Connectiek
Voor elke toepassing de juiste aansluittechniek
Schakelkasten moeten van binnen groter zijn dan van buiten. Een contradictie misschien, maar deze ervaring hebben waarschijnlijk de meeste werkplaatschefs elke dag opnieuw, wanneer de constructieplannen moeten worden omgezet in de dagelijkse werkelijkheid van de bekabeling.
Vroeger werden er andere eisen gesteld aan een klemmenstrook. Toen waren er geringere aansluitingen en de ter beschikking zijnde plaats was groter. Ook de klemmenstrook heeft zich intussen aan deze evolutie aangepast. Zo zal deze niet alleen de verbinding van geleiders op zich nemen, maar ook meer intelligente mogelijkheden, zoals bijvoorbeeld eenvoudige potentiaalverdeling, indicatie door middel van lichtindicatie, eenvoudige sensor- en aktorbekabeling, galvanische scheiding voor analoge en digitale signalen tot intelligente verbindingen met bijvoorbeeld de PLC.
De toepassingen beperken zich niet tot de conventionele kastenbouw, maar breiden zich uit naar bijvoorbeeld de verkeers-, transport- en energiewereld, de automobiel- en chemische industrie, het EX-gebied en de gebouwenautomatisatie.
In functie van de toepassingen zijn er vijf aansluitsystemen, elk met zijn voor- en nadelen. Men onderscheid: schroefaansluiting, veerdrukaansluiting, vlakstekeraansluiting, wikkel- en hulsaansluiting, soldeeraansluiting
Schroefaansluiting
In de wereld van de industriële besturingstechniek overheerst zoals gebruikelijk het principe van de schroefaansluittechniek, die zich bewezen heeft in vele toepassingen. Deze schroefverbinding laat verschillende aansluitdoorsneden toe (van 0,2 tot 240 mm²) en biedt bovendien de grootste contactkracht die maat staat voor de kwaliteit van de verbinding. Constructieve details, zoals een schroefborgingssysteem, corrosievaste metaaldelen met vlakke bodem en geribd drukstuk, zorgen samen met de trechtervormige invoer, voor een eenvoudige doch betrouwbare gasdichte verbinding. De schroefverbinding is wereldwijd de bekendste en meest geaccepteerde aansluitingstechnologie.
Verdrukaansluiting
Bij de klem voorzien van een veer wordt de ader tegen de stroomgeleidende rail gedrukt of getrokken. In tegenstelling tot de schroeftechniek kan de kracht die op de ader wordt uitgevoerd, niet worden beïnvloed. Grote aderdoorsneden trekken de veer duidelijk meer uit dan kleinere. Veerdrukklemmen worden van boven af (frontaal) aangesloten. Dit heeft als voordeel dat de kabelkanalen dichter tegen de klemmenstroken kunnen worden gelegd, waardoor de aansluitdichtheid in de schakelkast verhoogt. Bovendien is hierdoor een optische controle van de aansluiting mogelijk. De veerdrukaansluittechniek heeft de laatste jaren toepassingen in de automatiserings-, sturings- en installatietechnieken (aansluitbereik 0,2 t/m 6 mm²). In tegenstelling tot de schroefklem die met een open klemhuis geleverd wordt, is de veerdrukklem steeds met gesloten aderingang geleverd. Dit wil zeggen de veer moet eerst worden opengedrukt vooraleer men de soepele ader kan invoeren.
Vlakstekeraansluiting
Bij deze volgens DIN 46 249-1 genomeerde en over de gehele wereld ingevoerde aansluitmethode wordt op het afgestripte adereinde een passende vlakstekerhuls gekrompen. Het contact komt tot stand door de vlakstekerhuls op de vlakstekerstift te schuiven. Voorwaarde voor een goede verbinding is een nauwkeurige controle van hulsgrootte, leidingdoorsnede en het gebruik van het persgereedschap. Voor isolatie-ondersteunende trekontlasting tussen ader en vlakstekerhuls wordt de aderisolatie bij het krimpen geklemd. In de industrie worden voornamelijk vlakstekerhulzen resp. stiftmaten van 6,3 x 0,8 mm en 2,8 x 0,8 mm toegepast. Vaak worden ook de gedeelde 6,3 mm stiften toegepast waarop twee ongeïsoleerde of één volledig geïsoleerde 2,8 mm vlakstekerhuls kan worden geschoven. Deze technologie wordt vooral in de automobiel- en huishoudindustrie toegepast, waar men met een hoge verdradingsdichtheid en voorgeconfectioneerde draden werkt. Wanneer dit gebeurt heeft men geen andere gereedschappen meer nodig voor de verdere eindaansluiting. Deze aansluittechniek is maximaal toepasbaar voor 6 mm² en soepele geleiders.
