Introduzione ai connettori e ai cavi assemblati circolari

I connettori circolari, che ospitano più pin o contatti per il trasferimento di energia elettrica, segnali o dati, sono dispositivi elettrici cilindrici di varie dimensioni progettati per resistere a una serie di ambienti difficili. Chiamati anche interconnessioni circolari, la loro struttura circolare offre una maggiore robustezza e resistenza alle vibrazioni e agli urti, ai segnali esterni o alle interferenze, all'ingresso di contaminanti ambientali e a valori estremi di pressione o temperatura.

Grazie alle loro elevate prestazioni in queste condizioni estreme, i connettori e i cavi assemblati circolari trovano ampio impiego nelle applicazioni di automazione industriale e di fabbrica, nei dispositivi medicali, nei sistemi di sicurezza e di difesa, nel settore aerospaziale e altro ancora. I connettori circolari comprendono un'ampia gamma di prodotti, dai connettori circolari standard alle versioni DIN, metriche, ermetiche, push-pull, a chiave, a segnale misto, nonché micro o nano. Sono disponibili anche opzioni ibride che combinano alimentazione, segnale e dati in un unico dispositivo. Questo articolo si concentra principalmente sui connettori e sui cavi assemblati circolari standard, con la loro costruzione di base, le denominazioni e i codici, i criteri di selezione e altro ancora.

Costruzione dei connettori circolari

La forma cilindrica conferisce ai connettori circolari un rapporto resistenza/peso superiore a connettori di qualsiasi altra forma. Come già accennato, questa maggiore forza conferisce una maggiore resistenza ai danni da impatto, agli elementi esterni e al disaccoppiamento, oltre a garantire la durata in applicazioni con frequenti cicli di accoppiamento.

Il numero di contatti interni e la loro disposizione variano a seconda del tipo di connettore e dell'applicazione per garantire l'allineamento e l'inserimento corretti in un dispositivo di accoppiamento compatibile. I gusci dei connettori circolari sono spesso costruiti con filettature per consentire connessioni avvitate più sicure laddove le vibrazioni o altri fattori potrebbero causare disaccoppiamenti indesiderati. Altri tipi di sistemi di connessione sono il bloccaggio a baionetta, push/pull e a scatto.

Ad alto livello, ogni connettore circolare è composto da quattro aree principali (Figure 1 e 2):

Figura 1: Costruzione di base di un connettore circolare femmina. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

1. Contatti: i pin interni e le prese alloggiate nel connettore che servono a formare il collegamento elettrico. Una coppia accoppiata è costituita da contatti maschio e prese femmina.
2. Isolante: questo componente incapsula i contatti e li isola l'uno dall'altro e dal guscio del connettore. Garantisce inoltre la corretta spaziatura dei contatti e li mantiene nella posizione corretta.
3. Guscio: in quanto copertura esterna del connettore, il guscio protegge i contatti e l'isolante e fornisce il meccanismo di allineamento e connessione per l'accoppiamento delle due metà del connettore.
4. Accessori: possono includere pin, chiavi, anelli, morsetti, guarnizioni e altri componenti utilizzati per guidare, fissare, posizionare e sigillare le parti del connettore.

Figura 2: Costruzione di base di un connettore circolare maschio. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Designazioni e codici dei comuni connettori circolari

Il tipo di connettore circolare più conosciuto è forse lo standard M, utilizzato per collegare sensori e attuatori nelle applicazioni di rete industriali. La lettera "M" indica semplicemente la dimensione della filettatura metrica dei dadi e delle prese di accoppiamento, quindi abbiamo i comuni tipi di connettore M5 (5 mm di diametro), M8 (8 mm) e M12 (12 mm). I connettori e i cavi assemblati circolari di tipo M12 sono probabilmente i più comuni, in quanto rappresentano uno standard globale per l'industria automotive.

