Egal ob Anlagen, Maschinen oder Fahrzeuge – der Trend geht dahin, die zentralen Steuerungseinheiten immer enger miteinander zu verzahnen. Parallel zu der damit voranschreitenden Vernetzung steigt der Bedarf an leistungsfähigen und belastbaren Steckverbindungen, die Signale mit hoher Dichte sowie stetig steigende Datenraten übertragen, wenig Bauraum beanspruchen und zudem die Energieversorgung übernehmen. Denn das Übertragen von Signalen, Daten und Energie über dieselbe Verbindung führt zu Kostensenkungen bei der Installation und zu geringerem Verkabelungsaufwand; Material- und Zeitaufwand sinken.

Daneben werden für die Steuerungstechnik immer neue Einsatzbereiche vor allem im Außenbereich erschlossen. Steckverbinder müssen deshalb erhöhten Anforderungen entsprechen, etwa in Bezug auf Korrosion und Temperaturen. Und auch hier spielen Aspekte wie Vorkonfiguration Modularität und einfache Handhabung mit Blick auf die Installa­tionskosten eine immer wichtigere Rolle. Soviel zu den allgemeinen Entwicklungstrends im Bereiche der Steckertechnik. Um den spezifischen Anforderungen der unterschiedlichen Märkte Rechnung zu tragen, sind darüber hi­naus speziell auf die jeweilige Zielbranche angepasste Leistungsmerkmale gefordert.

Anwendungsfeld Schienenverkehrstechnik

Hochstromsteckverbinder für Motorapplikationen in der Bahntechnik: einfache Konfektionierung vor allem bei geschirmten Kabeln durch Teilung der Gehäuse in einen Deckel und eine Tülle sowie durch Einsatz einer speziellen Kabelverschraubung

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Beispiel Schienenverkehrstechnik: Für die Energie-Übertragung von Wagen zu Wagen und bei Motorapplikationen werden spezielle Hochstromsteckverbinder mit hoher Stromtragfähigkeit, kleinen Abmessungen, maximaler Kontaktanzahl je Bauraum und in robuster Ausführung benötigt. Durch den Einsatz von robusten Steckverbindern im Starkstrombereich (200 A bis 650 A) mit unterschiedlichen Anschlusstechniken lassen sich beispielsweise Schnittstellen effizienter gestalten. Hinzu kommt der modulare Aufbau, der sich als Grundprinzip auch in der Bahntechnik mehr und mehr durchsetzt. Denn Bahnen müssen frei kombinierbar sein und zudem mehr Aufgaben übernehmen, ohne an Zuverlässigkeit zu verlieren. Hinzu kommen die Integration von zusätzlichen Ange­boten wie Infotainement sowie erhöhte An­forderungen an Service- und Reparaturfreundlichkeit.

Der von Harting entwickelte Motorsteckverbinder „Han 24 HPR EasyCon“ ist ein Beispiel dafür, wie der Steckverbinder als wichtige Systemkomponente diesen speziellen Anforderungen Rechnung trägt. Die Befestigung dieses Motorsteckverbinders am Wagenkasten oder Drehgestell wird über Befestigungsbleche realisiert, die sich individuell auf die Einbausituation und Platzverhältnisse der Applikation zuschneiden lassen. Die im Bahnbereich oftmals benötigte externe PE-Kontaktierung wird durch Gewindebohrungen zum Anschluss der Kabelschuhe ermöglicht. Darüber hinaus macht es eine neu entwickelte Kabelverschraubung möglich, das Schirmgeflecht von geschirmten Kabeln sicher und vor allem sichtbar aufzulegen. Dazu wird das Schirmgeflecht im Inneren des Steckverbinders über den verlängerten Verschraubungskörper umgeschlagen und mit einer selbstklemmenden Schelle fixiert. Bei den gängigen Standard-EMV-Kabelverschraubungen hingegen wird das Schirmgeflecht im Inneren der Kabelverschraubungen über verschiedene Anschlusssysteme fixiert. Dadurch ist es bei diesen Kabelverschraubungen nicht möglich, das Schirmgeflecht sichtbar anzuschließen.Das Kontaktsystem ermöglicht es auch, verschiedene Lei­terquerschnitte sowie Halterahmen zu verwenden, was die Einsatzmöglichkeiten des Steckverbinders weiter erhöht.

