Modulare Steckverbinder sind flexibel, klein und bieten Raum für Erweiterungen

Modulare Steckverbinder sind flexibel, klein und bieten Raum für Erweiterungen Ilme

Modulare Steckverbinder sind hoch flexibel, klein, bieten Raum für Erweiterungen und zeichnen sich durch eine Vielfalt an High-Speed-Datensteckverbindern aus. Im Gegensatz zum starren Aufbau einer Massenfertigung sind so auch Maßanfertigungen industriell realisierbar. Für einen sinnvollen Einsatz solcher Steckverbindersystem müssen verschiedene Vorrausetzungen erfüllt sein:

  • große, verfügbare Modulbandbreite für die verschiedenen Schnittstellen
  • einfache Montage des Steckverbinders
  • möglichst standardisiertes Steckgesicht für hohe Kompatibilität
  • industrietaugliches Design

In den 1990-er Jahren zeichnete sich in der elektrischen Installation von Maschinen und Anlagen ein Trend ab: Immer mehr elektrische Systeme wie Energieverteilung, Signalleitungen, Sicherheitssysteme oder ein Datenbus umspannen das gesamte Maschinensystem. Diese unterschiedlichen Systeme jeweils an den nötigen Schnittstellen in unterschiedlichen Steckverbindersystemen unterzubringen, machte die Verbindungslandschaft einer Maschine unübersichtlich und teuer. So entstanden die ersten modularen Systeme bei Aluminium-Rechtecksteckverbindern.

Gab es am Anfang noch Unsicherheiten über Leiter von verschiedenen Stromkreisen in einem Steckverbinder, so schafft am Ende die DIN EN60204-1/11:1998 Sicherheit: „Leiter von verschiedenen Stromkreisen dürfen nebeneinander verlegt werden, im selben Leitungskanal liegen oder zum selben Herleiterkabel gehören, vorausgesetzt, dass diese Anordnung die einwandfreie Betriebsweise der entsprechenden Stromkreise nicht beeinträchtigt. Werden diese Stromkreise mit unterschiedlichen Spannungen betrieben, müssen die Leiter entweder durch geeignete Abdeckungen getrennt sein oder für die höchste vorkommende Spannung, der ein beliebiger Leiter im selben Leitungskanal ausgesetzt sein kann, isoliert sein.“ Zusätzlich mussten diese Modular-Steckverbinder die Standards IEC 61984 und UL1977 erfüllen, da sie für Nennströme von wenigen mA bis 200 A ausgelegt sind.

Alles in einem Gehäuse

55 Modulepaare beim Steckverbindersystem Mixo bieten vielfältige Kombinationen.

55 Modulepaare beim Steckverbindersystem Mixo bieten vielfältige Kombinationen. Ilme

Neuartige Steckverbinder bündeln die Leitungen und Leistungen verschiedener Systeme – sogar Druckluftanwendungen – in einem Steckverbindergehäuse. Im Schaltschrank lassen sich mit ihnen Maschinen mit Energie und den notwendigen Steuerungs- und Sensordaten versorgen oder an das übergeordnete Firmennetz anbinden. Im Zuge der Digitalisierung werden immer mehr Daten auch aus einzelnen Produktionsschritten erhoben und/oder verarbeitet, um die Materialflüsse zu optimieren oder beispielsweise präventive Instandhaltungszyklen oder Werkzeugwechsel zu kontrollieren und zu steuern.

Modulare Steckverbinder stellen Verbindungen her zwischen stationären und beweglichen Teilen, Werkzeugen und Service-Schnittstellen und ersetzen vielfach sogar die Reihenklemmen. Die Automobilproduktion, wo beispielsweise Produktionszellen und Förderanlagen miteinander verbunden werden, kann nicht auf Modular-Steckverbinder verzichten. In der gesamten Windkraftindustrie, von Turmverkabelungen bis zum Gondelkabelsatz, gehört die Kombinationen aus Energie und Daten zum Alltag – auch unter rauen Einsatzbedingungen. Die Verbindungstechnik kombiniert Signale von Bremsen, Drehgebern, Wettersensoren, Signalleuchten u.v.a.m.

Aufbau des modularen Steckverbindersystems Mixo .

Aufbau des modularen Steckverbindersystems Mixo . Ilme

Ilme, als Spezialist für schwere Industrie-Rechtecksteckverbinder, befasst sich seit dem Jahr 1998 mit dem Thema modulare Steckverbinder. Seit diesr Zeit setzt das Unternehmen auf einen festen Metallrahmen aus Aluminium-Druckguss, der die Schutzleiteranbindung garantiert, den Anschluss unterschiedlicher Schutzleiterquerschnitte zulässt und in der Konstruktion die einfache Montage der Module ermöglicht. Die einzelnen Module werden dabei wie bei einem Baukastensystem miteinander verrastet. Anwender halten sozusagen – schon bevor sie die Module in den Rahmen einstecken – einen festen Steckerblock in der Hand. Dieser wird dann in den Rahmen eingesetzt und dort mit dem Clip-System schnell und rüttelsicher mit dem Rahmen verrastet.

Von Anfang an war neben dem einfachen Handling die Kompatibilität zu anderen modularen Systemen sehr wichtig, also dass die Steckgesichter zum Marktstandard bei normgerechten Moduleinsätzen steckkompatibel sind. Dies stellt sicher, dass es beim endgültigen Zusammenfügen der Maschine nicht zu Problemen kommt, auch wenn in einzelnen Anlagenteilen andere Steckverbinder zum Einsatz kommen.