Nel complesso, i connettori di tipo M sono ulteriormente suddivisi in diverse categorie che definiscono la polarizzazione e la forma del corpo di contatto per garantire connessioni correttamente accoppiate. Queste denominazioni e codici sono definiti come segue (Figura 3):

• A - connettori per sensori, alimentazione c.c. e 1 Gbit Ethernet (protocollo per il collegamento di sistemi informatici in rete).
• B - connettori per Fieldbus (rete informatica industriale per il controllo distribuito) e Profibus (standard di rete digitale per la comunicazione tra sensori di campo e sistema di controllo).
• C - connettori a doppia chiave per una maggiore sicurezza, utilizzati per l'alimentazione c.a. di sensori e attuatori.
• D - connettori per sistemi Ethernet 100 Mbit e Profinet (protocollo per lo scambio di dati tra controller e dispositivi).
• X - connettori per applicazioni ad alta velocità 10 Gbit Ethernet e Power over Ethernet (PoE).
• S - connettori per l'alimentazione c.a. (in sostituzione dei componenti con codice C).
• Connettori T per l'alimentazione c.c. (in sostituzione dei componenti con codice A).

Figura 3: Panoramica generale delle varie opzioni di interfaccia per i connettori di tipo M. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Criteri di selezione dei connettori circolari

Esiste un elenco quasi infinito di specifiche e di aspetti da prendere in considerazione nella scelta di connettori circolari e/o cavi per un progetto. Al di là della scelta di un connettore circolare in plastica (CPC) o a guscio metallico (CMC), ecco un elenco relativamente completo di parametri da considerare:

• Genere (maschio/femmina): l'estremità maschio incorpora i pin di contatto che vanno a inserirsi nelle prese femmina (Figure 4 e 5). La maggior parte delle spine e delle prese è progettata per accoppiarsi con componenti dello stesso marchio o produttore. I connettori di produttori diversi tipicamente non sono interaccoppiabili, quindi in genere i connettori vengono forniti in coppia.

Figura 4: Accoppiamento di una coppia di connettori circolari maschio e femmina. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

• Numero di contatti: il numero di pin conduttivi nel connettore necessari per trasportare i segnali, i dati o l'alimentazione. Questo numero può variare da 1 a centinaia.
• Terminazione: la modalità di accoppiamento del filo o cavo con i contatti conduttivi del connettore: saldatura, filo avvolto, capicorda o crimpatura.
• Dimensione dei contatti: il diametro dei singoli contatti o il calibro del filo che può accoppiarsi con ciascun contatto.
• Tensione e corrente nominali: la tensione massima, espressa in volt (V), o la corrente, espressa in ampere (A), che il connettore è progettato per sopportare.
• Frequenza di inserimento: la frequenza con la quale il connettore verrà collegato e scollegato. Indicata anche come numero di cicli di accoppiamento, la frequenza di connessione può richiedere un connettore più robusto o un accessorio di protezione del cavo.
• Stile di montaggio: le opzioni di montaggio più comuni sono il montaggio su cavo, a pannello o superficiale.
• Stile di accoppiamento o bloccaggio: offre l'accoppiamento sicuro del connettore; può essere a baionetta, chiusura, push-pull, filettato e a sgancio rapido.
• Tipo di guscio: con la filettatura sul lato cavo del connettore circolare per offrire un supporto sicuro al cavo, il guscio può essere diritto, ad angolo retto, a treccia, a molla, con pressacavo, sigillato e crimpato.
• Materiali utilizzati: i materiali più comuni utilizzati per il corpo del connettore sono acciaio inox, alluminio, plastica, materiali compositi o ottone, a seconda dei requisiti di progettazione e del budget.
• Protezione dalle infiltrazioni: i gradi di protezione IP sono definiti dallo standard IEC 60529 sulla protezione dalle infiltrazioni di solidi e liquidi nel corpo del connettore. La materia è regolata dalla norma ANSI 60529 negli Stati Uniti e dalla norma EN 60529 in Europa.
• Spine e prese: non esiste una convenzione di denominazione standard, pertanto i diversi produttori possono utilizzare termini alternativi, ma in genere le prese sono associate ai connettori circolari montati a pannello, mentre le spine si riferiscono ai cavi assemblati con connettore circolare.

Figura 5: Come designare prese e spine di genere diverso. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Conclusione

Il connettore sarà esposto a contaminanti ambientali o soggetto a immersione? Il connettore deve essere protetto da segnali EMI o RFI? Il connettore sarà soggetto a vibrazioni eccessive o a impatti frequenti? Le risposte a ciascuna di queste domande contribuiranno a determinare la qualità, le caratteristiche e gli accessori necessari, ma a prescindere da ciò, i connettori circolari hanno dimostrato di essere una soluzione di interconnessione affidabile e robusta quando si tratta di condizioni applicative difficili. Same Sky offre una vasta gamma di connettori circolari e cavi assemblati circolari in grado di affrontare queste sfide progettuali.