Wikkel- en hulsaansluiting
Beide technieken, namelijk de wikkeltechniek of wire-wrap en de hulstechniek of termi-point-aansluiting zijn gebaseerd op de aansluiting op een rechthoekige of vierkantige stift. Deze technieken vragen wel om specifiek gereedschap, de massieve geleiders dienen enkel te worden afgestript van hun isolatie. Er kunnen wel tot drie verbindingen op 1 stift worden aangesloten. In praktijk komen wij beide technieken weinig tegen in de meet- en regeltechniek.
Soldeerverbinding
Het solderen is de oudste techniek om twee geleiders met elkaar te verbinden. De soldeeraansluiting komt uit de communicatietechniek en wordt ook tegenwoordig nog in meet- en regeltechnische installaties toegepast. Bovendien is solderen de algemene standaard bij printaansluitingen waarbij onderscheid moet worden gemaakt tussen hand- en machinaal solderen. Bij de meeste fabrikanten van soldeerklemmen of soldeerverbindingselementen, die handmatig worden gesoldeerd, voldoen de soldeerlippen door materiaal, vorm en voorvertinning aan de voorwaarden voor goede soldeeraansluiting. Het gat in de soldeerlip vereenvoudigt niet alleen het werken met soldeerbout en soldeertin, maar zorgt ook voor de noodzakelijke trekontlasting van de aansluitaders.
Voor een lange probleemloze aansluiting is tevens van belang dat er vakkundig wordt gesoldeerd.
Kwaliteitseigenschappen
Onderzoek, ontwikkeling en marktanalyses vormen meestal de bronnen van innovatie voor de meeste productfamilies die moeten beantwoorden aan de EN ISO 9001 norm. Het kwaliteitsbewakingssysteem wordt voortdurend streng bewaakt door BSI (Britisch Standaard Institution). Thermoplast: polyamide onversterkt PA. De meeste fabrikanten gebruiken het moderne, deelkristallijne isolatiemateriaal polyamide, dat niet meer weg te denken is uit de elektrotechniek en elektronica. Sinds geruime tijd neemt dit materiaal een dominante positie in en is goedgekeurd door de betreffende keuringsinstanties zoals CSA, NEMKO, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE, e.a… Polyamide heeft ook bij hoge gebruikstemperaturen zeer goede elektrische mechanische, chemische en andere eigenschappen. Polyamide 6.6 neemt vocht op uit de omgeving, gemiddeld 2,8%. Het gaat daarbij echter niet om opgenomen kristalwater, maar om chemisch gebonden H2O-groepen in de molecuulstructuur. Hierdoor wordt de kunststof elastisch en breukvast, ook bij temperaturen tot –40°C. Dit thermoplast is halogeenvrij en bovendien bevat het materiaal geen siliconenverbindingen, formaldehyde, PCB of PCT (dioxine). De goede verouderingsbestendigheid en ongevoeligheid voor UV-licht maken het materiaal bijzonder geschikt voor toepassing onder hoge temperaturen en in de buitenlucht.
