Hoe connectorruimte besparen met behoud van flexibiliteit in zware industriële omgevingen

In de industriële omgeving zijn bekabelde apparaten moeilijk te vervangen of te upgraden, omdat het moeilijk is draden en kabels op betrouwbare wijze te verwijderen en opnieuw te installeren. Ook het toevoegen van nieuwe sensors, een processor of andere componenten vereist vaak volledige vervanging en herbedrading.

Bovendien worden de afmetingen van industriële apparaten steeds kleiner, waardoor de beschikbare ruimte voor meerdere connectors beperkt is. Tegelijkertijd vereist een efficiënte lay-out voor een goede paneeldichtheid kleinere connectors die een combinatie van meerdere soorten verbindingen binnen één connector mogelijk maken.

De industriële omgeving brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee als het gaat om het behoud van de integriteit van apparaten: het is belangrijk te voorkomen dat vloeistoffen en stof toegang krijgen en delicate componenten beschadigen.

Connectorisatie - het vervangen van bedrade apparaten door modulaire connectors - lost al deze problemen op. Deze connectors, verkrijgbaar in compacte vormen, maken het mogelijk om meerdere bedradingstypes te combineren in één enkele connector. In modulaire vorm kunnen deze connectors snel opnieuw worden geconfigureerd voor wijzigingen en updates zonder dat apparaten of kabels hoeven te worden vervangen. Bovendien sluiten milieuvriendelijke modulaire connectors stof en vloeistoffen af, evenals de impact van waterstralen onder hoge druk die worden gebruikt voor sterilisatie.

Dit artikel behandelt de basisprincipes van modulaire connectors en laat zien hoe ze worden gekozen, gemonteerd en gebruikt. Onderweg worden voorbeeldconnectors van HARTING voorgesteld die ontwerpers kunnen gebruiken voor hun volgende industriële systeemontwerp.

Aansluiting met behulp van modulaire connectors

Er zijn twee manieren om stroom, signalen en digitale gegevens in een industrieel apparaat of industriële toepassing aan te sluiten.

De bekabeling kan permanent bedraad zijn, of worden geïnstalleerd met behulp van een connector. De keuze hangt af van een aantal factoren. Het belangrijkste is waarschijnlijk hoe vaak het apparaat zal worden losgekoppeld en opnieuw moet worden aangesloten. Als het apparaat met bedrading opnieuw moet worden aangesloten, moet elke draad zorgvuldig worden verwijderd en opnieuw worden aangesloten, wat aanzienlijke arbeidskosten met zich meebrengt. De kans op verkeerde bedrading is groot, en het kan uren duren om een fout te herstellen.

Het gebruik van connectors kan aanvankelijk meer kosten, maar als die beslissing eenmaal is genomen, wordt de herbedrading een plug-and-play-scenario waarbij het moeilijk is om de bedrading verkeerd te leggen, zodat er minder geschoold personeel nodig is. Het gebruik van connectors ter vervanging van bekabelde kabels, connectorisatie genaamd, biedt dus vele voordelen op lange termijn.

Het gebruik van modulaire connectors verhoogt de flexibiliteit van de installatie. Denk aan een modulaire connector die stroom, sensors, analoge en digitale signalen en zelfs pneumatiek kan verwerken (Afbeelding 1). Er is een grote verscheidenheid aan modules beschikbaar. Het voorbeeld toont een RJ45 en een USB seriële databus, drie multi-pin modules met een reeks pindiameters, en een module met drie pneumatische lijnen.

Afbeelding 1: Een modulaire connector kan signalen, voeding, digitale communicatie-interfaces en zelfs pneumatiek verwerken, allemaal in één enkele connector. De modules kunnen naar behoefte snel en gemakkelijk worden gewijzigd. (Bron afbeelding: HARTING)

Modulaire connectorconfiguratie

Een eenvoudige nomenclatuur van de verschillende onderdelen van een modulaire connector is weergegeven in Afbeelding 2.

Afbeelding 2: De nomenclatuur van de HARTING modulaire connectorcomponenten. De frames houden de modules vast en passen in de behuizing of kap. De connectors kunnen gemakkelijk worden geopend, en modules kunnen worden herschikt, toegevoegd of verwijderd voor eventuele aanpassingen. (Bron afbeelding: HARTING)

Het vaste gedeelte van een basisconnector is een behuizing. Het contra-uiteinde van het mobiele deel is een kap. Frames passen in de behuizing of kap en dienen om de modules op hun plaats te houden. Connectors kunnen worden geconfigureerd met extra ruimte voor toekomstige uitbreiding door het gebruik van dummymodules. De twee bijpassende connectoren worden aan elkaar bevestigd met behulp van een schroef- of vergrendelingshendel. Kappen kunnen een kabeltoegang hebben aan de bovenkant, meerdere aan de bovenkant, aan de zijkant of meerdere aan de zijkant. De behuizing is zowel van boven als van onderen toegankelijk.

