Grundlagen zu Rundsteckverbindern und entsprechenden Kabeln

Rundsteckverbinder enthalten mehrere Stifte oder Kontakte zur Übertragung von elektrischer Energie, Signalen oder Daten und sind zylindrische elektrische Komponenten unterschiedlicher Größe, die für raue Umgebungen ausgelegt sind. Ihre runde Konstruktion verleiht ihnen zusätzliche Robustheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibrationen und Stößen, externen Signalen oder Störungen, Verunreinigungen aus der Umgebung und extremen Druck- oder Temperaturschwankungen.

Aufgrund ihrer hohen Performance unter diesen extremen Bedingungen finden Rundsteckverbinder und ihre Kabel breite Anwendung in der Industrie- und Fabrikautomation, in medizinischen Geräten, Sicherheits- und Verteidigungssystemen, in der Luft- und Raumfahrt und vielen anderen Bereichen. Rundsteckverbinder umfassen eine breite Palette an Produkten, von Standard-Rundsteckverbindern bis hin zu DIN-, metrischen, hermetischen, Druck-Zug-, verschlüsselten, Mischsignal- und Mikro- oder Nano-Versionen. Es sind auch Hybridoptionen erhältlich, die Leitungen für Stromversorgung, Signale und Daten in einer einzigen Komponente kombinieren. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit Standard-Rundsteckverbindern und -kabeln, einschließlich ihrer grundlegenden Konstruktion, Bezeichnungen und Codes, Auswahlkriterien und mehr.

Konstruktion eines runden Steckverbinders

Dank ihrer zylindrischen Form haben runde Steckverbinder ein besseres Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht als jede andere Steckverbinderform. Wie bereits erwähnt, verleiht ihnen diese erhöhte Festigkeit zusätzliche Widerstandsfähigkeit gegen Schlagschäden, äußere Einflüsse und Trennung und verleiht ihnen Haltbarkeit in Anwendungen mit vielen Steckzyklen.

Die Anzahl der internen Kontakte sowie die Anordnung dieser Kontakte variiert je nach Steckertyp und Anwendung, um die korrekte Ausrichtung und das Einstecken in ein kompatibles Gegenstück zu gewährleisten. Die Gehäuse von Rundsteckverbindern sind häufig mit Gewinden versehen, um sicherere Schraubverbindungen zu ermöglichen, bei denen Vibrationen oder andere Faktoren zu einer unerwünschten Trennung führen könnten. Andere Verbindungsarten sind Bajonett-, Druck/Zug- und Schnappverbindung.

Von einer höheren Ebene aus betrachtet besteht jeder Rundsteckverbinder aus vier Hauptbereichen (Abbildungen 1 und 2):

Abbildung 1: Grundlegende Konstruktion einer Steckbuchse. (Bildquelle: Same Sky)

1. Kontakte: Die internen Stifte und Sockel im Stecker, die zur Herstellung der elektrischen Verbindung verwendet werden. Ein gepaartes Paar besteht aus Stiftkontakten und Sockelkontakten.
2. Isolator: Diese Komponente kapselt die Kontakte ein und isoliert sie gegeneinander und gegen das Steckverbindergehäuse. Sie sorgt auch für den richtigen Abstand der Kontakte und hält sie in der richtigen Position.
3. Schale: Als äußere Abdeckung des Steckverbinders schützt die Schale die Kontakte und den Isolator und dient gleichzeitig als Ausrichtungs- und Verbindungsmechanismus für die Paarung der beiden Steckerhälften.
4. Zubehör: Dazu können Stifte (auch Pins genannt), Schlüssel, Ringe, Klammern, Dichtungen und zusätzliche Komponenten gehören, die zur Führung, Sicherung, Positionierung und Abdichtung von Teilen des Steckverbinders verwendet werden.

Abbildung 2: Grundkonstruktion eines runden Steckers. (Bildquelle: Same Sky)

Übliche Bezeichnungen und Codes für Rundsteckverbinder

Der wohl bekannteste Typ von Rundsteckverbindern ist der M-Standard, der für den Anschluss von Sensoren und Aktoren in industriellen Netzwerkanwendungen verwendet wird. „M“ bezeichnet einfach die Größe des metrischen Gewindes auf den Überwurfmuttern und den Gegensteckern, was uns die gängigen Steckertypen M5 (5 mm Durchmesser), M8 (8 mm) und M12 (12 mm) beschert. M12-Rundsteckverbinder und -Kabel sind wohl der am häufigsten anzutreffende Typ, da sie ein weltweiter Standard in der Automobilindustrie sind.

Insgesamt werden die M-Steckverbinder in mehrere Kategorien unterteilt, die die Kodierung und die Form des Kontaktkörpers definieren, um eine ordnungsgemäße Verbindung zu gewährleisten. Diese Bezeichnungen und Codes sind wie folgt definiert (Abbildung 3):

• A - Steckverbinder für Sensoren, Gleichstrom und 1-Gbit-Ethernet (Protokoll zur Verbindung von Computersystemen zu einem Netzwerk).
• B - Steckverbinder für Fieldbus (industrielles Computernetzwerk für verteilte Steuerung) und Profibus (digitaler Netzwerkstandard für die Kommunikation zwischen Feldsensoren und einem Steuerungssystem).
• C - Steckverbinder mit doppelter Führungsnut für zusätzliche Sicherheit. Sie werden für die Wechselstromversorgung von Sensoren und Aktuatoren verwendet.
• D - Steckverbinder für Systeme für 100 Mbit Ethernet und Profinet (Protokoll für den Datenaustausch zwischen Steuerungen und Geräten).
• X - Steckverbinder für 10 Gbit Ethernet-Highspeed-Anwendungen sowie Power over Ethernet (PoE).
• S - Steckverbinder für Wechselstromversorgung (Ersatz für C - kodierte Komponenten).
• T - Steckverbinder für Gleichstromversorgung (Ersatz für A - kodierte Komponenten).