Het effect van temperatuurinwerking
Bij langdurige warmte-inwerking op kunststof treedt altijd een zogenaamde thermische veroudering op, waardoor de mechanische en elektrische eigenschappen veranderen. Als beoordelingscriteria geldt de RTI-waarde volgens UL746/ANSI 746 B: 1979-06 en de Ti-waarde volgens DIN IEC 216-1: 1980-12. De RTI-waarde geeft de hoogste gebruikstemperatuur in °C, voordat een elektrische doorslag kan plaatsvinden. De temperatuurindex Ti verwijst daarentegen naar een in temperatuur in °C waarbij de mechanische eigenschappen afnemen. In IEC 947-7-1/EN 60 947-7-1 wordt voor aansluitklemmen bij nominale belasting een toelaatbare temperatuurverhoging vastgesteld van 45 K. Het totaal van de omgevingstemperatuur en de temperatuurverhoging mag de bij de afzonderlijke producten aangegeven Ti-waarde niet overschrijden. Door stabilisatie van de warmteveroudering zijn kort maximum temperaturen tot ca. 200°C toegestaan. Afhankelijk van het type ligt het smetpunt tussen 215°C en 295°C.
Beschermingswijze verhoogde veiligheid Eex e
Volgens EN 50 019/DIN VDE 0170/0171-6 is de beschermingswijze ‘verhoogde veiligheid’ Eex e alleen toepasbaar op apparaten die in bedrijf geen vonken of lichtbogen produceren en geen gevaarlijk hoge temperaturen aannemen. De bepalingen omvatten extra maatregelen gericht op de verhoging van de veiligheid van de apparatuur, waardoor deze in explosiegevaarlijke gebieden kan worden toegepast. Ex-klemmen kunnen o.a. in temperatuurgroep T6 worden geclassificeerd, omdat onder normale omstandigheden de max. temperatuur van 85°C niet wordt bereikt. De omgevingstemperatuur waarmee bij de dimensionering van elektrische apparatuur in het Ex-gebied rekening moet worden gehouden, is vastgesteld op 40°C.
Inbouwvoorschriften volgens Eex e
Bij toepassing van vaste bruggen moet voor het handhaven van de isolatie-afstanden tussen direct naast elkaar liggende bruggen een groepenscheidingsplaat en aan het begin en einde van iedere brug een eindplaat worden geplaatst. Ook met inlegbruggen gerealiseerde potentiaalverbindingen moeten met groepenscheidingsplaten worden afgesloten. Bij toepassing van de vaste brug voor het realiseren van overspringende doorverbindingen neemt de max. nominale spanning af tot 66V.
Men moet wel opletten dat bij het door elkaar gebruiken van verschillende series en afmetingen en bij toepassing van andere toebehoren moet worden gelet op het in stand houden van de vereiste lucht- en kruipwegen.
Aansluitdoorsnede
De nominale aansluitdoorsnede van aansluitklemmen moet volgens IEC 947-7-1:1989 door de fabrikant worden aangegeven. Hierbij gaat het om de – in het algemeen maximale – aderdoorsnede, welke in de klem aangesloten kan worden en op welke de in de norm genoemde elektrische, mechanische en thermische proeven betrekking hebben. Bovendien moet door de fabrikant het aansluitvermogen, d.w.z. het aansluitbare aderbereik, als ook het aantal tegelijk aansluitbare aders en iedere vereiste voorbewerking van het adereind worden aangegeven, waarbij de aders massief (één- of meeraderig) of soepel kunnen zijn. Deze waarden moeten vermeld staan bij de betreffende productbeschrijving. Ook de doorsneden bij toepassing van adereindhulzen – met of zonder isolatiehuls – staan daar aangegeven. Tevens moeten de bereiken worden genoemd waarin men gelijktijdig twee aders in massieve en soepele uitvoering met adereindhuls – zonder isolatiehuls – kunt aansluiten. De uitdrukking ‘aparte voorzieningen’ slaat op het solderen van aders, het gebruik van kabelschoenen, het buigen van ogen, enz., maar niet op het rechtbuigen van de ader voor het invoeren in de klem of het ter versteviging van het uiteinde samendraaien van samengeslagen aders. Soepele vertinde aders zijn niet geschikt om op schroefklemmen aan te sluiten.
