Einkaufsführer Steckverbinder:

Tipps für die Auswahl

Steckverbinder gibt es in allen möglichen Größen und Variationen. Um den geeigneten Steckverbinder für seine eigene Lösung zu finden müssen einige Parameter beachtet werden. Diese machen es dem Einkäufer oder Konstrukteur leichter, im Wirrwar der Möglichkeiten das Richtige zu finden.

In der DIN EN 61984 (VDE 0627) werden Steckverbinder definiert. Im Gegensatz zu Steckvorrichtungen dürfen Steckverbinder nicht unter Last gesteckt und getrennt werden. Schon bei geringen Spannungen würde dies Lichtbögen oder Funken erzeugen, die  Beschädigungen der Kontaktoberfläche bzw. der Kontakte selbst hervorrufen. Diese  können sich auf die Steckkraft und die Übergangswiderstände und damit die Erwärmung des Steckverbinders auswirken. Das führt zur Beeinträchtigung der Funktion bzw. im schlimmsten Fall zum Ausfall des Steckverbinders.

Zumindest in der Bedienungsanleitung, noch besser am Gerät selbst, sollte sich deshalb ein Hinweis befinden, dass die Verbindung vor Betätigung stromlos geschaltet werden muss. In bestimmten Anwendungen (ATEX) muss aus sicherheitstechnischen Gründen eine Funkenbildung zwangsweise ausgeschlossen werden. Hier wird die Verbindung mittels einer Verriegelung, die nur mit einem Werkzeug gelöst werden kann, gesichert. Das kann entweder ein Zusatzteil sein, welches das Lösen verhindert oder in der Verriegelungsfunktion des Steckverbinders.

Bei der Auswahl des Steckverbinders müssen verschiedene Anforderungen wie Funktion, Sicherheit, Kompatibilitätsvorgaben, gestalterische Aspekte und Haptik sowie Kosten beachtet werden. Wichtige Punkte, die aus Erfahrungen im Kontakt mit Kunden noch nicht so bekannt sind und deshalb oftmals unberücksichtigt bleiben, sind:

Verriegelung (DIN EN 60527)

Binder bietet neben der bewährten Schraubverriegelung auch alternative Verriegelungsarten wie Bajonett, push-pull und snap-in an. Die Auswahl ist abhängig von der Anwendung. Die Schraubverriegelung ist sehr sicher, bewährt, mechanisch robust und weit verbreitet, eignet sich insbesondere für Schutzarten ab IP67. Für die Bajonettverriegelung gilt das gleiche, Vorteil ist die schnellere Verriegelung und die geringe Schmutzanfälligkeit. Die Push-pull-Verriegelung ist schnell und sicher, jedoch durch die aufwändige Mechanik teuer. Binder bietet hierzu Kunststoffversionen an, die kostengünstiger sind.

Snap-in-Technik ist kostengünstig, da die Verriegelungsfunktion durch Kunststoffteile abgebildet wird. Die Verriegelung ist schnell und einfach, allerdings bei zu großem Zug am Kabel kann die Verbindung versehentlich gelöst werden. Metallversionen besitzen natürlich eine höhere mechanische Stabilität. Eine Schirmübertragung ist bei snap-in nicht möglich.

Strom und Spannung (IEC 60512-3, IEC 60664-1)

Weitere Auswahlkriterien, die beachtet werden müssen sind natürlich Strom und Spannung. Beim Strom wird im Datenblatt der Bemessungsstrom nach DIN EN 60512-3 der bei 40 °C Umgebungstemperatur gilt, angegeben. Bei Power-Steckverbindern ist noch die Deratingkurve interessant, die die Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und Strombelastbarkeit und die Temperaturbeanspruchung der Materialien beschreibt. Dabei werden alle Kontakte in Reihe geschaltet.

Bei konfektionierbaren Steckverbindern ist die Stromtragfähigkeit der angeschlossenen Kabel zu beachten. Je größer der Querschnitt gewählt wird, umso geringer die Eigenerwärmung.

Für die Spannungsauslegung sind die eingesetzten Kunststoffe und die Luft- und Kriechwege zwischen Kontakten und Metallgehäuse entscheidend. Ein weiteres Kriterium liegt in der Anwendung, die durch die Überspannungskategorie (Auftreten von Spannungsspitzen) und den Verschmutzungsgrad (leitfähige Ablagerungen auf den Kriechwegen) beschrieben werden. Das heißt die Größe und Bauform des Steckverbinders wird durch diese Anforderungen stark beeinflusst. Für Spannungsversorgungsanwendungen muss häufig ein Schutzleiterkontakt mitgeführt werden, der im Fehlerfall den Strom ableitet. Beim Stecken und Trennen des Steckverbinders muss dieser voreilend sein.