Gezien het grote aantal beschikbare modules, behuizingen, kappen en andere verbindingselementen die HARTING levert, kan het een complexe onderneming zijn om de juiste opties te selecteren. HARTING vereenvoudigt dit proces met een online configurator waarmee u eenvoudig een modulaire connector kunt selecteren en ontwerpen (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: De HARTING Han online configurator gebruikersinterface vereenvoudigt het ontwerp en de selectie van modulaire connectorcomponenten. (Bron afbeelding: HARTING)

De configurator begeleidt de ontwerper bij de selectie van draad, data, optische en pneumatische elementen voor de connector. Elk element biedt keuzes voor de gebruiker om aan te sluiten bij het beoogde ontwerp.

In dit voorbeeld zijn de elektrische elementen gekozen. De gebruiker voert het aantal en de soorten draadmedia in, de stroomvereisten en enkele andere ontwerpgerelateerde vragen. De configurator toont snel een aantal mogelijke configuraties, waarbij de onderdelen worden opgesomd en tevens een isometrische tekening van het geheel wordt gegeven (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Een configuratorweergave van een zespolige draadplug en basisreceptacle, samen met de bijbehorende voet, kap en kabelklem. (Bron afbeelding: HARTING)

Het ontwerp is volledig gedocumenteerd met downloadbare stuklijsten, 3D-modellen, gegevensbladen, typebladen en productverklaringen.

In het getoonde voorbeeld omvatten de vragen het type basis, het gewenste slot, het aantal geleiders, de verwachte maximale stroom- en spanningsniveaus en de omgeving. De resulterende configuraties omvatten de HARTING 09400060311-paneelvoet. De basis is van gegoten aluminium met schroefvergrendeling en is geschikt voor ruwe omgevingen. Deze basis werd gekoppeld aan een HARTING 09140060371 dubbel module, scharnierend, zwaar uitgevoerd bevestigingsframe. In dit frame is plaats voor twee modules. De gekozen module was een vrouwelijke module met zes posities, de HARTING 09140063101. De bijbehorende zilveren crimpstiftbussen zijn de HARTING 09330006220 voor 20 AWG draad.

De kabelzijde van de connector is gebaseerd op de gegoten aluminium HARTING 19400060411 connectorkap met het bijbehorende HARTING 09140060361 heavy-duty, dual-module bevestigingsframe. Dit frame is geschikt voor de HARTING 09140063001 mannelijke module met HARTING 09330006121 20 AWG zilveren crimp-pennen. De kap is afgewerkt met een HARTING 19000005090 messing kabel 9-16 klem. De basis en de kap bieden plaats aan twee modules, zodat ongebruikte posities kunnen worden opgevuld met dummymodules, zoals de HARTING 09140009950.

Bescherming van het milieu

Alle HARTING Han HPR-componenten werken in een temperatuurbereik van -40 °C tot +125 °C en zijn afgedicht en milieuvriendelijk geclassificeerd tot IP68 en IP69K.

De IP-classificaties (Ingress Protection), gedefinieerd in IEC 60529, geven de mate van bescherming aan die de componenten van de connectoren bieden tegen externe effecten. Externe effecten zijn onder meer mechanische schokken, vreemde voorwerpen, vochtigheid, stof en vloeistoffen zoals water, brandstof, reinigingsvloeistoffen, koelvloeistoffen en oliën.

Het eerste getal in de IP-klasse is de weerstand tegen vaste stoffen. De klasse kan variëren van 0 tot 6. Het cijfer 6 staat voor het hoogste beschermingsniveau. Connectors met een classificatie van 6 zijn stofdicht en bieden volledige bescherming tegen vaste deeltjes. Het tweede getal in de IP-klasse is de weerstand tegen vloeistoffen. Dit getal loopt van 0 tot 9. Een classificatie van 8 betekent dat het apparaat waterdicht is en beschermd tegen waterdruk. De 9K-classificatie geeft aan dat er bescherming is tegen stoomreinigers en soortgelijke onder druk staande vloeistoffen. Daarom is een rating van IP68 of IP69K uitstekend.

De HARTING Han HPR-serie is bedoeld voor ruwe buitenomgevingen. De gegoten aluminium kappen en behuizingen hebben een epoxy poedercoating waardoor ze uitstekend bestand zijn tegen corrosie, terwijl ze ook goed zijn afgedicht tegen natte omstandigheden. De metalen onderdelen bieden uitstekende elektromagnetische compatibiliteitskenmerken.

Voor meerdere installaties die dezelfde connectoren gebruiken, biedt deze serie connectors tot zestien gecodeerde sleutelposities om een correcte kabelkoppeling te garanderen. Bovendien is de compacte HPR-serie ruimtebesparend en lichter dan de overeenkomstige HPR-standaardconnectoren, omdat ze tot 25% lichter is.

Conclusie

Het waarborgen van verbindingsintegriteit, flexibiliteit en uitbreidbaarheid - terwijl wordt voldaan aan de eisen van de vormfactor en de strenge eisen van industriële omgevingen - kan een uitdaging zijn voor ontwerpers. Zoals blijkt, vereenvoudigt connectorisatie op basis van een uiterst configureerbare, compacte en modulaire aanpak, met een gebruiksvriendelijke online tool voor de selectie van connectorelementen, het proces aanzienlijk.