Tenslotte
Op de vraag welke aansluittechnologie de beste is, kan men in het algemeen geen pasklaar antwoord geven. Een veelvoud van aansluittechnologieën staat ter beschikking. In functie van waar deze worden ingezet en afhankelijk van diverse omgevingsfactoren is te overwegen welke aansluittechniek voor dit specifiek geval het meest aangewezen is. Men mag ook niet vergeten dat het aspect ergonomie, extra mogelijkheden voor de aansluitklemmen en de menselijke factoren de doorslag zullen geven.
Hubert Lahaut
Met dank aan de heer Steven Criel van Phoenix Contact België
Connectique
Pour chaque application, la bonne technique de raccordement
Les armoires de commande doivent être plus grandes à l’intérieur que de l’extérieur. Peut-être une contradiction, mais la plupart des chefs d’atelier ont probablement fait cette expérience de manière répétée, lorsque les plans de
construction doivent être transposés dans la réalité du câblage de tous les jours.
Auparavant, d’autres exigences étaient posées à un connecteur. Il y avait moins de connexions et la place disponible était plus grande. Entre-temps, le connecteur s’est également adapté à cette évolution. Celui-ci ne sert plus seulement à assurer la liaison entre conducteurs, mais reprend également des fonctions plus intelligentes, telles que par exemple une simple distribution de potentiel, l’indication à l’aide de lampes, le câblage simple de capteurs et actuateurs, la séparation galvanique des signaux analogiques et numériques jusqu’aux liaisons avec par exemple un PLC. Les applications ne se limitent pas à la construction d’armoire conventionnelle, mais s’élargit vers par exemple le monde de la circulation, des transports et de l’énergie, l’industrie automobile et l’industrie chimique, le domaine EX et l’automatisation des bâtiments. En fonction des applications, il existe cinq systèmes de connexion, chacun ayant ses avantages et inconvénients. On distingue: connexion vissée, connexion par ressort, connexion à fiche plate, connexion enroulée et connexion par douille, connexion soudée.
Connexion vissée
Dans le monde de la technique de commande industrielle, le principe de la connexion vissée domine habituellement, lequel a fait ses preuves dans de nombreuses applications. Cette connexion vissée permet diverses sections de raccordement (de 0,2 à 240 mm²) et offre la plus grande force de contact, qui définit la qualité de la connexion. Les détails de construction, tels qu’un système de verrouillage de la vis, des éléments métalliques à fond plat résistants à la corrosion et une pièce de pression nervurée, assurent, avec l’introduction en forme d’entonnoir, une liaison simple quoique fiable étanche aux gaz. La connexion vissée est dans le monde entier la technologie de raccordement la plus connue et la mieux acceptée.
Connexion par ressort
Dans la borne pourvue d’un ressort, le conducteur est pressé ou tiré contre le rail conducteur de courant. Au contraire de la connexion vissée, la force qui est exercée sur le conducteur ne peut pas être modifiée. Les conducteurs de grande section tirent nettement plus fort sur le ressort que les conducteurs de faible section. Les bornes à pression de ressort sont raccordées par le haut (de manière frontale). Ceci a l’avantage que les canaux à câbles peuvent être placés plus près des barrettes à bornes, ce qui augmente la densité de raccordement dans l’armoire de commande. De plus, ceci permet un contrôle optique de la connexion. Ces dernières années, la technique de connexion par ressort a trouvé des applications dans les techniques d’automatisation, de commande et d’installation (domaine de raccordement 0,2 à 6 mm²). Au contraire des connexions vissées, qui sont fournies avec un tuyau de connexion ouvert, la borne à ressort est toujours livrée avec une entrée de conducteur fermée. Ceci indique que la force du ressort doit d’abord être vaincue pour pouvoir introduire le conducteur souple.