Anschlusstechnik

Für die Strombelastbarkeit und den Durchgangswiderstand ist natürlich auch die Anschlusstechnik für das Kabel wichtig, um die Übergangswiderstände im Dauerbetrieb so gering wie möglich zu halten. Hier verwendet Binder verschiedene Anschlusstechniken. Bei konfektionierbaren Steckverbindern ist die Schraubklemmtechnik weit verbreitet, weil einfach, ohne Spezialwerkzeuge und unabhängig vom Litzenaufbau des Kabels im Feld konfektionierbar. Nachteilig ist hier, dass sich die Schrauben bei extremen Schwingungs -und Stoßbelastungen lösen können. Ein Ausweg wäre die Käfigzugfederanschlusstechnik, die einen gleichmäßigen Kontaktdruck durch die Federwirkung garantiert. Verbreitet ist auch die Löttechnik, wo aber eine Feldkonfektion eher schwierig ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Crimptechnik, die sehr gute Kontaktierungergebnisse bei allen möglichen Belastungen aufweist. Diese Technik wird häufig bei Konfektionierungen mit angespritztem Kabel bzw. bei Konfektionären in Verbindung mit Crimpmaschinen eingesetzt. Weit verbreitet ist auch die Schneidklemmtechnik, die aber bestimmte Voraussetzungen im Litzenaufbau des Kabels erfordert. Bei hoher Kontaktdichte bzw. bei geringen Kontaktabständen wird heute im Signalbereich auch die Eindringtechnik verwendet, wo aber Abstriche bezüglich Übergangswiderständen und Dauerstabilität gemacht werden müssen.

Schutzart (IEC 60529)

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die erforderliche Schutzart des Steckverbinders im gesteckten und verriegelten Zustand. Die Schutzart hängt vom Anwendungsfall ab und muss vom Anwender berücksichtigt werden. Typische Anwendungen sind:

• IP40 Schutz gegen Berührung z. B. Laboreinsatz
• IP54 Schutz gegen Staub und Spritzwasser z. B. Fabrikhalle
• IP67 Schutz gegen kurzzeitiges Untertauchen im Wasser und Staubdicht
• IP68 Schutz gegen dauerndes Untertauchen ( bei Binder 1,8 bar, 24 Stunden), staubdicht
• IP69K Schutz gegen Wasser bei Dampfstrahl-Hochdruckreinigung

Diese Normvorgaben decken natürlich die konkrete Anwendung nicht ab, da Einflussfaktoren wie Flüssigkeit, Temperatur, Schadstoffe nicht abgebildet werden können. Im Zweifelsfall muss eine Rücksprache mit dem Hersteller erfolgen und eventuell mit Prüfungen abgesichert werden. Es besteht auch die Möglichkeit mit Schutzkappen zu arbeiten, die Binder im Angebot hat.

Schirmung

Die EMV-Richtlinie fordert, dass weder die Spannungen auf den Steckverbindern Störungen aussenden, noch diese von außen gestört werden dürfen. Das erfolgt dadurch, dass das Steckverbindergehäuse diese Störungen ableitet bzw. das Austreten verhindert. Bei Verwendung geschirmter Kabel muss der Schirm 360° auf das Steckverbindergehäuse aufgelegt werden. Das erfolgt bei konfektionierbaren Steckverbindern mit geeigneten Schirmringen bzw. mit Irisfedern oder bei am Kabel angespritzten Steckverbindern durch einen Schirmcrimp. Die elektromagnetische Verträglichkeit wird in dB ausgedrückt und gibt die Schirmdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz wieder. Im Regelfall sinkt der Schutz mit steigender Frequenz bzw. der Aufwand für den Schutz steigt mit steigender Frequenz. Neben der Schirmdämpfung sind noch die Übertragungseigenschaften interessant, das heißt Wellenwiderstand, Rückflussdämpfung, Übersprechen, Einfügedämpfung. Hier gilt wieder je höher die Frequenz um so aufwendiger die erforderlichen Maßnahmen. Diese Eigenschaften werden zunehmend wichtiger mit dem Einzug des Internet in die Industrieverkabelung und der Erhöhung des Datenvolumens.

Mechanische Lebensdauer (DIN EN 60512-5)

Eine Spezifikation für Steckzyklen liefert die mechanische Lebensdauer. Einflussfaktoren sind  nicht nur die Kontakte und Kontaktoberflächen, sondern auch der Verriegelungsmechanismus.

Für häufiges Stecken müssen die Federkräfte der Kontakte stabil sein um einen ausreichenden Kontaktdruck aufzubauen. Während des Steckvorganges werden die Kontaktoberflächen abgerieben und müssen so beschaffen sein, dass sich eventuelle Fremdschichten nicht negativ auf den Durchgangswiderstand auswirken. Bei Binder werden abhängig von der Anwendung verschiedene Kontaktoberflächen eingesetzt von Zinn über Silber bis zu Gold.