Abbildung 3: Ein allgemeiner Überblick über die verschiedenen Schnittstellenoptionen für M-Steckverbinder. (Bildquelle: Same Sky)

Auswahlkriterien für Rundsteckverbinder

Es gibt eine fast endlose Liste von Spezifikationen und Überlegungen, die bei der Auswahl von Rundsteckverbindern und/oder Kabeln für ein Projekt zu berücksichtigen sind. Abgesehen von der Entscheidung, ob ein Rundsteckverbinder aus Kunststoff (CPC) oder ein Rundsteckverbinder mit Metallgehäuse (CMC) besser geeignet ist, finden Sie hier eine relativ umfassende Liste von Parametern, die zu berücksichtigen sind:

• Stecker/Buchse: Der Stecker enthält die Kontaktstifte, die in die Sockel der Buchse eingesteckt werden (Abbildungen 4 und 5). Die meisten Stecker und Buchsen sind so konstruiert, dass sie nur mit der eigenen Marke oder dem eigenen Hersteller zusammenpassen. Steckverbinder verschiedener Hersteller lassen sich in der Regel nicht miteinander verbinden, daher werden Steckverbinder in der Regel als zusammengehöriges Paar beschafft.

Abbildung 4: Zusammenstecken eines Paares aus Stecker und Buchse. (Bildquelle: Same Sky)

• Anzahl der Kontakte: Die Anzahl der leitenden Stifte (Pins) im Steckverbinder, die für die Stromversorgung oder zur Übertragung von Signalen oder Daten benötigt werden. Diese Anzahl kann von 1 bis in den Hunderterbereich reichen.
• Anschluss: Die Art und Weise, wie der Draht oder das Kabel mit den leitenden Kontakten im Stecker verbunden wird, einschließlich Löten, Drahtumwicklung, Kabelschuhe oder Crimpen.
• Kontaktgröße: Der Durchmesser der einzelnen Kontakte oder die Stärke des Drahtes, der mit jedem Kontakt verbunden werden kann.
• Nennspannung und Nennstrom: Die maximale Spannung, ausgedrückt in Volt (V), oder der maximale Strom, ausgedrückt in Ampere (A), für den der Steckverbinder ausgelegt ist.
• Einsteckhäufigkeit: Wie oft der Steckverbinder eingesteckt und getrennt werden soll. Auch bekannt als Steckzyklen. Die Anzahl der Steckzyklen kann einen robusteren Steckverbinder oder Kabelschutzzubehör erfordern.
• Montageart: Übliche Montageoptionen sind Kabelmontage, Schalttafelmontage oder Oberflächenmontage.
• Kupplungs- oder Verriegelungsart: Bietet eine sichere Verbindung des Steckers und kann Bajonett-, Verriegelungs-, Druck/Zug-, Gewinde- und Schnelltrennanschlüsse umfassen.
• Endgehäusetyp: Wird auf die Kabelseite eines Rundsteckverbinders geschraubt, um einen sicheren Halt des Kabels zu gewährleisten. Es gibt gerade, rechtwinklige, geflochtene, gefederte, zugentlastete, abgedichtete und gecrimpte Endgehäuse.
• Verwendete Materialien: Übliche Materialien für den Steckverbinderkörper sind Edelstahl, Aluminium, Kunststoff, Verbundwerkstoffe oder Messing, je nach Designanforderungen und Budget.
• Schutz vor eindringenden Medien: Die IP-Schutzarten werden durch die Norm IEC 60529 definiert, die den Schutz gegen das Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten in das Gehäuse des Steckverbinders regelt. ANSI 60529 deckt IP in den Vereinigten Staaten und EN 60529 in Europa ab.
• Stecker und Buchsen: Es gibt keine standardisierte Namenskonvention, so dass verschiedene Hersteller alternative Bezeichnungen verwenden können, aber typischerweise werden Sockel und Buchsen mit schalttafelmontierten runden Steckverbindern in Verbindung gebracht, während Stecker sich auf runde Kabelkonfektionen beziehen.

Abbildung 5: Kennzeichnung von Buchsen und Steckern (Bildquelle: Same Sky)

Fazit

Ist der Steckverbinder Umweltverschmutzungen ausgesetzt oder wird er getaucht? Muss der Steckverbinder vor EMI- oder RFI-Signalen geschützt werden? Ist der Verbinder übermäßigen Vibrationen oder häufigen Stößen ausgesetzt? Die Antworten auf diese Fragen bestimmen die Qualität, die Merkmale und das benötigte Zubehör, aber unabhängig davon haben sich Rundsteckverbinder als zuverlässige und robuste Verbindungslösung für raue Anwendungsbedingungen bewährt. Same Sky bietet eine breite Palette von Rundsteckverbindern und Rundkabelkonfektionen an, die diesen Herausforderungen gerecht werden.