Connexion à fiche plate
Pour cette méthode de raccordement normalisée suivant DIN 46 249-1 et répandue dans le monde entier, on écrase une douille adaptée sur l’extrémité dénudée du conducteur. Le contact est réalisé en faisant glisser la douille de la fiche plate sur la broche de la fiche plate. La condition pour obtenir une bonne connexion est un contrôle exact de la grandeur de la douille, de la section du conducteur et l’emploi d’un appareil de pinçage. Pour la décharge de traction de soutien de l’isolation entre le conducteur et la douille de la fiche plate, l’isolation du conducteur est serrée lors de l’écrasement. Dans l’industrie, on emploie principalement des dimensions de douilles et de broches de fiche plate de 6,3 x 0,8 mm et 2,8 x 0,8 mm. Souvent, on emploie également les broches divisées de 6,3 mm, sur lesquelles on peut glisser deux douilles de fiche plate non isolées ou une douille de fiche plate entièrement isolée de 2,8 mm. Cette technologie est surtout utilisée dans l’industrie automobile et l’électroménager, où on travaille avec une densité de câblage élevée et des câbles préconfectionnés. Lorsque ceci est le cas, aucun autre outillage n’est nécessaire pour le raccordement final. Cette technique de raccordement est applicable au maximum pour les conducteurs souples de 6 mm².
Connexion enroulée
Les deux techniques, à savoir la connexion enroulée ou wire-wrap et la technique par douille ou raccordement termi-point sont basées sur le raccordement sur une broche carrée ou quadrangulaire. Ces techniques exigent un outillage spécifique, les conducteurs massifs doivent seulement être dénudés. On peut raccorder jusqu’à trois connexions sur 1 broche. Dans la pratique, les deux techniques se rencontrent peu dans la technique de mesure et de régulation.
Connexion soudée
La soudure est la technique la plus ancienne pour connecter ensemble deux conducteurs. La connexion soudée vient de la technique de télécommunication et est également utilisée de nos jours en technique de mesure et de régulation. De plus, la soudure est le standard général pour les circuits imprimés; on doit cependant distinguer entre la soudure à la main et la soudure à la machine.
Pour la plupart des fabricants de bornes à souder ou éléments de raccordements à souder qui sont soudés à la main, les bourrelets de soudure satisfont par leur matériau, leur forme et leur étamage aux conditions pour une bonne connexion soudée. Le trou dans le bourrelet de soudure ne simplifie pas seulement le travail avec le fer à souder et la soudure d’étain, mais veille également à la décharge de traction nécessaire des conducteurs de raccordement. Pour une connexion de longue durée sans problème, il est également important que celle-ci soit réalisée de manière professionnelle.
Caractéristiques de qualité
L’examen, le développement et les analyses de marché forment le plus souvent les sources de l’innovation pour la plupart des familles de produits qui doivent répondre à la norme EN ISO 9001. Le système d’assurance-qualité est en permanence surveillé strictement par BSI (British Standards Institution).
Thermoplastes
La plupart des fabricants emploient le matériau d’isolation moderne, partiellement cristallin, qu’est le polyamide, dont on ne pourrait plus se passer en électrotechnique et en électronique. Depuis très longtemps, ce matériau occupe une position dominante et est agréé par les organismes concernés d’agrément telles que CSA, NEMKO, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE, etc. Le polyamide a également aux températures élevées d’utilisation de très bonnes caractéristiques électriques, mécaniques, chimiques et d’autres. Le polyamide 6.6 absorbe l’humidité ambiante, en moyenne 2,8 %. Il ne s’agit pas ici à proprement parler d’eau de cristallisation, mais de groupes H2O chimiquement liés dans la structure de la molécule. Cela rend le matériau plastique élastique et résistant à la rupture, même aux températures jusqu’à -40°C. Ce thermoplaste est exempt d’halogènes et, de plus, le matériau ne contient pas de liaisons de silicone, formaldéhyde, PCB ou PCT (dioxine). La bonne résistance au vieillissement et l’insensibilité à la lumière UV en font un matériau particulièrement adapté pour les applications à température élevée et à l’air extérieur.
L’effet de l’action
En cas d’action de longue durée de la chaleur sur une matière plastique, il se produit toujours ce qu’on appelle un vieillissement thermique, qui entraîne une modification des propriétés mécaniques et électriques. Comme critère d’évaluation, la valeur RTI suivant UL746/ANSI 746B: 1979-06 et la valeur Ti suivant DIN CEI 216-1: 1980-12 sont d’application. La valeur RTI donne la plus haute température d’utilisation en °C avant qu’un claquage puisse se produire. L’index de température Ti renvoie par contre à une température en °C à laquelle les propriétés mécaniques diminuent. Dans la norme CEI 947-7-1/EN 60 947-7-1, on fixe pour les bornes de raccordement sous charge normale une augmentation de température admissible de 45 K. Le total de la température ambiante et de l’augmentation de température ne peut pas dépasser la valeur Ti mentionnée pour les produits individuels. Par stabilisation du vieillissement à la chaleur, des températures maximales jusqu’à environ 200°C sont admises pour une courte période. En fonction du type, le point de fusion se situe entre 215°C et 295°C.
