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Industriesteckverbinder Kunststoff-Gehäuse für leichte schwere Steckverbinder

Autor / Redakteur: Roberto Gilardoni * / Kristin Rinortner

Konstrukteure von Maschinen und Anlagen setzen sich mittlerweile mit dem Thema Kunststoff für Steckverbinder intensiv auseinander. Der Beitrag beschreibt Vorteile und Einsatzgebiete dieser Steckverbinder.

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Industriesteckverbinder: Die „smarte“ Kabelverschraubung erfolgt über den Bajonett-Verschluss, und die präzise Markierungsnut (oben rechts am Gehäuse) erleichtert das Einrasten der Markierungsschilder.
Industriesteckverbinder: Die „smarte“ Kabelverschraubung erfolgt über den Bajonett-Verschluss, und die präzise Markierungsnut (oben rechts am Gehäuse) erleichtert das Einrasten der Markierungsschilder.
(Bild: Phoenix Contact)

Sowohl Maschinenhersteller als auch Steckverbinder-Produzenten gehen heute davon aus, dass durch die Anforderungen an die „Smart Factory“ der Bedarf an steckbaren Schnittstellen bei Produktionsmaschinen steigen wird.

Vieles spricht dafür, dass in der „Smart Factory“ nicht konventionelle Industriesteckverbinder-Gehäuse aus Metall sondern vermehrt Kunststoff-Gehäuse zum Einsatz kommen werden.

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Hohe Flexibilität trotz Massenfertigung

Die Gründe für die vermehrte Produktion von schweren Steckverbindern aus Kunststoff sind zahlreich. Dabei geht es längst nicht mehr nur um die Reduktion von Gewicht und Materialkosten seitens des Anwenders sondern auch um die höhere Flexibilität bei Fertigung und Nutzung von Kunststoff-Steckverbindern. Das wird deutlich, wenn man etwa die Gehäuseserie Heavycon Evo von Phoenix Contact näher betrachtet.

Mit Kunststoff als Gehäusematerial können auch komplexere Steckverbinder-Geometrien kostengünstig hergestellt werden. Der Bajonett-Verschluss für die variable Wahl des Kabelabgangs kann aus Kunststoff vergleichsweise günstig umgesetzt werden – und außerdem spart der Anwender mit dieser Steckverbinder-Variante erheblich Kosten für Logistik und Lagerhaltung.

Mit einer geringen Zahl an Varianten von Steckverbinder-Tüllen und Kabelverschraubungen lässt sich der Steckverbinder zu zahlreichen Varianten kombinieren. Damit erfüllt die Baureihe bereits wesentliche Anforderungen der künftigen Smart Factory: hohe Varianz in der Anwendung – hergestellt zu den Bedingungen der Massenfertigung.

Die Gehäuse besitzen eine rastbare Nut (siehe Titelbild), die professionelle Markierungslösungen ermöglicht. Die präzise Geometrie einer derartigen Markierungsnut ließe sich mit konventionellem Metall-Druckguss – wenn überhaupt – nur mit hohem Aufwand und somit zu hohen Kosten fertigen. Eine beständige und möglichst unverlierbare Markierung der Steckverbinder ist aber gerade dort unerlässlich, wo Maschinen und Anlagen in modularer Bauweise vormontiert und dann am Installationsort schnell und fehlerfrei zusammengefügt werden müssen.

Die Flexibilität eines smarten Steckverbindergehäuses

Auch die Verriegelungsbügel lassen sich – wenn sie aus strapazierfähigem Kunststoff gefertigt sind – leicht vom Anbaugehäuse abmontieren, falls ein Austausch oder eine seitenverkehrte Montage der Bügel auf die Tüllenseite ansteht. Metallische Verriegelungsbügel an metallischen Steckverbinder-Gehäusen sind meist vernietet, bei einer Beschädigung der Bügel muss dann häufig das komplette Anbaugehäuse ausgetauscht werden – was ebenfalls mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist.

