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Steckverbinder für extreme Temperaturen

Bei der Entwicklung von Industrieanlagen steht die Betriebstemperatur des Produkts häufig ganz oben auf der Merkliste von Konstrukteuren. Das macht auch Sinn, denn Sie wollen schließlich nicht regelmäßig ausgefallene Geräte ersetzen. Während Konstrukteure jedoch viel über die Temperatur im Gerät selbst nachdenken, wird die Leistung der Steckverbinder und Kabel, die verschiedene Geräte miteinander verbinden, oft übersehen. Daher erklärt Craig Burgess, Produktmanager beim Kabel- und Steckverbinderspezialisten PEI-Genesis hier, wie Sie geeignete Steckverbinder für extreme Temperaturen auswählen.

Für uns Normalverbraucher ist die Wahl eines Steckverbinders oft so einfach wie die Entscheidung zwischen einem 1 Meter oder 2 Meter 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 solange am Stecker wackeln zu müssen, bis er funktioniert. Ein unterbrochene Verbindung könnte beispielsweise dazu führen, dass schwere autonome Anlagen nicht mehr unter Kontrolle sind, dass Maschinen zum Stillstand kommen oder dass Fertigungsstraßen blockiert werden – Folgen, die man auf jeden Fall vermeiden sollte.

Während die 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 genauso wichtig wie jede Anlage sind.

Heiße Sachen

Wärme, und besonders extreme Hitze, ist ein Faktor, den Ingenieure ständig berücksichtigen müssen.
Wärme ist eine natürliche Folge vieler industrieller Prozesse und viele andere Vorgänge beziehen Wärme direkt in den Prozess ein, wie zum Beispiel Schmelzen und andere Formen der Metallverarbeitung.

Die meisten Geräte verwenden aktive Kühlsysteme, um diese Wärme zu kontrollieren, wie z. B. Ventilatoren, kühlende Schmiermittelsprays und Wasserkühlungen. Für Steckverbinder ist dies oft nicht möglich, was die Wahl des korrekten Steckverbinders besonders wichtig macht.

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 während das Steckverbindergehäuse den hohen Temperaturen problemlos widersteht, das Innere des Steckers effektiv als Wärmesenke agiert, sofern die Wärme nicht aktiv daraus abgeleitet wird.

Viele Steckverbinder, wie z. B. gängige serielle und USB-Anschlüsse, verwenden Kunststoffeinsätze, um ihre Kontakte unterzubringen, während andere Steckverbinder elektronische Komponenten wie Widerstände, Vorschaltgeräte und Gleichrichtungsschaltungen enthalten, die Temperaturen gegenüber 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, so dass Steckverbinder bereits weit vor dem Erreichen ihrer erwarteten Lebensdauer versagen.

Besondere Aufmerksamkeit ist den Steckverbindern in heißen, geschlossenen Umgebungen zu widmen, wie z. B. in Zügen und den Maschinenräumen von Booten und Schiffen. Hier werden häufig halogenarme LSZH-Kunststoffe 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 von PEI-Genesis angebotene VEAM CIR von ITT, der speziell für extreme Temperaturen entwickelt wurde. Dieser Steckverbinder verwendet spezielle Keramikeinsätze und eine Vielzahl unterschiedlicher Gehäusematerialien. Damit erfüllt er die ISO 834-1-Brandnormen, bei denen Steckverbinder 15 Minuten lang Temperaturen von bis zu 800 Grad Celsius ausgesetzt werden.

Steckverbinder in der Kälte

Am anderen Ende der Skala finden wir Steckverbinder für sehr kalte Umgebungen. Auf den ersten Blick scheinen niedrigere Temperaturen ein wesentlich einfacheres Problem zu sein als starke Hitze, vor allem weil die meisten industriellen Prozesse exotherm sind.

Die kalten 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, so dass 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 von PEI-Genesis angebotene Produktreihe von Sure-Seal-Steckverbindern 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 Grad Celsius 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 durchaus möglich, eine Entscheidung zu treffen, die auch langfristig für zuverlässige Verbindungen sorgt.

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