Elektrische aansluittechnieken
Een stille revolutie

In een tijdspanne van enkele jaren hebben talloze modulaire aansluitsystemen en connectors een markt, en een know how gecreëerd en ontwikkeld die velen onder ons niet hadden durven voorspellen. Met de komst van de veldbussen werd wel eens gesuggereerd dat nu een einde komt aan deze groei. Maar ook hier zijn nog vele vernieuwingen mogelijk.

Op lange termijn, wordt de kwaliteit en de bedrijfszekerheid van een elektrisch product, voor een groot deel bepaald door de kwaliteit van de aansluitingen. Kastenbouwers kunnen hierover meerspreken. Bij ingebruikname blijkt bijvoorbeeld zeer vaak dat kableurs onder tijdsdruk foutieve of slechte verbindingen maken. Hoe minder aansluitingen hoe kleiner uiteraard de kans op fouten, en hoe lager de kostprijs.
Dit alom gekend marktprincipe bespoedigde het invoeren van veldbustechnieken. Een dergelijk opzet maakte decentrale I/O’s en rechtstreekse sensor/aktor busaansluitingen mogelijk. Immense klemmenrijen met dito nummersystemen behoorden daarmee tot het verleden. De fabrikanten actief op dit terrein zagen het gevaar, en speelden in op deze trend

Aansluitklemmen
Op het vlak van aansluitklemmen zijn naast de miniatuuruitvoeringen, de meerlagenversies en andere snelaansluitsystemen, ook nog andere ontwikkelingen. Vanaf de schakelbare klemmen voor de elektriciteitsvoorziening heeft de productenrange zich stilaan uitgebreid naar de besturingstechniek van de machinebouw, meet- en regeltechnische installaties van de grondstoffenindustrie (kool, staal, chemie) en naar elektronische apparatuur en huistechnische installaties.
In de aanvankelijk eenvoudige aansluitklemmen werden steeds meer functies geïntegreerd. Daaruit ontstond het uitgebreide spectrum aan speciale uitvoeringen, zoals zekeringsklemmen, aardklemmen, scheidingsklemmen, meeretageklemmen, enz.
Terwijl in de industriële elektrotechniek de schroefklem nog steeds domineert, worden in het overgangsgebied naar de elektronica ook andere aansluittechnieken zoals solderen, vlakstekkers, veerdrukklemmen, enz., aangetroffen. Bij grotere doorsneden wordt hier en daar de voorkeur gegeven aan de boutaansluiting.
Begin de jaren ’70 ontstond de eerste klem voor printmontage. Hieruit ontwikkelden zich verschillende varianten. Om het controleren en uitwisselen van elektronische schakelingen te vereenvoudigen, werden de schroeven steekbaar, en ontstond een grote familie van poolvariabele printconnectoren met schroefaansluiting.
In de jaren ’80 werden de interfaces nog intelligenter, hetgeen resulteerde in een interfaceprogramma van koppelmodulen met mechanische of optische relais, met daarnaast passieve en actieve A/D-omzetters en interfacemodulen.
Trabtech (Transiënten Absorptie Technologie) is de verzamelnaam voor het onafhankelijke programma overspannings-beveiligingscomponenten voor net-, stuur-, meet- en datakabels. Deze componenten beveiligen elektronische apparatuur en installaties tegen beschadigingen die bijvoorbeeld ten gevolge van blikseminslagen of schakelhandelingen in het net worden veroorzaakt.

Naast de signaaloverdracht via parallelle kabels vindt in de complexe automatiseringstechniek de seriële dataoverdracht via een veldbus als voordelig alternatief steeds meer toepassing.

