En introduktion till cirkulära kontaktdon och kablar

Cirkulära kontaktdon har flera stift eller kontakter för överföring av elektrisk ström, signaler eller data och är cirkulära elektriska enheter av varierande storlek som är konstruerade för att tåla en mängd tuffa miljöer. De kallas även cirkulära kontakter och deras runda konstruktion ger dem ytterligare tålighet och beständighet mot vibrationer och stötskador, yttre signaler eller störningar, inträngning av miljöföroreningar, samt extrema tryck och temperaturer.

Tack vare deras höga prestanda vid dessa extrema förhållanden används cirkulära kontaktdon och kablar ofta i tillämpningar inom industri och fabriksautomatisering, medicinska apparater, säkerhets- och försvarssystem, flyg- och rymdindustri med mera. Cirkulära kontaktdon omfattar en stor mängd produkter, från cirkulära standardkontaktdon till DIN-kontaktdon, metriska kontaktdon, hermetiska kontaktdon, kontaktdon med tryck-drag funktion, nycklade kontaktdon, kontaktdon för blandad signal samt mikro- och nanoversioner. Det finns även hybridalternativ som kombinerar ström, signal och data i en enda enhet. Artikeln kommer i första hand att fokusera på cirkulära standardkontaktdon och kablar, inklusive deras grundläggande konstruktion, beteckningar och koder, urvalskriterier med mera.

Konstruktion av cirkulära kontaktdon

Tack vare deras cirkulära form har runda kontaktdon en högre hållfasthet- kontra viktförhållande än någon annan form av kontaktdon. Som redan nämnts ger den ökade styrkan dem ökad motståndskraft mot stötskador, yttre element och urkoppling, samtidigt som de är hållbara i tillämpningar med frekventa sammankopplingscykler.

Antalet invändiga stift och deras utformning varierar beroende på kontaktdon och typ av tillämpning för att säkerställa korrekt anslutning och sammankoppling med ett kompatibelt kontaktdon. Höljen för cirkulära kontaktdon är ofta konstruerade med gängor för att möjliggöra säkrare skruvanslutningar där vibrationer eller andra faktorer kan orsaka oönskad urkoppling. Andra typer av anslutningssystem är bajonettlåsning, tryck-/draglåsning och snäpplåsning.

På en översiktlig nivå består respektive cirkulärt kontaktdon av fyra huvudområden (figur 1 och 2):

Figur 1: Grundläggande konstruktion av ett cirkulärt kontaktdon (hona). (Bildkälla: Same Sky)

1. Kontaktdon: De invändiga stiften och hylsorna i kontaktdonet används för att skapa den elektriska anslutningen. Ett sammankopplat par består av kontakter med stift (hane) och uttag med hylsor (hona).
2. Isolator: Den här komponenten kapslar in kontaktstiften och isolerar dem från varandra och kontaktdonets hölje. Den ger även rätt avstånd mellan kontaktstiften och håller dem i rätt läge.
3. Hölje: Höljet är kontaktdonets yttre skydd, som skyddar kontakterna och isolatorn samtidigt som det tillhandahåller justerings- och sammankopplingsmekanismer för sammankoppla de två kontaktdonshalvorna.
4. Tillbehör: Dessa kan omfatta stift, nycklar, ringar, klämmor, packningar och andra komponenter som används för att styra, säkra, placera och försegla delar av kontaktdonet.

Figur 2: Grundläggande konstruktion av ett cirkulärt kontaktdon (hane). (Bildkälla: Same Sky)

Vanliga beteckningar och koder för cirkulära kontaktdon

Den kanske mest välkända typen av cirkulära kontaktdon är M-standaren som används för att ansluta sensorer och manöverdon i industriella nätverkstillämpningar. "M" anger helt enkelt den metriska gängans storlek på kopplingsmuttrarna och de tillhörande mottagarna, vilket ger oss de vanliga typerna M5 (5 mm diameter), M8 (8 mm) och M12 (12 mm). Cirkulära M12-kontakter och kablar är utan tvekan den vanligaste typen då dessa är en global standard inom fordonsindustrin.

Som helhet är M-kontaktdonen indelade i flera kategorier som definierar kontaktkroppens form och nyckling för att garantera korrekta sammankopplingar. Beteckningarna och koderna definieras på följande sätt (figur 3):

• A - Kontakter för sensorer, likström och 1 Gbit Ethernet (protokoll för att ansluta datorsystem till ett nätverk).
• B - Kontakter för Fieldbus (industriellt datornätverk för distribuerad styrning) och Profibus (digital nätverksstandard för kommunikation mellan fältsensorer och ett styrsystem).
• C - Kontakter med dubbla nycklingar för extra säkerhet, används för växelström för sensorer och ställdon.
• D - Kontakter för 100 Mbit Ethernet- och Profinet-system (protokoll för datautbyte mellan styrenheter och enheter).
• X - Kontakter för höghastighetstillämpningar med 10 Gbit Ethernet och Power over Ethernet (PoE).
• S - kontakter för växelström (ersättning för C - kodade delar).
• T - Kontakter för likström (ersättning för A - kodade delar).