Hersteller von Maschinen für die smarte Fertigung der Zukunft können schon heute von der Flexibilität eines „smarten“ Steckverbinder-Gehäuses profitieren. Außerdem haben sie die Gewissheit, auch künftig auf Änderungen oder Erweiterungen an der Maschine durch Anpassen der Schnittstelle flexibel zu reagieren.

Um auch hinsichtlich der zu übertragenden Leistung, Signale und Daten flexibel zu sein, empfiehlt sich ein System mit modularen Kontakteinsätzen, die zu einem anwendungsspezifischen Steckgesicht zusammengefügt werden. Derartige Systeme – wie etwa Heavycon modular vom Blomberger Hersteller – sind zu den Kunststoffgehäusen der Steckverbinder kompatibel. Entwickelt wurden sie mit der Maßgabe, mit Standard-Komponenten aus der Serienfertigung eine hohe Flexibilität in der Applikation zu ermöglichen (Bild 1).

Kunststoffgehäuse in rauen Umgebungen

Ansaugkrümmer aus Kunststoff steigern die Effizienz moderner Motoren, weil sie das Strömungsverhalten optimieren. Treibstofftanks aus Kunststoff lassen sich nach individuellen Erfordernissen gestalten – dadurch reduziert sich nicht nur das Fahrzeuggewicht, auch der verfügbare Raum lässt sich besser nutzen.

Neben der Automobilindustrie liefert besonders die Luftfahrtindustrie zahlreiche Beispiele für den Einsatz hochwertiger Kunststoff-Verbundwerkstoffe. Der Airbus A380 etwa besteht zu 25% aus Kunststoff, der mit Karbonfasern verstärkt ist. Daraus resultiert eine Verringerung des Kerosinverbrauchs um 15%. Der Kunststoffanteil der Boeing 787 liegt bereits bei 50%, was noch niedrigere Emissionen klimaschädlicher Gase während des Betriebes impliziert.

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Kompatibel stecken, flexibel kombinieren

Die schweren Steckverbinder der Serie Heavycon complete bieten für jede Anwendung die passende Lösung: die Steckverbinder schützen die Schnittstellen und ermöglichen auch unter extremen Bedingungen eine sichere Energieübertragung. Sie widerstehen Schmutz, Wasser, Vi-
brationen sowie hohen mechanischen Belastungen.

Dass glasfaserverstärkte Kunststoffe im industriellen Umfeld auch unter extremen Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommen, kann am Applikationsbeispiel der Klemmenkästen gezeigt werden (Bild 2). So setzt etwa die Prozessindustrie schon seit längerem entsprechend zertifizierte Polyester-Boxen in explosionsgefährdeten Bereichen (Schutzart Ex e) ein. Die hier erforderlichen Tests – Schlagfestigkeit, Falltest, Temperaturzyklen – bestehen moderne Industriekunststoffe ebenso gut wie metallische Werkstoffe (Bild 3).

Einsatzbeispiele und Vorteile von Kunststoff-Gehäusen

Steckverbinder-Gehäuse für raue Einsatzbedingungen sind den meisten Maschinenherstellern ohnehin schon aus dem Umfeld der CEE-Steckvorrichtungen bekannt. Selbst bei Außenanwendungen – beispielsweise Baumaschinen, Veranstaltungstechnik oder Fahrgeschäfte – werden derartige Steckvorrichtungen aus robustem Kunststoff seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt (Bild 4).

Die hier angeführten Beispiele – Klemmenkästen, CEE-Steckvorrichtungen und Gehäuse der Baureihe Heavycon Evo – haben eines gemeinsam: sie schützen innenliegende elektrische Kontaktstellen vor dem Eindringen von Schmutz und Wasser und bieten dem Anwender einen hochwertigen Berührschutz. Dieser Berührschutz ist gerade bei einer Steckvorrichtung von großer Bedeutung, da das Steckverbindergehäuse beim Stecken und Lösen der Verbindung in der Hand des Anwenders liegt.