Kwaliteitseigenschappen
Als installateur en/of bordenbouwer kan men er vanuit gaan dat de meeste producenten van connectoren kwaliteit hoog in het vaandel voeren. Goede aansluitklemmen worden dan ook zodanig geconstrueerd dat de toepassing van ijzer – vooral wanneer men met schroefaansluiting werkt – achterwege kan blijven.
Daarmee wordt bij het inwerken van vocht elementvorming tussen ijzer en koper van de ader vermeden. Tevens wordt het risico van roestvorming en de daaruit voortvloeiende gevolgen, onbetrouwbare contactverhoudingen en/of vastzittende onderdelen, vermeden. Om die reden werken de meeste producenten met messing als materiaal voor het klemlichaam. De schroeven zijn vervaardigd uit hoogwaardige koperlegeringen, terwijl schroefdraadbalk en drukstuk alsmede het klemlichaam en klemhulzen uit spanningsscheurcorrosievrije koperlegeringen geproduceerd zijn.
Naast de uitstekende corrosievastheid worden hier ook nog twee andere voordelen gerealiseerd:
1. Geringe verwarming ten gevolge van de goede elektrische geleidbaarheid
2. Geringe neiging tot losraken, omdat er nauwelijks relatieve warmte-uitzetting tussen ader en klemlichaam ontstaat. Het oppervlak van het klemlichaam wordt door een galvanische nikkel- of tinlaag beschermt.
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 606 neemt vocht op uit de omgeving, gemiddeld 2,8%. Het gaat daarbij echter niet 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, formadehyde, PCB pf ¨CT (dioxine). De goede verouderingsbestendigheid en ongevoeligheid voor UV-licht maken het materiaal uitermate geschikt voor toepassing onder hoge temperaturen en in de buitenlucht.

CE-markering
De CE-markering is ingevoerd als belangrijk instrument voor het functioneren van het vrije goederenverkeer binnen de interne Europese markt. Met het aanbrengen van het CE-teken op een product geeft de fabrikant aan dat het voldoet aan alle voor dit product geldende voorschriften van de Europese Unie. "Voor de controlerende instanties geldt het CE-teken als bewijs dat het product voldoet aan de voorschriften." De EG-richtlijnen beschrijven de eigenschappen van het product met betrekking tot veiligheid en voorkoming van gevaren. Dit zijn bindende voorschriften van de Europese Unie. D.w.z. dat het voldoen aan de richtlijnen een wettelijke voorwaarde is voor de verkoop/gebruik van het product binnen de EU.
De producten moeten – voor zover van toepassing – momenteel voldoen aan de volgende richtlijnen:
Þ 73/23/EWG: elektrische apparaten voor toepassing binnen een bepaald spanningsgebied (laagspanningsrichtlijn).
Þ 89/336/EWG: elektromagnetische compatibiliteit (EMC-richtlijn)
Þ 89/392/EWG: veiligheid van machines (machinerichtlijn).
Binnen het kader van de genoemde Europese richtlijnen neemt de EMC-richtlijn een bijzondere plaats in. Deze richtlijn definieert voor het eerst op basis van een bindend voorschrift de elektromagnetische compatibiliteit als fundamenteel eigenschap van het apparaat. Niet alleen het beïnvloeden van andere apparaten door stooremissies is een schending van de richtlijn, ook een stoorvastheid van een apparaat geldt als productfout, waardoor het product van de markt kan worden genomen. De Europese wetgeving beschouwt daarmee de elektromagnetische compatibiliteit van apparaten en systemen als belangrijke voorwaarde voor het storingsvrij werken van machines en installaties.

Tenslotte
Uiteraard bieden diverse constructeurs nog tal van andere connectiek-toepassingen. Later hopen wij trouwens terug te komen op het grote scala andere mogelijkheden.
Duidelijk is dat ‘aansluittechniek’ meer en meer een specialisme wordt. Voor elk signaaltype en elke specifieke omgeving zijn aansluitsystemen, met al of niet geïntegreerde elektronica voorhanden. Een juiste keuze kan zowel een kwaliteitsverbetering als een besparing met zich meebrengen.
H.L.
Met dank aan de heren Steven Criel, Phoenix Contact en Arthur Visser, Harting

Techniques de raccordements électriques
Une révolution silencieuse

En l’espace de quelques années, un bon nombre de systèmes modulaires de raccordements et de connecteurs ont créé et développé un marché et un savoir-faire que nombreux d’entre nous n’aurions même pas osé prédire. On suggère de-ci de-là que l’avènement des bus de terrain mettra une fin à cette croissance. Mais comme dans bien d’autres domaines, de nombreux renouvellements sont encore possibles.