Figur 3: En allmän översikt över de olika gränssnittsalternativen för M-kontaktdon. (Bildkälla: Same Sky)

Urvalskriterier för cirkulära kontaktdon

Det finns en nästan oändlig lista över specifikationer och överväganden att ta hänsyn till när man väljer cirkulära kontaktdon och/eller kablar för en konstruktion. Förutom att bestämma om ett cirkulärt plastkontaktdon (CPC) eller ett cirkulärt kontaktdon med metallhölje (CMC) passar bättre, finns här en relativt omfattande lista över parametrar att ta hänsyn till:

• Kön (hane/hona): Änden på hankontakten innehåller kontaktstiften som ansluts i honkontaktens uttag (figur 4 och 5). De flesta kontakter och uttag är utformade för att passa ihop med sitt eget märke eller sin egen tillverkare. Kontakter från olika tillverkare går vanligtvis inte att koppla samman, så i de flesta fall kommer kontakterna att köpas som ett par.

Figur 4: Sammankoppling av ett cirkulärt kontaktdonspar med en hane och en hona. (Bildkälla: Same Sky)

• Antal stift: Det antal kontaktstift i kontaktdonet som krävs för att överföra signaler, data eller ström. Antalet kan variera från ett stift till hundratals.
• Anslutning: Hur ledningen eller kabeln ska anslutas till kontaktstiften i kontaktdonet, genom t.ex. lödning, virning, kabelskor eller krimpning.
• Stiftstorlek: Diametern på de enskilda kontaktstiften eller den ledare som kopplas till respektive kontaktstift.
• Märkspänning och märkström: Den maximala spänningen, uttryckt i Volt, eller maximala strömmen, uttryckt i Ampere, som kontakten är konstruerad för att tåla.
• Inkopplingsfrekvens: Hur ofta kontakten kommer att kopplas i och kopplas ur. Även kallat hopkopplingscykler, där inkopplingsfrekvensen kan kräva en tåligare kontaktdon eller ett kabelskyddstillbehör.
• Monteringssätt: Vanliga monteringsalternativ är kabelmontering, panelmontering eller ytmontering.
• Typ av koppling eller låsning: Det kan vara bajonett, lås, tryck-dra, gängad eller snabbkoppling.
• Typ av hölje: Hölje: Gängas på kabelsidan av ett cirkulärt kontaktdon för att ge ett stabilt kabelstöd. De olika typerna av hölje, inkluderar rakt hölje, rätvinklat, flätat, fjäderbelastat, dragavlastat, förseglat och pressat.
• Material som används: Vanliga material som används för kontaktkroppen är rostfritt stål, aluminium, plast, komposit eller mässing, beroende på konstruktionens krav och budget.
• Inträngningsskydd: IP-klassificering definieras av standarden IEC 60529 som omfattar skydd mot inträngning av fasta ämnen och vätskor i kontaktdonets kropp. ANSI 60529 omfattar IP i USA och EN 60529 i Europa.
• Stickproppar och uttag: Det finns ingen standardiserad konvention för benämning, så olika tillverkare kan använda olika termer, men vanligtvis förknippas uttag och jack med panelmonterade cirkulära kontaktdon, medan kontakter avser färdigmonterade kablar med cirkulära kontaktdon.

Figur 5: Hur man benämner uttag och kontakter med olika kön (Bildkälla: Same Sky)

Sammanfattning

Kommer kontaktdonet att utsättas för miljöföroreningar eller sänkas ned i vätskor? Behöver kontaktdonet skyddas mot EMI- eller RFI-signaler? Kommer kontaktdonet att utsättas för överdrivna vibrationer eller frekventa stötar? Svaren på var och en av dessa frågor gör det lättare att avgöra vilken kvalitet, vilka funktioner och vilka tillbehör som behövs, men oavsett detta har cirkulära kontaktdon visat sig vara en tillförlitlig och robust lösning för sammankoppling när det gäller hårda användningsförhållanden. Same Sky har ett stort sortiment med cirkulära kontaktdon och cirkulära färdigmonterade kablar som kan hantera dessa konstruktionsutmaningar direkt.