Steckverbinder für raue Umgebungen

Für extreme Temperaturen gerüstet

6. April 2022, 8:00 Uhr | Craig Burgess, PEI-Genesis
Fxquadro, Fire Fighter
© Fxquadro – stock.adobe.com

Während Ingenieure bei der Entwicklung von Anlagen viel über die Temperatur im System nachdenken, übersehen sie zuweilen Limitierungen bei Steckverbindern und Kabeln, welche die verschiedenen Geräte miteinander verbinden. Dabei gibt es auch geeignete Steckverbinder für extreme Temperaturen.

Für Normalverbraucher ist die Wahl eines Steckverbinders oft so einfach wie die Entscheidung zwischen einem 1 m oder 2 m langen USB-Kabel, aber dennoch sind wir schnell verärgert, wenn die Verbindung beginnt, unzuverlässig zu werden. Für den Konstrukteur ist die Wahl wesentlich komplexer, und die Folgen sind weitaus schwerwiegender als einfach so lange am Stecker rütteln zu müssen, bis er wieder funktioniert. Eine unterbrochene Verbindung könnte beispielsweise dazu führen, dass autonome Anlagen außer Kontrolle geraten, dass Maschinen zum Stillstand kommen oder dass Fertigungsstraßen blockiert werden – Folgen, die auf jeden Fall zu vermeiden sind.

Während Maschinen in industriellen Umgebungen von der steuernden Software und von wachsamen Ingenieuren meist sorgsam überwacht werden, ziehen Steckverbinder nur wenig Aufmerksamkeit auf sich, obwohl sie für den reibungslosen Einsatz genauso wichtig sind wie jedes andere Bauteil eines Systems.

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Keine Probleme mit Hitze

Wärme und besonders extreme Hitze sind ein Faktor, den Ingenieure ständig berücksichtigen müssen. Wärme ist eine natürliche Folge vieler industrieller Prozesse und zahlreiche Vorgänge beziehen Wärme direkt in den Prozess ein, zum Beispiel beim Schmelzen und bei anderen Formen der Metallverarbeitung. Die meisten Geräte verwenden aktive Kühlsysteme, um diese Wärme zu kontrollieren, beispielsweise Ventilatoren, kühlende Schmiermittelsprays und Wasserkühlungen. Für Steckverbinder ist dies oft nicht möglich, sodass die Wahl des korrekten Steckverbinders besonders wichtig ist.

In heißen Umgebungen ist es verlockend, sich einfach für Steckverbinder mit Gehäuse aus Stahl oder Aluminium zu entscheiden, da diese Metalle in der Regel nicht unter einigen hundert Grad Celsius schmelzen. Dabei werden jedoch bedeutende Probleme übersehen. Beispielsweise könnte es sein, dass das Steckverbindergehäuse den hohen Temperaturen problemlos widersteht, sein Inneres jedoch effektiv als Wärmesenke agiert, sofern die Wärme nicht aktiv daraus abgeleitet wird.

Viele Steckverbinder, zum Beispiel gängige serielle und USB-Anschlüsse, verwenden Kunststoffeinsätze, um ihre Kontakte unterzubringen, während andere Steckverbinder elektronische Komponenten wie Widerstände, Vorschaltgeräte und Gleichrichtungsschaltungen enthalten, die gegenüber Temperaturen anfällig sind, die das Gehäusematerial ohne Weiteres aushalten kann. Und selbst wenn Kunststoffkomponenten nicht schmelzen oder versengt werden, können hohe Temperaturen verfahrenstechnische Belastungen sowie Wärmeausdehnung und Kontraktion mit sich bringen, sodass Steckverbinder bereits weit vor dem Erreichen ihrer erwarteten Lebensdauer versagen.

Die Auswahl des richtigen Steckverbinders hat insbesondere unter rauen Einsatzbedingungen entscheidenden Einfluss auf die Zuverlässigkeit einer Installation
Die Auswahl des richtigen Steckverbinders hat insbesondere unter rauen Einsatzbedingungen entscheidenden Einfluss auf die Zuverlässigkeit einer Installation.
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Besondere Aufmerksamkeit ist den Steckverbindern in heißen, geschlossenen Umgebungen zu widmen, etwa in Zügen und den Maschinenräumen von Booten und Schiffen. Hier werden häufig halogenarme LSZH-Kunststoffe (Low Smoke Zero Halogen) verwendet, um die Entwicklung gefährlicher Dämpfe oder explosiver Atmosphären zu vermeiden, die durch das Verbrennen oder Ausgasen von Kunststoffen entstehen können.

Ein Beispiel für diese Art von Steckverbinder ist der Veam CIR von ITT Cannon, der speziell für extreme Temperaturen entwickelt wurde. Dieser Steckverbinder verwendet spezielle Keramikeinsätze und eine Vielzahl unterschiedlicher Gehäusematerialien. Damit erfüllt er die Feuerwiderstandsprüfungen nach ISO 834-1, bei denen Steckverbinder 15 Minuten lang Temperaturen von bis zu +800 °C ausgesetzt werden.

Steckverbinder in der Kälte

Am anderen Ende der Skala finden sich Steckverbinder für sehr kalte Umgebungen. Auf den ersten Blick scheinen niedrigere Temperaturen wesentlich weniger Probleme zu bereiten als starke Hitze, vor allem weil die meisten industriellen Prozesse exotherm sind. Niedrige Temperaturen, denen Steckverbinder ausgesetzt sind, entstehen dagegen oft natürlich, besonders beim Einsatz im Freien.

Kalte Umgebungen schließen oft die Verwendung von mit Kunststoff oder Gummi umschlossenen Steckverbindern aus, da diese einfrieren und rissig werden können, sodass Feuchtigkeit eindringt und verheerende Schäden anrichtet. Metall ist ebenfalls problematisch, da es oft schwierig ist, ein Metallgehäuse mit Toleranzen zu entwerfen, die eng genug sind, um es vor dem Wetter zu schützen.

Mit der richtigen Konfiguration und den richtigen Materialien können kältesichere Steckverbinder jedoch durchaus erreicht werden. Die Produktreihe Sure-Seal von ITT Cannon ist ein solcher Fall. Diese Steckverbinder mit Schutzart IP67 und DIN 400 50 sind in ein Gehäuse aus PVC-Nitril eingeschlossen, das bei Temperaturen von bis zu -40 °C flexibel, geschmeidig und rissfest bleibt.

Viele Branchen betrachten die Wahl von Steckverbindern als eine schnelle und einmalige Entscheidung, die während der Integration getroffen wird, auch wenn die Folgen eines Ausfalls das Problem immer wieder auf die Tagesordnung bringen. Mit etwas mehr Überlegung ist es jedoch möglich, eine Entscheidung zu treffen, die auch langfristig für zuverlässige Verbindungen sorgt.


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