En introduktion til cirkulære stik og kabler

Cirkulære stik, der indeholder flere stifter eller kontakter til overførsel af elektrisk strøm, signaler eller data, er cylindriske elektriske enheder af forskellig størrelse, der er designet til at modstå en række barske miljøer. De kaldes også cirkulære forbindelser, og deres cirkulære konstruktion giver dem ekstra robusthed og modstandsdygtighed over for vibrationer og stødskader, signaler eller interferens udefra, indtrængen af miljøforurenende stoffer og ekstreme tryk- eller temperaturforhold.

På grund af deres høje ydeevne under disse ekstreme forhold anvendes cirkulære stik og kabler bredt i industrielle og fabriksautomatiserede applikationer, medicinsk udstyr, sikkerheds- og forsvarssystemer, rumfart og meget mere. Cirkulære stik omfatter en bred vifte af produkttilbud fra standard cirkulære stik til DIN, metriske, hermetiske, Push-Pull, keyed, mixed signal og mikro- eller nano-versioner. Der findes også hybride løsninger, der kombinerer strøm, signal og data i en enkelt enhed. Denne artikel vil primært fokusere på cirkulære standardkontakter og -kabler, herunder deres grundlæggende konstruktion, betegnelser og koder, udvælgelseskriterier og meget mere.

Cirkulær konnektorkonstruktion

Takket være deres cylindriske form har cirkulære konnektorer et højere styrke/vægt-forhold end nogen anden konnektorform. Som allerede nævnt giver denne forbedrede styrke dem ekstra modstandsdygtighed over for slagskader, ydre elementer og afkobling, samtidig med at de er holdbare i applikationer med hyppige parringscyklusser.

Antallet af interne kontakter samt layoutet af disse kontakter varierer alt efter stik- og applikationstype for at sikre korrekt justering og indsættelse i en kompatibel parring. Cirkulære forbindelseshuse er ofte konstrueret med gevind for at muliggøre mere sikre skrueforbindelser, hvor vibrationer eller andre faktorer potentielt ville forårsage uønsket afkobling. Andre typer af tilslutningssystemer omfatter bajonetlåsning, push/pull-låsning og snaplås.

På et overordnet niveau består hver cirkulær forbindelse af fire hovedområder (figur 1 og 2):

Figur 1: Grundlæggende opbygning af et cirkulært hun-stik. (Billedkilde: Same Sky)

1. Kontaktering: De interne stifter og kontakter i stikket, der anvendes til at skabe den elektriske forbindelse. Et par består af hankontakter og hunudtag.
2. Isolator: Denne komponent indkapsler kontakterne og isolerer dem fra hinanden og fra stikkets kappe. Den sørger også for korrekt afstand mellem kontakterne og holder dem i den korrekte position.
3. Shell: Som det ydre dæksel af stikket beskytter skallen kontakterne og isolatoren, samtidig med at den udgør justerings- og forbindelsesmekanismen for sammenkobling af de to halvdele af stikket.
4. Tilbehør: Dette kan omfatte stifter, nøgler, ringe, klemmer, pakninger og andre komponenter, der anvendes til at styre, fastgøre, placere og forsegle dele af stikket.

Figur 2: Grundlæggende opbygning af et cirkulært stik. (Billedkilde: Same Sky)

Almindelige betegnelser og koder for cirkulære stik

Den måske mest kendte type cirkulært stik er M-style-standarden, der bruges til at forbinde sensorer og aktuatorer i industrielle netværksapplikationer. "M" angiver blot størrelsen af det metriske gevind på koblingsmøtrikkerne og de tilhørende modtagelige stik, hvilket giver os de almindelige M5 (5 mm diameter), M8 (8 mm) og M12 (12 mm) stikstykker. M12-cirkulære stik og kabler er nok den mest almindelige type, da de er en global standard for bilindustrien.

Som helhed er M-stil-stik yderligere opdelt i flere kategorier, der definerer kontaktlegemets nøgleform og form for at sikre korrekt sammenkoblede forbindelser. Disse betegnelser og koder er defineret som følger (figur 3):

• A - stik til sensorer, jævnstrøm og 1 Gbit Ethernet (protokol til at forbinde computersystemer til et netværk).
• B - stik til Fieldbus (industrielt computernetværk til distribueret styring) og Profibus (digital netværksstandard til kommunikation mellem feltsensorer og et styresystem).
• C - stik med dobbelt nøgleudskæring for ekstra sikkerhed, der bruges til vekselstrøm til sensorer og aktuatorer.
• D - stik til 100 Mbit Ethernet- og Profinet-systemer (protokol til dataudveksling mellem controllere og enheder).
• X - stik til 10 Gbit Ethernet højhastighedsapplikationer samt Power over Ethernet (PoE).
• S - stik til vekselstrøm (erstatning for C - kodede dele).
• T - stik til jævnstrøm (erstatning for A - kodede dele).

