Hvad er et heavy duty-stik, og hvor bruges de til industrielle forbindelser ?

En bred vifte af stik anvendes i industrielle applikationer til at føre elektrisk strøm, sensorsignaler og kontroldata på kabler gennem deres samlinger ud af og ind i automatiseringskomponenter. Hvad der udgør et heavy duty-stik (undertiden forkortet HDC i produktnavne for stik) afhænger af anvendelsen, og er derfor noget relativt. Når det er sagt, er der en klar forskel mellem robuste industristik og de lette RJ- og IEC-stik, der findes i rene indendørs automatiseringsapplikationer, som involverer grundlæggende Ethernet og svag strøm.

Heavy duty-stik kan have større generel robusthed samt forbedret beskyttelse mod indtrængen, reduceret brandfarlighed, bred driftstemperatur, interlocking, jordafskærmning eller blot mere pålidelig forbindelse med positiv låsning.

Heavy duty-kabelforskruninger i forhold til konnektorer

kabelforskruninger (undertiden kaldet ledningsgreb) er for det meste mekaniske komponenter, der omslutter kabler som sidstnævnte passerer gennem grænserne for industrielle kontrolpaneler samt andre kabinetter, stik og controller organer lavet af metalplader og hård plast. kabelforskruninger tjener tre formål. De:

• Fastgør kablet
• Forebygger skridning af kabler og andet slid
• Sørg for en forsegling omkring kabelafsnittet for at beskytte mod indtrængende fugt eller opsugning af fugt i kabinettet

Den måde, hvorpå kabelforskruninger forankrer kabler, forhindrer skader på elektriske kontakter, hvis der trækkes i kablet eller på anden måde forstyrres. Kabelforskruninger forhindrer også, at kabelkapperne gnider mod de skarpe kanter af huller i kabinettet, da kabelforskruningerne fylder og udvider sig omkring disse kanter. Uden kabelforskruninger kan kabler, der er udsat for selv den mindste bevægelse, hurtigt blive skåret over af de skarpe kanter i huller i kabinettet, indtil deres ydre isolering er helt gennemsavet ... og kabelne kortslutter.

I modsætning til disse kabelforskruninger (der omslutter kabler) er der stik, der afslutter kabler - og som generelt giver mulighed for mere bekvem frakobling og genindkobling samt sammenføjning af flere komponent- og kabelafsnit. Typisk omfatter heavy duty varianter af disse stik en eller flere robuste egenskaber.

Heavy duty-stik kan være forsynet med kabelindføringsbeskyttelse i form af en universel kabelforskruning, kabelklemme eller en tætning og anti-troldningsanordning. Uanset den mekaniske form sikrer de kablet og forhindrer, at det trækkes ud af terminalerne. Kabelindføringsbeskyttelse kan også forhindre kabelslid ligesom selvstændige kabelforskruninger gør det. Bemærk, at lamelindsatser (indføringer med flere fingre) er almindelige på moderat robuste stik, selv om indsatsen kræver regelmæssig efterspænding for at sikre beskyttelse mod indtrængen. Indføringer med en kontinuerlig forsegling, der klemmer sig om kablet, er ofte et mere pålideligt valg til heavy duty anvendelse.

Hætten på nogle heavy duty-stik omslutter de elektriske ledere i stikket og giver samtidig isolering og beskyttelse mod indtrængen - samt en låsemuffe eller et håndtag til at holde stikkets halvdele sammen.

På mange heavy duty-stik omfatter en han-indsats stifter samt skruer eller crimpterminaler, hvor de ledende ledningskerner kommer i kontakt med stifterne. I sådanne stik omfatter den hun-indsats komplementære sokler samt modtagelige stik eller crimpterminaler, hvor de ledende ledningskerner kommer i kontakt med soklerne.

De robuste kabelstiks heavy duty-huse er måske deres mest iøjnefaldende kendetegn - ofte med isolering og beskyttelse mod indtrængen. Tilbehør kan omfatte ekstra beskyttelsesdæksler og vejledninger til ben-koder.

Figur 1: Han®-seriens stik omfatter flere supplerende funktioner, der kan modstå ret brutale miljøforhold. (Billedkilde: Harting)

IP-koder for beskyttelse mod indtrængen i heavy duty-stik

Det er også ret standard for heavy duty-stik at yde beskyttelse mod indtrængning af væsker og faste partikler. Stikforbindelsernes beskyttelse mod indtrængen er klassificeret ved hjælp af de samme IP-koder (Ingress Protection) som dem, der anvendes til kabinetter. Det første ciffer i en IP-kode angiver beskyttelse mod faste genstande med værdier fra 0 (ingen beskyttelse) til 6 - hvilket angiver en fuldstændig støvtæt konstruktion. Det andet IP-kodeciffer angiver beskyttelse mod væsker med værdier fra 0 (ingen beskyttelse) til 8 (kontinuerlig beskyttelse mod vand i en dybde på 1 m) eller endog 9K - der angiver beskyttelse mod højtryksstråler. Et IP67-klassificeret stik kan f.eks. modstå indtrængen af støv og midlertidig nedsænkning i vand.

