Úvod do kruhových konektorů a kabelů

Kruhové konektory, které obsahují více pinů nebo kontaktů pro přenos elektrické energie, signálů nebo dat, jsou válcové elektrické součástky různých velikostí navržené tak, aby vydržely provoz v celé řadě nepříznivých prostředí. Tyto konektory, označované také jako kruhové propojovací prvky, používají kruhovou konstrukci, která jim poskytuje dodatečnou robustnost a odolnost vůči vibracím a poškození nárazem, vnějším signálům nebo rušení, vniknutí nečistot z okolí a tlakovým nebo teplotním extrémům.

Díky svému vysokému výkonu v těchto extrémních podmínkách nacházejí kruhové konektory a kabely široké využití v aplikacích průmyslové a tovární automatizace, lékařských zařízeních, bezpečnostních a obranných systémech, letectví a dalších. Kruhové konektory zahrnují širokou škálu produktových kategorií od standardních kruhových konektorů po DIN, metrické, hermetické, Push-Pull, Keyed, Mixed Signal a Micro nebo Nano verze. K dispozici jsou také hybridní provedení, která kombinují přenos napájení, signálu a dat do jediné součástky. Tento článek se zaměřuje především na standardní kruhové konektory a kabely, včetně jejich základní konstrukce, označení a kódů, kritérií výběru a dalších.

Konstrukce kruhového konektoru

Kruhové konektory mají díky svému válcovému tvaru vyšší poměr pevnosti ku hmotnosti než konektor jakéhokoli jiného tvaru. Jak již bylo zmíněno, tato zvýšená pevnost jim dává dodatečnou odolnost proti poškození nárazem, vnějším prvkům a oddělení a zároveň jim dává odolnost v aplikacích s častými spojovacími cykly.

Počet vnitřních kontaktů, jakož i rozmístění těchto kontaktů se liší podle konektoru a typu aplikace, aby bylo zajištěno správné vyrovnání a vložení do kompatibilního spojovacího zařízení. Kryty kruhových konektorů jsou často konstruovány se závity, které umožňují bezpečnější šroubové spoje tam, kde by vibrace nebo jiné faktory mohly potenciálně způsobit nežádoucí rozpojování. Mezi další typy spojovacích systémů patří bajonetové zámky, dvojčinné zámky a zacvakávací zámky.

Od vyšší úrovně se každý kruhový konektor skládá ze čtyř hlavních oblastí (obrázky 1 a 2):

Obrázek 1: Základní konstrukce samice kruhového konektoru. (Zdroj obrázku:Same Sky)

1. Kontakty: Vnitřní piny a zásuvky umístěné v konektoru používaném k vytvoření elektrického spojení. Spárovaný pár se skládá z samčích kontaktů a zásuvek.
2. Izolátor: Tato součást obklopuje kontakty, které izoluje je od sebe navzájem a od pláště konektoru. Zajišťuje také správné rozteče kontaktů a drží je ve správné poloze.
3. Pouzdro: Jako vnější kryt konektoru chrání pouzdro kontakty a izolátor a zároveň poskytuje vyrovnávací a spojovací mechanismus pro spárování dvou polovin konektoru.
4. Příslušenství: Ta mohou zahrnovat piny, klíny, kroužky, svorky, těsnění a další součásti používané k vedení, zajištění, umístění a utěsnění částí konektoru.

Obrázek 2: Základní konstrukce samce kruhového konektoru. (Zdroj obrázku: Same Sky)

Běžná označení a kódy kruhových konektorů

Patrně nejznámějším typem kruhového konektoru je standard M-style používaný pro připojení senzorů a akčních členů v aplikacích průmyslových sítí. „M“ jednoduše označuje velikost metrického závitu na spojovacích maticích a protilehlých zásuvkách, z čehož vyplývají běžné typy konektorů M5 (upevňovací prvky o průměru 5 mm), M8 (8 mm) a M12 (12 mm). Kruhové konektory a kabely M12 jsou pravděpodobně nejběžnějším typem, protože jsou globálním standardem pro automobilový průmysl.

Jako celek jsou konektory M-style dále rozděleny do několika kategorií, které definují kódování a tvar tělesa kontaktu, aby bylo zajištěno správné lícování spojů. Tato označení a kódy jsou definovány následujícím způsobem (obrázek 3):

• A - konektory pro senzory, stejnosměrné napájení a 1 Gbit Ethernet (protokol pro připojení počítačových systémů k vytvoření sítě).
• B - konektory pro sběrnice Fieldbus (průmyslová počítačová síť pro distribuované řízení) a Profibus (standard digitální sítě zajišťující komunikaci mezi senzory v provozu a řídicím systémem).
• C - konektory s dvojitou drážkou pro vyšší zabezpečení, používané pro střídavé napájení senzorů a akčních členů.
• D - konektory pro systémy 100 Mbit Ethernet a Profinet (protokol pro výměnu dat mezi řídicími jednotkami a zařízeními).
• X - konektory pro vysokorychlostní aplikace 10 Gbit Ethernet a napájení přes Ethernet (PoE).
• S - konektory pro střídavé napájení (náhrada za C - kódované díly).
• T - konektory pro stejnosměrné napájení (náhrada za A - kódované díly).

