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Kunststoffgehäuse für schwere Steckverbinder

01  Industriesteckverbinder Heavycon: Die Kabelverschraubung erfolgt über den Bajonettverschluss, und die präzise Markierungsnut (oben rechts am Gehäuse) erleichtert das Einrasten der Markierungsschilder

01  Industriesteckverbinder Heavycon: Die Kabelverschraubung erfolgt über den Bajonettverschluss, und die präzise Markierungsnut (oben rechts am Gehäuse) erleichtert das Einrasten der Markierungsschilder

02  Mit modularen Kontakteinsätzen für Daten, Signale und Leistung wird der Einsatz schwerer Steckverbinder flexibler und bequemer

02  Mit modularen Kontakteinsätzen für Daten, Signale und Leistung wird der Einsatz schwerer Steckverbinder flexibler und bequemer

03   Für die Prozessindustrie prädes­tiniert: Klemmenkästen von Phoenix Contact werden aus hochwertigem Polyester gefertigt

03   Für die Prozessindustrie prädes­tiniert: Klemmenkästen von Phoenix Contact werden aus hochwertigem Polyester gefertigt

04  Kunststoffgehäuse bestehen aus schlagzähen Kunststoffen, die auch extremen Einsatzbedingungen widerstehen

04  Kunststoffgehäuse bestehen aus schlagzähen Kunststoffen, die auch extremen Einsatzbedingungen widerstehen

05  CEE-Steckvorrichtung: Steck­dosenkombinationen aus Kunststoff lassen sich kundenindividuell in ­unterschiedlichen Gehäusegrößen mit Steckdosen und Sicherungs­elementen konfigurieren (Quelle: Walther-Werke Ferdinand Walther GmbH)

05  CEE-Steckvorrichtung: Steck­dosenkombinationen aus Kunststoff lassen sich kundenindividuell in ­unterschiedlichen Gehäusegrößen mit Steckdosen und Sicherungs­elementen konfigurieren (Quelle: Walther-Werke Ferdinand Walther GmbH)

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 dabei nicht konventionelle Industriesteckverbinder-Gehäuse aus Metall, sondern vermehrt Kunststoffgehäuse zum Einsatz kommen werden.

Die Gründe für die vermehrte Produktion von schweren Steckverbindern aus Kunststoff sind zahlreich. Dabei geht es längst nicht mehr nur um die Reduzierung von Gewicht und Materialkosten seitens des Anwenders, sondern auch um die höhere Flexibilität bei Fertigung und Nutzung von Kunststoffsteckverbindern. Das wird deutlich, wenn man etwa die Gehäuseserie Heavycon Evo von Phoenix Contact näher betrachtet.
Durch die Verwendung von Kunststoff als Gehäusematerial können auch komplexere Steckverbindergeometrien kostengünstig hergestellt werden. Der Bajonettverschluss für die variable Wahl des Kabelabgangs kann aus Kunststoff vergleichsweise günstig umgesetzt werden – und außerdem spart der Anwender mit dieser Steckverbindervariante Kosten für Logistik und Lagerhaltung. Mit einer geringen Zahl an Varianten von Steckverbindertüllen und Kabelverschraubungen lässt sich der Steckverbinder aus der Baureihe Heavycon Evo zu zahlreichen Steckervarianten kombinieren. Damit erfüllt diese Baureihe bereits wesentliche Anforderungen der künftigen Smart Factory: hohe Varianz in der Anwendung – hergestellt zu den Bedingungen der Massenfertigung.

Professionelle Markierungslösungen
Die Gehäuse aus der Serie Heaycon Evo haben eine rastbare Nut (Bild 1), die professionelle Markierungslösungen ermöglicht. Die präzise Geometrie einer derartigen Markierungsnut ließe sich mit konventionellem Metalldruckguss 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.
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 Steckverbindergehäusen sind meist ­vernietet, bei einer Beschädigung der Bügel muss dann häufig das komplette Anbaugehäuse ausgetaucht 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 Anpassung der Schnittstelle flexibel reagieren zu können. Um auch hinsichtlich der zu übertragenden Leistung, ­Signale und Daten flexibel zu sein, empfiehlt sich die Verwendung eines Systems mit modularen Kontakteinsätzen, die zu ­einem anwendungsspezifischen Steckgesicht zusammengefügt werden. Derartige Systeme, wie Heavycon Modular, sind zu den Kunststoffgehäusen der Steckverbinder kompatibel. Entwickelt wurden sie mit der Maßgabe, mit Standardkomponenten aus der Serienfertigung eine hohe Flexibilität in der Applikation zu ermöglichen (Bild 2).