Zur eigentlichen Kontaktierung zwischen Stift- und Buchsenkontakt kommt bei dieser Lösung in den Buchsenkontakten ein Kontaktband zum Einsatz, wodurch geringe Übergangswiderstände und geringe Steck- und Ziehkräfte erreicht werden. Die Ausführung als Einzelkontakt schafft gleichzeitig die Modularität für flexible Anordnungen. Dadurch ist es für den Anwender möglich, Schnittstellen mit einer variablen Anzahl von Kontakten zu generieren. Das geteilte Gehäuse erlaubt nicht zuletzt eine frei zugängliche und damit zeitsparende Konfektionierung, was zu weiteren Kostensenkungen und im Feld zu deutlichen Erleichterungen bei der Montage, der Wartung und der Reparatur führt.

Anwendungsfeld Windenergie

Industriesteckverbinder auf Kunststoffbasis für gewichtsoptimierte Applikationen für die Baugrößen 6B, 10B, 16B und 24B

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Die Windenergie ist ein weiteres Beispiel für eine Branche, deren technologische Entwicklung in den vergangenen Jahren einen enormen Schub erlebt hat: Derzeit werden Onshore- wie Offshore-Serienanlagen mit einer Leistung bis zu 7,5 MW installiert, Nabenhöhen von über 140 Metern sind „state of the art“. Vor diesem Hintergrund werden unterschiedliche elektrische Konzepte neu diskutiert und in die Serienfertigung übernommen. Gerade Offshore-Windparks, die im Energiekonzept der Bundesregierung eine zentrale Rolle einnehmen, erzeugen für die Steckverbindungstechnologie neue Anforderungen. Die elektrischen Komponenten müssen einen erhöhten Schutzgrad aufweisen, der auf maritime Verhältnisse abgestimmt ist: Feuchtigkeit und Salzgehalt in Kombination mit Wind wirken negativ auf die Funktionsfähigkeit ein und müssen neutralisiert werden.

Zusätzlich sind die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Komponenten bei Offshore-Anlagen erhöht: Bei einer Störung auf See sind die Anlagen möglicherweise nicht sofort erreichbar, und es kann zu langen Stillstandzeiten kommen. Anlagen und Komponenten müssen deshalb redundant angelegt sein. Außerdem müssen sie schnell und einfach austauschbar sein, um Stillstandzeiten und damit Ertragsausfälle gering zu halten. Die Systeme sind somit nach zwei Seiten hin abzusichern: gegen Mindererträge sowie hohe Reparaturkosten. Aus diesen Randbedingungen hat Harting den „Han-Eco“ abgeleitet. So weist dieser Steckverbinder einen Schutzgrad von IP65 auf und ist in einem breiten Temperaturbereich von –40 bis 125 °C einsetzbar. Der ver­wendete Hochleistungskunststoff verfügt zudem über eine hohe Resistenz gegen Umwelteinflüsse – wie etwa Salznebel – und gleichzeitig über eine hohe mechanische Robustheit. Gegenüber Gehäusen aus Aluminium hat der Steckverbinder ein geringeres Gewicht. Dies folgt dem allgemeinen Trend in der Windenergie-Industrie, die Gondel-Masse zu reduzieren.