Eine PE-Anbindung des Gehäuses ist nicht erforderlich, wenn das Gehäuse aus einem nicht leitenden Werkstoff besteht. Durch den Wegfall des PE-Kontaktes erfolgt der Anschluss schneller und mit geringerem Fehlerrisiko – auch darin liegt ein Vorteil des Kunststoffgehäuses.

Kunststoffe, die nach geeigneten Kriterien ausgewählt wurden, verbessern im Laufe des gesamten Lebenszyklus eines Produktes die Ökobilanz – ohne Kostennachteil für den Anwender. Kunststoffe verbrauchen im Herstellungsprozess weniger Energie als Stahl oder Aluminium und sie lassen sich mit einem geringen Energieeinsatz auch wieder recyceln.

Um den Ressourcen-Verbrauch während des gesamten Produktlebenszyklus quantifizierbar zu machen, wird häufig der Begriff des „ökologischen Rucksacks“ verwendet. Je nach Art der Anwendung und des Kunststoffes fallen die Vergleiche recht unterschiedlich aus. Im direkten Vergleich zum Industriekunststoff steht Aluminium als Werkstoff aber immer mit einem deutlich schwereren ökologischen Rucksack in der Bilanz dar – der Faktor liegt hier bei 15.

Allein der kumulierte Energieaufwand (KEA) für Beschaffung, Herstellung, Verwendung und Entsorgung liegt mit 193 MJ/kg bei Aluminium fast doppelt so hoch wie beim Kunststoff Polyamid. Der KEA macht jedoch nur einen kleinen Teil der Ökobilanz aus. Auch der Verbrauch an Wasser, Rohstoffen und Hilfsstoffen lässt die Schere zwischen Kunststoff und Metall weiter auseinander gehen.

Der Bedarf an Gehäusen aus Kunststoff steigt

Obwohl es vielen Konstrukteuren von Maschinen und Anlagen schwer fällt, mit alten Gewohnheiten zu brechen und in etablierten Maschinen-Modellen die metallischen Steckverbinder-Gehäuse durch Kunststoffgehäuse zu ersetzen, steigt der Bedarf an Steckverbinder-Gehäusen aus Kunststoff.

Ergänzendes zum Thema
Die Vorteile von Heavycon auf einen Blick
  • Immer die richtige Steckverbindung durch drei unterschiedliche Bauserien
  • Gehäuse sind montage- und steckkompatibel zu den Aluminiumgehäusen der bekannten Hersteller
  • Variable Anschlusstechniken bei Kontakteinsätzen und Klemmenadaptern
  • Modulare Kontakteinsätze für Signale, Daten, Leistung und Pneumatik können einfach im Snap-in-Rahmen eingerastet und im Gehäuse montiert werden
  • Alle Metallgehäuse sind „EMC ready“ ausgelegt durch leitfähige Oberflächen und Dichtungen

Hier zeigt sich, dass sich Planer und Konstrukteure von Maschinen und Anlagen zumindest bei neuen Applikationen und neuen Maschinengenerationen mit dem Thema Kunststoff für Steckverbinder intensiv auseinandersetzen.

Ein Vergleich der technischen Daten von Steckverbinder-Gehäusen aus Metall und Kunststoff verdeutlicht, dass es kaum Gründe gegen den Einsatz von Kunststoffen in den oben beschriebenen Applikationsbereichen gibt. Lediglich bei extremen Temperaturanforderungen, beispielsweise im Offshore-Bereich, oder bei Anwendungen, die aufgrund ihrer Störanfälligkeit eine vollständige Schirmung benötigen, ist unbedingt ein metallisches Gehäuse erforderlich. Bei allen anderen Anwendungen, auf die diese beiden Kriterien nicht zutreffen, ist ein Anwender immer gut damit beraten, die Kunststoffvariante in Betracht zu ziehen.

* Roberto Gilardoni arbeitet im Produkt-Marketing Schwere Industriesteckverbinder, Industrial Field Connectivity, bei Phoenix Contact in Blomberg.

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