Mit einem Angebote von 55 Modulpaaren lassen sich Millionen Kombinationen in einem Steckverbinder zusammenfassen. Auf eine Einbaumöglichkeit von Fremdmodulen verzichtet das Unternehmen bewusst, weil das die Systemintegrität innerhalb einer Steckerseite unterbricht.

Auch die Entwicklung von Industrie 4.0 ist im Wesentlichen modular. Durch Industrie 4.0 und andere Trends werden alle Arten von Industrieanlagen immer stärker modularisiert. Die Basis für diese Modularisierung sind moderne Hochleistungsschnittstellen wie das Mixo-System: Über die Datenmodule USB, RS232 Twin, RJ45 oder Mixo-Gigabit lassen sich Anlagenteile anbinden und die Unternehmen erhalten in Echtzeit Transparenz über ihre Produktion.

3000 Stunden im Salznebeltest

Durch eine Beschichtung aus Titanoxid eignen sich die Steckverbindergehäuse für den Einsatz unter rauen Bedingungen.

Durch eine Beschichtung aus Titanoxid eignen sich die Steckverbindergehäuse für den Einsatz unter rauen Bedingungen. Ilme

Standard-Steckverbindergehäuse haben in der Regel eine Aluminiumlegierung. Geschützt durch eine Epoxidpulverbeschichtung auf Polyesterbasis erreichen diese Gehäusen eine Resistenz von bis zu 100 Stunden nach den gängigen Salznebeltests EN:ISO 9227 und ASTM B117-16. Dieser Schutz reicht für viele Anwendungen im normalen Maschinenbau völlig aus, weil die Gehäuse hier keiner dauerhafter Salznebelbelastung ausgesetzt sind. Um diesen Schutz zu erhöhen, kamen in der Vergangenheit Chromatierungen zum Einsatz, welche häufig auf Chrom-VI-Basis aufbauten. Nach Inkrafttreten der EU-Richtlinie RoHS und dem Verbot von hexavalenten Chromverbindungen, wurden diese Schutzbeschichtungen mit RoHS-konformen, auf Chrom III basierenden Beschichtungen, ersetzt.

Mittels solcher Beschichtungen und einer darüber gelegten Pulverbeschichtung lassen sich maximal Resistenzwerte von 500 Stunden nach den erwähnten Salznebeltests erreichen. Dennoch kommt es zuerst zu Korrosionserscheinungen an den Punkten, wo die Aluminiumlegierung oder die beschichtete Oberfläche in Kontakt mit anderen Metallen kommt, zum Beispiel mit eingenieteten Edelstahlbolzen oder mit vernickelten Messingkabelverschraubungen. So stößt auch dieser Korrosionsschutz an seine Grenzen, beispielsweise im Außenbereich von Rolling-Stock-Anwendungen, an Offshore-Windenergieanlagen und Salzdispensern oder in der chemischen Industrie – kurz Heavy Duty.

Gehäuseserie für Heavy-Duty

Daher war eine Weiterentwicklung von Aluminiumoberflächen folgerichtig. Um diese Nachfrage im Markt nach höheren Resistenzen zu beantworten, entwickelte Ilme seine Gehäuseserie E-Xtreme für schwere Steckverbinder. Diese Steckverbindergehäuse ermöglichen eine Resistenz nach EN:ISO 9227 Ed. 2.0 und ASTM B117-16 von 3000 Stunden. Dabei erreichen die Gehäuse diese Werte auch nach extremen mechanischen Einwirkungen beispielsweise gemäß IEC 60068-2-68 (Sandstrahltest) und ISO 20567-1 (Steinschlagtest).

Dies bedeutet, dass zuvor erfolgte mechanische Belastung, welche möglicherweise die Pulverbeschichtung beschädigt hat, wenig Einfluss auf die Korrosionsfestigkeit des Gehäuses hat. Selbst Punkte, bei denen durch mechanische Einwirkung die Pulverbeschichtung beschädigt und das Basisaluminium erreicht wurde, sind länger korrosionsgeschützt als bei anderen Gehäusen.

Das Unternehmen verwendet für diese Serie statt einer Legierung hochreines Aluminium, das zusätzlich oberflächenbehandelt wird: Unter Plasmabedingungen wird eine Beschichtung aus Titanoxid aufgebracht. Diese Oberfläche weist eine sehr hohe Härte auf (rund 600 HV), verbunden mit einer hohen Oberflächenflexibilität. So ist die Oberfläche hart genug, um den oben erwähnten Sandstrahltest unbeschädigt zu überstehen, sie ist aber flexibel genug, um Schlagenergie (Steinschlagtest) an das nachgiebigere Aluminium weiter zu geben. So bleibt auch hier die Oberfläche intakt und korrosionsgeschützt.

Erhältlich sind die Steckverbindergehäuse mit Schutzart IP66/IP67/IP68/IP69 nach EN 60529. Dabei gibt es verschiedene Verschlusssysteme, wie der V-Type Bügel (Ganzedelstahlbügel, mit extrem hoher Verschlusskraft) oder der C-Type Klassikverschluss, welcher sich mit zwei Edelstahlfedern pro Bolzen für häufiges Öffnen und Schließen eignet. Ebenso steht die verschraubte IP68-Gehäuseserie mit innenliegendem Dichtungskonzept zur Verfügung. Die Gehäuse sind unempfindlich gegen dauerhafte UV-Einstrahlung und weisen eine hohe Beständigkeit gegen viele chemische Substanzen auf. Für Spezialanwendungen werden Fluor-Elastomerdichtungen für Temperaturbereiche von -40 bis 180°C angeboten. Für besonders tiefe Temperaturen ab -60°C gibt es zudem Silikon-Dichtungen.