Weiterhin ist das Design der Komponente auf eine werkzeuglose Montage ausgelegt. Das heißt, die Module lassen sich schnell und ohne großen Aufwand in den Halterahmen aus Kunststoff einrasten. Zum modularen Aufbau hinzu kommt die Verbindung von Daten-, Signal- und Leistungsübertragung. Letzteres senkt die Kosten, da Materialaufwand und Montagezeiten verringert werden können. Außerdem folgen die Anlagen mehr und mehr einem fertigungsoptimierten Design (Design for Manufacturing), bei dem die Installa­tion zum Teil des Fertigungsprozesses wird. Kurzum: Die Entwickler im Bereich von Windenergie-Anlagen favorisieren immer öfter Steckverbinder statt fest konfektionierter Verkabelungen, um die Montage und Demontage zu erleichtern. Dabei kommen bevorzugt modulare Systeme zum Einsatz, die eine hybride (Mehrzweck-)Steckfunk­tionalität ermöglichen. Auf diese Weise lassen sich maßgeschneiderte Lösungen generieren, die Glasfaser-, Ethernet-, Koaxial-, Versorgungs- und auch Druckluftleitungen sowie viele weitere Sonderanschlussformen aufnehmen.

Anwendungsfeld Maschinen- und Anlagenbau

Portfolio-Übersicht der Baureihe Han-Yellock: Metallausführung mit Möglichkeiten der Potenzialverviel­fachung und Packungsdichten von 48 Kontakten à 16 A.

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Szenenwechsel Maschinenbau: Die Automatisierungstechniker im Umfeld des Maschinen- und Anlagenbaus fordern Steckverbindersysteme, die Signale und Leistung in kompakter Bauform übertragen. Dezentrale Installationskomponenten wie E/A-Module oder Verteilerboxen müssen ebenso schnell umgerüstet werden können wie Energiebus-Strukturen. Wartungsarbeiten und Reparaturen sollen ohne Spezialwerkzeug durchführbar sein, einen hohen Schulungsaufwand vermeiden und Kosten für Werkzeug, Vorratshaltung und Zeitaufwand senken. Für komplexe Fertigungsanlagen, die bei Ausfallzeiten hohe Verluste hinnehmen müssen, wie dies beispielsweise in der Automobilbranche der Fall ist, ist dies von enormer Bedeutung.

Ein Beispiel für einen auf diesen Einsatzbereich abgestimmten Steckver­binder ist der so genannte „Han-Yellock“. Die hier realisierte Potenzialvervielfachung ermöglicht es, Schaltschrankfunktionen in den Steckverbinder zu verlagern, was die gesamte Konfiguration einfacher gestaltet, die Komplexität der Anlage gerade in der Steuertechnik verringert und dabei Vorteile in der Montage sichert. Durch Fügen der Gehäusehälften verrastet das Gehäuse automatisch und trägt somit zur Montagesicherheit bei. Durch die Gehäuseteilung der Kabelseite sind Anschlüsse einfach prüfbar, eine Umverdrahtung ist kabelschonend und unkompliziert durchzuführen.

Da der Stecker von der Steckseite wie von der Anschlussseite eingerastet werden kann, gestalten sich Installationsarbeiten und Umrüstungen unproblematisch. Dies wird auch durch die Kabelanschlüsse gewährleistet, die wahlweise in der verbreiteten Crimptechnik vorgenommen werden, aber auch mit einer neuen, auf der Basis des radialen Federklemmanschlusses entwi­ck­el­ten Anschlusstechnik möglich sind. Dabei werden die Vorteile einer Zugfeder mit denen der Crimptechnologie kombiniert. Vom technischen Prinzip her handelt es sich bei Han-Quick-Lock um eine radiale Federklemme. Eine runde Edelstahl-Klemmfeder klemmt die Einzellitzen des angeschlossenen Leiters radial um die Kante eines zentralen Konus. Auf diese Weise wird eine großflächige Kontaktierung des Leiters erreicht. Zudem ist der Steckverbinder ebenfalls ohne Spezialwerkzeug konfektionierbar, was gerade im Feldeinsatz deutliche Vorteile generiert.

Autor: Hartmut Schwettmann ist Managing Director der Harting Technologiegruppe.