. Die drei Beispiele für maßgeschneiderte Lösungen von ITT Cannon veranschaulichen die Anpassungsfähigkeit der APD-Steckverbinder an eine Vielzahl von spezifischen Anwendungsfällen.

So benötigte beispielsweise ein Motorenhersteller eine maßgeschneiderte Lösung für große Dieselmotoren, die in Schiffen und Zügen eingesetzt werden. In solchen Geräten sorgen die Steckverbinder für eine effiziente Kraftübertragung und die Integration der verschiedenen Systeme, wie Getriebe und Propeller. Zu den wichtigsten Bedingungen, die die Lösung berücksichtigen musste, gehörten die Einwirkung von Motorölen, starke Vibrationen und der begrenzte Platz im Motorraum.

Um diese Herausforderungen zu meistern, wurde mit den siebenpoligen Steckverbindern der APD-Serie begonnen. Die endgültige Lösung umfasste einen zusätzlichen O-Ring, um die Dichtheit zu gewährleisten und die Vibrations- und Druckfestigkeit zu verbessern. Eine Federklemme aus rostfreiem Stahl hielt den Stecker an seinem Platz. Um den begrenzten Platz effizient zu nutzen, benötigte die maßgeschneiderte Lösung nur die Hälfte der Grundfläche des Standardmodells.

In einem anderen Fall benötigte ein Hersteller von Land- und Baumaschinen eine kundenspezifische Steckverbinderlösung für ein Doppelkupplungsgetriebe für Traktor-Antriebe. Ein solches Getriebe ermöglicht leichte und weiche Übergänge beim Gangwechsel, was besonders bei schnell fahrenden Traktoren von Vorteil ist. Eine besondere Herausforderung für das Steckverbindersystem war die einzigartige Form des Getriebes, die eine Neukonfiguration von Form und Gestalt des Steckverbinders erforderte.

Problem Getriebeöl, Widerstand und Dieselabgasflüssigkeit

Auch die extreme Belastung durch Getriebeöl war ein Problem, ebenso wie der hohe Widerstand. Die endgültige Lösung umfasste sechs verschiedene Verbindungen: zwei größere Stromanschlüsse mit 6 Positionen auf der Grundlage der APD-Schnittstelle (Bild 3) mit 19 Positionen und vier kleinere APD-Anschlüsse mit 4 Positionen für die Signalübertragung. Zwei maßgeschneiderte O-Ringe erfüllten die Anforderungen an die Vibrationsfestigkeit.

Schließlich war die Exposition gegenüber Dieselabgasflüssigkeit in einer SCR-Pumpe (Selective Catalytic Reduction) die größte Herausforderung für den Nutzfahrzeughersteller. Die Steckverbinder mussten sowohl der korrosiven Umgebung standhalten als auch auf kleinem Raum funktionieren.

Die Lösung umfasste erhebliche Änderungen des Formfaktors des APD-Steckverbinders mit 37 Positionen, der den Ausgangspunkt für die kundenspezifischen Steckverbinder bildete. Eine Halterung aus rostfreiem Stahl hält die Steckerbaugruppe an ihrem Platz, um sicherzustellen, dass die Dichtung nicht durch Vibrationen beeinträchtigt wird.

Vielfältige, leicht anpassbare Optionen

Robuste Bedingungen können sehr unterschiedlich sein und reichen von der Einwirkung von Öl und extremen Temperaturen bis hin zu plötzlichen Stößen und Vibrationen. Hinzu kommt, dass viele Anwendungsfälle individuelle Verbindungslösungen erfordern. Die APD-Steckverbinderserie ist eine gute Ausgangsbasis für zahlreiche Anwendungen. Zahlreiche Optionen eignen sich für viele Anwendungen, lassen sich aber auch leicht anpassen, falls spezifische Änderungen erforderlich sind. (kr)

* Rolf Horn ist Applikationsingenieur bei DigiKey.

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