Obrázek 3: celkový přehled různých možností rozhraní pro konektory typu M. (Zdroj obrázku: Same Sky)

Kritéria výběru kruhového konektoru

Existuje téměř nekonečný seznam specifikací a kritérií, které je třeba vzít v úvahu při výběru kruhových konektorů a/nebo kabelů pro návrh. Kromě rozhodování, zda je vhodnější kruhový plastový (CPC) nebo kovový (CMC) konektor, existuje poměrně obsáhlý seznam parametrů, které je třeba vzít v úvahu:

• Pohlaví (samec/samice): Samčí konec obsahuje kontaktní kolíky, které se zasouvají do zásuvek (obrázky 4 a 5). Většina zástrček a zásuvek je navržena tak, aby odpovídala jejich vlastní značce nebo výrobci. Vzhledem k tomu, že konektory od různých výrobců se obvykle nepropojují, budou konektory nejčastěji dodávány jako lícovaný pár.

Obrázek 4: Spojení samčího a samičího páru kruhového konektoru. (Zdroj obrázku: Same Sky)

• Počet kontaktů: Počet vodivých kolíků v konektoru potřebných pro přenos signálů, dat nebo napájení. Tento počet se může pohybovat od jednotek do stovek.
• Zakončení: Způsob spojení vodiče nebo kabelu s vodivými kontakty v konektoru, včetně pájky, ovinutí drátu, oček nebo krimpování.
• Velikost kontaktu: Průměr jednotlivých kontaktů nebo průřez vodiče, který se může spojit s každým kontaktem.
• Jmenovité napětí a proud: Maximální napětí vyjádřené ve voltech (V) nebo proud v ampérech (A), na jejichž přenos je konektor dimenzován.
• Frekvence spojování: Jak často se bude konektor připojovat a odpojovat. Frekvence spojování, známá také jako párovací cykly, může vyžadovat robustnější konektor nebo příslušenství pro ochranu kabelů.
• Způsob montáže: K běžným způsobům patří kabelová montáž, montáž na panel nebo povrchová montáž.
• Styl spojky nebo zamykání: Nabízí bezpečné spojení konektoru a může zahrnovat bajonet, západku, dvojčinné spojení, závit a rychlé rozpojení.
• Provedení se zadním krytem: Zadní kryty, které jsou navlečeny na kabelové straně kruhového konektoru, aby poskytovaly bezpečnou podporu kabelu, lze podle typu rozdělit na rovné, pravoúhlé, opletené konce, pružinové, ochranu proti vytržení, utěsněné a krimpované.
• Použité materiály: V závislosti na požadavcích na konstrukci a rozpočet zahrnují běžné materiály používané pro těleso konektoru nerezovou ocel, hliník, plast, kompozit nebo mosaz.
• Ochrana proti vniknutí: IP klasifikace jsou definovány normou IEC 60529, která pokrývá ochranu proti vniknutí pevných látek a kapalin do tělesa konektoru. Norma ANSI 60529 pokrývá IP klasifikaci v USA, zatímco norma EN 60529 ji pokrývá v Evropě.
• Zástrčky a zásuvky: Vzhledem k tomu, že neexistuje žádné standardní názvosloví, mohou různí výrobci používat alternativní výrazy, ale typicky platí, že zásuvky a konektory se týkají kruhových konektorů namontovaných na panelu, zatímco zástrčky se týkají sestav kabelů s kruhovými konektory.

Obrázek 5: způsob značení různopohlavních konektorů a zástrček (zdroj obrázku: Same Sky)

Závěr

Bude konektor vystaven znečišťujícím látkám okolního prostředí nebo ponoření? Vyžaduje konektor ochranu před signály EMI nebo RFI? Bude konektor vystaven nadměrným vibracím nebo častým nárazům? Odpovědi na každou z těchto otázek pomohou určit potřebnou kvalitu, vlastnosti a příslušenství. I bez ohledu na tato kritéria se kruhové konektory ukázaly jako spolehlivé a odolné řešení propojování v podmínkách náročných aplikací. Společnost Same Sky nabízí širokou škálu kruhových konektorů a kruhových sestav kabelů, které dávají odpovědi na tyto výzvy v oblasti konstrukce.