Umwelteinflüsse (DIN EN 60512-11)

Da es schwierig ist, alle Umwelteinflüsse abzubilden, setzt Binder Werkstoffe ein, die den üblichen Anwendungsbereich z.B. bei der Temperatur von -25 bis +85 °C abdecken. Als Kunststoffe werden Materialien mit guten Isolationseigenschaften verwendet, die auch in 90 % der Anwendungen geeignet sind.

Insbesondere bei Verwendung von aggressiven Medien werden die Metallgehäuseteile durch Edelstahl ersetzt. Als Dichtmaterialien im Außenbereich kommt im wesentlichen Viton zum Einsatz, welches eine hohe Beständigkeit gegen verschiedene aggressive Medien und Ozon hat.

Bei Erweiterung des Temperaturbereiches bis -40 °C müssen allerdings spezielle Dichtungsmaterialien ausgewählt werden. Da der Trend zum Einsatz eines vorkonfektionierten Steckverbinders geht und damit ein fehlerfreier und schneller Anschluss im Feld erleichtert wird, muss natürlich auch das Kabel diesen Anforderungen genügen. Neben Anforderungen im Schweißbereich spielt auch die Ölbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Reinigungsmittel eine große Rolle. Diese Anforderungen müssen im Vorfeld abgeklärt werden, um dem Kunden eine optimale Lösung anbieten zu können.

Zulassungen

Häufig müssen Geräte insbesondere beim Export Zulassungen wie UL, CSA oder VDE aufweisen. Dazu ist es am einfachsten man setzt nur Komponenten ein, die diese Zulassungen besitzen. Da das allerdings ein Kostengesichtspunkt ist, liegen die Zulassungen nicht für alle Produkte vor. Oftmals ist es dann ausreichend den Nachweis z.B. bei UL über zugelassene Materialien zu führen.

Kundendesign

Sollte der Kunde nicht auf vorhandene Produkte aus Kompatibilitätsgründen, technischen Anforderungen oder aus Marketinggründen zurückgreifen wollen, ist es möglich, kundenspezifische Steckverbinder zu entwickeln. Da das mit hohen Investkosten verbunden ist, wird das nur im Einzelfall passieren. Hier ist der Steckverbinderhersteller der Ansprechpartner. In einem Lastenheft werden die Anforderungen definiert abgeglichen und dann umgesetzt. Die Qualifizierung erfolgt in enger Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Kunde.

Normen der Anwender

Neben den oben beschriebenen Kriterien muss der Kunde weitere Bauartnormen seiner Anwendung beachten. Dazu gehören z.B. die Maschinenrichtlinie, Bahnnormen, PBT-Anforderungen, Zulassungsanforderungen für die Automobilindustrie, Sensornormen etc... Diese Anforderungen sind zum Teil durch die einschlägigen Steckverbindernormen nicht abgedeckt und müssen daher gesondert bewertet bzw. sogar geprüft werden. Diese Prüfungen können naheliegend mit der Prüfung des Gesamtgerätes beim Anwender verbunden werden.

Rolf Kunath; Produktmanager Franz Binder GmbH & Co.

Kathrin Irmer

Checkliste  

• Welche Einflüsse aus dem Umfeld des Anwendungsbereiches bedingen die Wahl des Schutzgrades? (Temperatur, Feuchtigkeitsgrad, Umgebungstemperatur, mechanische Einflüsse wie z.B. Vibrationen etc.)  
• Platzangebot in der Applikation: größer oder eher geringer?  
• Gerade oder gewinkelte Form?  
• Polzahl?  
• Technische Anforderungen: Spannung, Strom etc?  
• Anschlussquerschnitt?  
• Verriegelungsart: Bajonett, Snap-in, Push-pull oder Schraub?  
• Kabeldurchmesser, benötigte Auslaßgröße?  
• Material: Kunststoff oder Metall?  
• Konfektionierbar oder bereits am Kabel angespritzt?

Einkaufsführer in Zusammenarbeit mit Franz Binder GmbH & Co.

Das Familienunternehmen gehört zu den Marktführern im Bereich Rundsteckverbinder, wobei ständige Innovationen und Investitionen die Grundlagen für eine stetige Weiterentwicklung darstellen. Die umfangreiche Produktpalette an Rundsteckverbindern erstreckt sich von den Miniatur IP 67 dichten Sensorsteckverbindern mit nur 6 mm Außendurchmesser bis hin zu 24-poligen Maschinensteckverbindern mit 29 mm Durchmesser. Diese Rundsteckverbinder werden in erster Linie in der Mess-, Steuer- und Regeltechnik sowie in der Automatisierung eingesetzt. www.binder-connector.de