Variationer af proprietære stik - hvorfor er de så almindelige?

På grund af den store afhængighed af mekaniske lukke- og tætningsfunktioner for heavy duty-stik er mange muligheder på markedet i dag enten proprietære designs eller applikationsspecifikke stikvariationer. Hele industrier har f.eks. standardiseret sig på heavy duty rektangulære stik til strøm- og kontrolforbindelser fra Harting Han-serien. Faktisk betragtes dette varemærkebeskyttede mærke nogle gange som synonymt med begrebet heavy duty-stik generelt.

Figur 2: Han-serien af stik (med fire og 26 ben) er en slags industristandard, der opfylder forskellige krav til data- og strømforbindelser fra 50 til 5.000 V og 3 til 200 A. Låsesystemer omfatter en Han-Easy Lock med et enkelt håndtag til nem enhåndsbetjening og en Han-Easy Lock med dobbelt håndtag - til mere pålidelig låsning, højere tryktæthed og brug med kabel-til-kabel-forbindelser. En anden robust mulighed er skruelåsning for maksimal tryktæthed og reduceret risiko for uautoriseret brug. (Billedkilde: Harting)

Han-seriens stik har stifter, der er anbragt i en rektangulær hætte, som passer til tilsvarende sokler i et rektangulært hus. Stikkene er generelt udstyret med låsehåndtag, så installationspersonalet nemt og sikkert kan lukke stikket - og sikre, at det ikke kan trækkes fra hinanden ... selv når der påføres betydelige spændingsbelastninger.

Hætter (bolt-on stikdæksler) er mest almindelige på strømkabeltermineringer; de er tilgængelig i top- og sideindgangskonfigurationer. Husene kan være skruemonteret, overflademonteret eller skottet monteret for at give mulighed for tilslutning til instrumentering eller maskiner. Alternativt kan husene også afslutte kabler til kabel-til-kabel-forbindelser. Hætter og huse er typisk fremstillet af trykstøbt legering ... men huse af rustfrit stål og plast er også almindelige. Nogle producenter tilbyder konfigurerbare stik, der kan sættes sammen i en enkelt hætte eller et enkelt hus. Dette kan give mulighed for et højere antal ben på tværs af alle forskellige moduler. Sådanne stik er tilgængelig under mærkerne Molex GWconnect HDC og TE Connectivity HDC.

De robuste kabelstik til data- og Brad-serien af stik sensorsignalkabler er lidt forskellige. Her fører M-serie stikkene. De er robuste stik, der tjener i forskellige dataforbindelser (herunder dem baseret på Ethernet) samt elektriske strøm-transmissioner. Robuste M-serie stik er mest almindelige i industrielle netværk applikationer, der involverer PROFINET, fieldbus og industrielle Ethernet til at forbinde sensorer, switche og PLC'er.

Som beskrevet i tidligere DigiKey-artikler består M-seriens stik af runde han- og hunkontakter med standard metriske gevindmuffer, der omslutter og beskytter interne stifter og stikdåser. Standardstørrelser omfatter 5-mm M5, 8-mm M8, 12-mm M12, 16-mm M16 og 23-mm M23-stik. Den gevindskårne muffe giver en meget robust og pålidelig forbindelse, som ikke let kan trækkes fra hinanden, og som sikrer en meget pålidelig elektrisk forbindelse, hvilket minimerer intermittente signaler. Sleevet giver også M-seriens stik en høj grad af beskyttelse mod indtrængen, hvilket i mange tilfælde kan gøre det muligt at bruge dem i vaske- og korrosive miljøer. De mest almindelige størrelser er M8- og M12-stik med to, tre, fire, fem, otte eller 12 ben. Typisk servicerer tre- eller firestik i M-serien sensorer og strømforsyninger; fire- eller otte-stik i M-serien servicerer Ethernet- og PROFINET-enheder; og fire- eller fem-stik i M-serien servicerer Fieldbus-, CAN-bus- og DeviceNet-automatiseringsenheder.

Figur 3: M-seriens stik er fremstillet af højstyrkealuminium og har en ratleskrue til hurtig og sikker kabeltilslutning med én hånd. (Billedkilde: LEMO)

Dataforbindelser, der anvendes i industrielle applikationer, omfatter Ethernet, ModbusTCP/IP, EtherCAT, Ethernet/IP og Profinet, samt forskellige proprietære formater. RJ-stik er standarden for alle implementeringer af Ethernet, men de giver ikke beskyttelse mod indtrængen og er ikke særlig robuste. Selv om en plastikflig på han-siden klikker ind i stikkontakten (for at holde stikhalvdelene sammen), er den ret sart ... og lader stikkene trække sig ud af stikkontakten, selv hvis der trækkes lidt i dem. Derfor er M-seriens stik en overlegen løsning, hvis en automatiseret installation er udsat for bevægelse og tilfældigt misbrug.