Figur 3: En generel oversigt over de forskellige grænseflademuligheder for M-stil-stik. (Billedkilde: Same Sky)

Kriterier for udvælgelse af cirkulære konnektorer

Der er en næsten uendelig liste over specifikationer og overvejelser, der skal tages i betragtning, når der vælges cirkulære stik og/eller kabler til et design. Ud over at beslutte, om et cirkulært plaststik (CPC) eller et cirkulært metalskalstik (CMC) passer bedre, er her en relativt omfattende liste over parametre, der skal overvejes:

• Køn (mand/kvinde): I den mandlige ende sidder de kontaktstifter, der sættes i de kvindelige stikkontakter (figur 4 og 5). De fleste stik og stikdåser er designet til at passe til deres eget mærke eller producent. Stik fra forskellige producenter kan typisk ikke forbindes med hinanden, så generelt vil stik blive leveret som et par sammenkoblede stik.

Figur 4: Sammenkobling af et cirkulært han- og hun-stikpar. (Billedkilde: Same Sky)

• Antal kontakter: Det antal ledende stifter i stikket, der kræves for at overføre signaler, data eller strøm. Dette tal kan være fra 1 til flere hundrede.
• Ophør: Hvordan ledningen eller kablet skal forbindes med de ledende kontakter i stikket, herunder lodning, wire wrap, kabelsko eller crimpning.
• Kontaktstørrelse: Diameteren på de enkelte kontakter eller den tråd, der kan forbindes med hver kontakt.
• Spænding og strømstyrke: Den maksimale spænding, udtrykt som volt (V), eller strøm, udtrykt som ampere (A), som stikket er beregnet til at bære.
• Indsætningsfrekvens: Hvor ofte stikket vil blive tilsluttet og frakoblet. Hyppigheden af forbindelserne, også kendt som parringscyklusser, kan kræve et mere robust stik eller kabelbeskyttelsestilbehør.
• Monteringsstil: Almindelige monteringsmuligheder omfatter kabelmontering, panelmontering eller overflademontering.
• Koblings- eller låsestil: Den kan omfatte bajonet, låse, push-pull, gevind og hurtig frakobling.
• Bagbeklædning Type: De forskellige typer backshell-typer omfatter lige, retvinklet, fletningshale, fjederhale, fjeder, trækbegrænsning, forseglet og crimpet.
• Anvendte materialer: Almindelige materialer, der anvendes til konnektorhuset, er rustfrit stål, aluminium, plast, komposit eller messing, afhængigt af designkrav og budget.
• Beskyttelse mod indtrængen: IP-mærkninger er defineret af IEC 60529-standarden, der dækker beskyttelse mod indtrængen af faste stoffer og væsker i stikkontaktens hus. ANSI 60529 dækker IP i USA og EN 60529 dækker det i Europa.
• Stik og stikkontakter: Der findes ingen standardkonvention for navngivning, så forskellige producenter kan bruge alternative betegnelser, men typisk forbindes stikkontakter og jackstik med panelmonterede cirkulære stik, mens stikpropper vedrører cirkulære stikkabelsamlinger.

Figur 5: Sådan betegnes stik og stik af forskelligt køn (Billedkilde: Same Sky)

Konklusion

Vil stikket blive udsat for miljøforurening eller blive nedsænket? Skal stikket beskyttes mod EMI- eller RFI-signaler? Vil forbindelsesstykket blive udsat for overdrevne vibrationer eller hyppige påvirkninger? Svarene på hver af disse spørgsmål vil være med til at bestemme den nødvendige kvalitet, funktioner og tilbehør, men uanset hvad har cirkulære stik vist sig at være en pålidelig og robust forbindelsesløsning, når der er tale om barske anvendelsesforhold. Same Sky tilbyder et bredt udvalg af cirkulære stik og cirkulære kabelsamlinger, der kan imødegå disse designudfordringer.