Mode de protection
Suivant EN 50 019/DIN VDE 0170/0171-6, le mode de protection ‘à sécurité augmentée’ Eex e applicable aux appareils qui, en fonctionnement, ne produisent pas d’étincelles ni d’arc électrique et n’atteignent pas de températures élevées dangereuses. Les prescriptions contiennent des mesures supplémentaires orientées sur l’augmentation de la sécurité de l’appareillage, moyennant quoi celui-ci peut être utilisé dans des environnements à danger d’explosion. Les bornes Ex peuvent entre autres être classées dans le groupe de température T6, parce que, dans des circonstances normales, la température maximum de 85°C n’est pas atteinte. La température ambiante dont on doit tenir compte lors du dimensionnement de l’appareillage électrique dans l’environnement Ex est fixée à 40°C.
Prescriptions d’installation
Lors de l’utilisation de ponts fixes, une plaque finale doit être prévue au début et à la fin de chaque pont pour ce qui concerne les distances d’isolation entre ponts fixes adjacents et plaque de séparation des groupes. Pour les liaisons de potentiel réalisées avec des ponts d’insertion également, on doit terminer avec des plaques de séparation des groupes. Lors de l’utilisation du pont fixe pour la réalisation de liaisons de traversée avec saut, la tension nominale maximale diminue jusqu’à 66 V. On doit faire attention que, dans le cas d’utilisation mixte de séries différentes de dimensions et d’utilisation d’autres accessoires, on doit faire attention au respect des écartements requis d’isolation contre les courants de fuite.
Section de raccordement
La section nominale de raccordement de bornes de raccordement doit être indiquée par le fabricant suivant CEI 947-7-1:1989. Il s’agit ici de la section de conducteur - en général maximale - qui peut être connectée dans la borne et à laquelle se rapportent les essais électriques, mécaniques et thermiques mentionnés dans la norme. De plus, le fabricant doit indiquer la puissance de raccordement, c.-à-d. la plage de conducteurs pouvant être raccordés, ainsi que le nombre de conducteurs pouvant être raccordés simultanément et toute préparation requise de l’extrémité du conducteur, les conducteurs pouvant être rigides (un ou plusieurs conducteurs) ou souples. Ces valeurs doivent être mentionnées dans la description correspondante de produit. Les sections y sont également mentionnées en cas d’utilisation d’embouts - avec ou sans embout d’isolation. Les plages doivent également être mentionnées dans lesquelles on peut raccorder simultanément deux conducteurs ou plus en fil rigide ou souple avec embout - sans embout d’isolation. L’expression ‘dispositions séparées’ se rapporte à la soudure des conducteurs, l’emploi de souliers de câbles, le pliage des oeillets, etc., mais pas au pliage à angle droit des conducteurs avant l’introduction dans la borne ou à la torsion de l’extrémité pour renforcer des conducteurs regroupés. Les conducteurs souples étamés ne conviennent pas pour raccordement à des bornes vissées.
Conclusion
A la question de savoir quelle technique de raccordement est la meilleure, on ne peut en général pas donner de réponse claire. Une multitude de technologies de raccordement sont disponibles. En fonction de l’endroit où elles sont employées et en fonction de divers facteurs d’environnement, on doit envisager quelle technique de raccordement est la plus appropriée pour le cas spécifique. On ne peut pas non plus oublier que l’aspect de l’ergonomie, les possibilités supplémentaires pour les bornes de raccordement et les facteurs humains forceront la décision.
Hubert Lahaut
Avec mes remerciements à Monsieur Steven Criel de Phoenix Contact Belgique