Der er dog endnu et forbehold her. Mens standard M-seriens stik er en passende mulighed for industrielle stik, afhænger opnåelsen af en pålidelig forbindelse (og det nominelle beskyttelsesniveau mod indtrængen) af, at teknikeren spænder stikkets gevind korrekt. Nogle stikleverandører har forsøgt at afhjælpe selv dette potentielle fejlpunkt ved at sælge push-fit-stik, der automatisk låses. Den måske mest etablerede af disse er Molex Brad-serien af stik, som er en direkte erstatning for standard M12-stik. Disse udelader gevindhylsteret for en pålidelig push-to-lock-mekanisme ... så ved blot at trykke stikhalvdelene sammen sikres en perfekt låsning og en pålidelig forbindelse uden risiko for afbrydelser af signaler eller afbrydelser af forbindelsen. Disse stik er tilgængelig i forskellige konfigurationer og omfatter push-on- og pull-off-stik med IP65-beskyttelse.

Figur 4: Ultra-Lock stik er en push to lock mulighed med O-ringe til at give idiotsikre forbindelser og IP69K indtrængen beskyttelse. (Billedkilde: MOLEX)

Når de bruges til Ethernet-applikationer, kan M-serie og Molex Brad-stik også overføre strøm ved hjælp af PoE-standarderne (Power over Ethernet) i tre konfigurationer - Alternativ A, Alternativ B og 4PPoE - for at understøtte forskellige niveauer af båndbredde og strømkapacitet.

IEC-strømkontakter til høje effektkrav

IEC (International Electrotechnical Commission) definerer forskellige standarder for strømstik, der anvendes i husholdninger, kommercielle og industrielle applikationer. For eksempel dækker IEC 60320 ikke-låsende stik med spændinger og strømme på op til henholdsvis 250 V og 16 A. Det drejer sig bl.a. om store, men ikke-bestandige C13/C14- og større C19/C20-koblere, der er almindelige i elektronisk udstyr til industrielle anvendelser - herunder strømforsyninger til computere og serverkabinetter. Disse koblinger anses normalt ikke for at være heavy duty-stik.

I modsætning hertil er IEC 60309-låsestik robuste - og beregnet til brug på industrikabler, der overfører spændinger og strømme på op til henholdsvis 1.000 V og 800 A. Alle IEC 60309-låsestik giver en vis grad af beskyttelse mod indtrængen med standardkonfigurationer, der giver stænktæt IP44, vandtæt IP67 eller stråletæt og vandtæt IP66/67-beskyttelse.

Standarden giver også mulighed for sammenkoblede stikkontakter: Stikkontakter med denne funktion tillader ikke strøm, medmindre de er parret med et stik ... og stikket kan ikke fjernes, før strømmen er slukket. Følgende farvekodning angiver det tilladte spændings- og frekvensområde for stikket.

• Gul angiver, at IEC 60309-strømkontakten er egnet til at overføre 100 til 130 V ved 50 eller 60 Hz.
• Blå angiver, at IEC 60309-strømkontakten er egnet til 200 til 250 V ved 50 eller 60 Hz.
• Rødt indikerer, at IEC 60309-strømkontakten er egnet til at overføre 380 til 480 V ved 50 eller 60 Hz som ofte er i en trefaset konfiguration.

Figur 5: Dette røde farvekodede heavy duty-stik opfylder IEC 60309-standarden til forsyning af 380 til 480 V. (Billedkilde: Wikimedia Commons)

Konklusion

Heavy duty-stik skal opfylde forskellige krav. Skal stikket kunne modstå knusning fra stødbelastninger - eller skal det kunne trækkes fra hinanden? Er der behov for beskyttelse mod støv eller vand? Hvilke temperaturer skal stikket kunne tåle? Skal et heavy duty-stik installeres i omgivelser, hvor brandfarlighed er et problem?

Antallet af ben og den spænding og strøm, der skal transporteres af hver enkelt ben, skal også tages i betragtning - sammen med kabelindføringsretningen og kabelbeskyttelsesniveauet. På automatiserede maskiner, hvor kablerne og deres stik er udsat for bevægelse, skal der være passende kabelforskruninger og kabelklemmer ... og det kan også være fornuftigt med anordninger mod vridning.

Til elektriske belastninger, der er relativt lette, men som arbejder i barske miljøer, er M-seriens stik og deres afledte produkter ofte et passende valg. For højere elektriske belastninger kan rektangulære stik være en bedre løsning, da de kan konfigureres til at passe til næsten ethvert komplekst krav med forskellige kabelindføringsretninger, monteringsmuligheder og generelt modulære opbygninger. Ellers er IEC 60309-låsende industristik til enkle strømforbindelser til en enkelt- eller trefaset vekselstrøm det førende (hvis ikke det eneste) valg til enkle strømforbindelser.