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 Carbonfasern verstärkt ist. Daraus resultiert eine Verringerung des Kerosinverbrauchs um 15 %. Der Kunststoffanteil der Boeing 787 – auch bekannt als Dreamliner – liegt bereits bei 50 %, was noch niedrigere Emissionen klimaschädlicher Gase während des Betriebs impliziert.
Dass glasfaserverstärkte Kunststoffe im industriellen Umfeld auch unter extremen Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommen, kann am Applikationsbeispiel der Klemmenkästen gezeigt werden (Bild 3). So setzt etwa die Prozess­industrie schon seit Längerem entsprechend zertifizierte ­Polyesterboxen in explosionsgefährdeten Bereichen (Schutzart Ex e) ein. Die hier erforderlichen Tests – Schlagfestigkeit, Falltest und Temperaturzyklen – bestehen moderne Indus­triekunststoffe ebenso gut wie metallische Werkstoffe (Bild 4).
Steckverbindergehäuse für raue Einsatzbedingungen sind den meisten Maschinenherstellern ohnehin schon aus dem Umfeld der CEE-Steckvorrichtungen bekannt. Selbst bei Außenanwendungen, wie Baumaschinen, Veranstaltungstechnik oder Fahrgeschäften, werden derartige Steckvorrichtungen aus robustem Kunststoff seit vielen Jahren erfolgreich eingesetzt (Bild 5).

Gehäusefunktion über Lebenszyklus bewerten
Die hier angeführten Beispiele – Klemmenkästen, CEE-Steckvorrichtungen und Gehäuse der Steckverbinderbaureihe Heavycon Evo – haben eines gemeinsam: Sie schützen innen liegende elektrische Kontaktstellen vor dem Eindringen von Schmutz und Wasser und bieten dem Anwender einen hochwertigen Berührschutz. Dieser Berührschutz ist vor ­allem bei einer Steckvorrichtung von großer Bedeutung, da das Steckergehäuse 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-Kontakts erfolgt der Anschluss schneller und mit geringerem Fehlerrisiko – auch darin liegt ein Vorteil des Kunststoffgehäuses.
Kunststoff-Materialien, die nach geeigneten Kriterien ausgewählt wurden, verbessern im Laufe des gesamten ­Lebenszyklus eines Produkts die Ökobilanz ohne jeglichen 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 Ressourcenverbrauch während des gesamten Produktlebenszyklus quantifizierbar zu machen, wird häufig der Begriff des „ökologischen Rucksacks“ verwendet. Je nach Art der Anwendung und des Kunststoffs 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 – der Faktor liegt hier immerhin 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 auseinandergehen.

Fazit
Obwohl es vielen Konstrukteuren von Maschinen und Anlagen schwer fällt, mit alten Gewohnheiten zu brechen und in etablierten Maschinenmodellen die metallischen Steckverbindergehäuse durch Kunststoffgehäuse zu ersetzen, verzeichnen die Hersteller von Steckverbindergehäusen aus Kunststoff eine steigende Nachfrage. 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 Steckverbindergehäusen aus Metall und Kunststoff verdeutlicht, dass es kaum Gründe gegen den Einsatz von Kunststoffen in den oben beschriebenen Applikationsbereichen gibt. Lediglich bei ­extremen Temperaturanforderungen, etwa im Offshore-Bereich, oder bei Anwendungen, die aufgrund ihrer EMV-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. (mh)

Kompatibel stecken, flexibel kombinieren

Die schweren Steckverbinder der Serie Heavycon Complete bieten für viele Anwendungen die passende Lösung: Die Steckverbinder schützen die Schnittstellen und ermöglichen auch unter extremen Bedingungen eine sichere Energieübertragung. Sie widerstehen Schmutz, Wasser, Vibrationen sowie hohen mechanischen Belastungen. Die Vorteile auf einen Blick:

  • immer die richtige Steckverbindung durch drei ­unterschiedliche Bauserien,
  • die 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 sowie im Gehäuse montiert werden und
  • alle Metallgehäuse sind „EMC ready“ durch leitfähige Oberflächen und Dichtungen.

Dipl.-Ing (FH) Roberto Gilardoni ist im Produkt-Marketing Schwere ­Industriesteckverbinder, Industrial Field Connectivity, für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. rgilardoni@phoenixcontact.com

Dipl.-Ing (FH) Roberto Gilardoni ist im Produkt-Marketing Schwere ­Industriesteckverbinder, Industrial Field Connectivity, für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. rgilardoni@phoenixcontact.com