A long terme, la qualité et la fiabilité d’un produit électrique sont déterminées en grande partie par la qualité des raccordements. Les constructeurs d’armoires peuvent en témoigner. Lors de la mise en service, il s’avère par exemple souvent que les câbleurs ont effectué des jonctions erronées ou défectueuses sous le pression des délais d’installation. Plus le nombre de raccordements est réduit, plus le risque d’erreurs sera limité et le prix coûtant sera réduit en conséquence.
Ce principe de marché archi-connu a favorisé l’introduction des techniques propres aux bus de terrain. Une telle conception permet d’avoir recours à des I/O décentralisés et à des connexions de bus directes du type capteur/acteur. Les rangées impressionnantes de bornes accompagnées des systèmes de numérotage correspondants appartiennent ainsi définitivement au passé. Les fabricants actifs dans ce domaine ont vu le danger et ont anticipé cette tendance.

Bornes de raccordement
Au niveau des bornes de raccordement, d’autres développements ont vu le jour, en plus des versions miniaturisées, des versions à couches multiples et d’autres systèmes de raccordement rapide. A partir des bornes connectables pour l’alimentation en électricité, la gamme de produits s’est progressivement étendue vers la technique de commande liée à la construction de machines, vers des installations de mesure et de régulation de l’industrie des matières premières (charbon, acier, chimie) et vers les appareillages électroniques et les installations de domotique. Un nombre toujours croissant de fonction a été intégré dans les bornes de raccordement très simples à l’origine. Ce développement a vu naître le vaste spectre de versions spéciales, comme les bornes fusibles, les bornes de mise à la terre, les bornes de séparation, les bornes à étages multiples, etc. Tandis que la borne de serrage domine encore toujours l’électrotechnique industrielle, le glissement vers l’électronique a vu apparaître d’autres techniques de raccordement comme le soudage, les fiches plates, les bornes à pression de ressorts, etc. Pour les diamètres plus importants, on donne parfois la préférence aux raccordements à boulons. Au début des années ’70, on a assisté à la naissance de la première borne pour circuits imprimés. Diverses variantes se sont développées à partir de ce concept. Afin de simplifier le contrôle et l’échange de circuits électroniques, les vis sont devenues insérables et une vaste famille de connecteurs imprimés à polarité variable avec raccordements à vis a vu le jour. Dans les années ’80, les interfaces sont devenus encore plus intelligents, ce qui a débouché sur un programme d’interfaces de modules de couplage avec des relais mécaniques ou optiques, accompagnés de convertisseurs A/D et de modules d’interface passifs et actifs. Trabtech (Technologie d’Absorption Transitoire) est le terme générique pour le programme indépendant de composants de protection contre la surtension pour les câbles de secteur, de commande, de mesure et de transmission de données. Ces composants protègent les appareillages et installations électroniques contre des dommages consécutifs, par exemple, à la foudre ou à des opérations de commutation dans le réseau. En plus de la transmission de signaux via des câbles parallèles, la transmission sérielle de données via un bus de terrain trouve de plus en plus son application dans la technique très complexe de l’automatisation en tant qu’alternative économiquement plus judicieuse.

Caractéristiques qualitatives
En tant qu’installateur et/ou de constructeur de panneaux, on peut partir du principe que la plupart des producteurs de connecteurs sont très concernés par l’aspect de qualité. Les bornes de raccordement de bonne qualité sont dès lors construites de façon à éliminer, tant que faire se peut, l’usage de fer - principalement lorsqu’on travaille avec des raccordements à vis. On évite ainsi la formation d’éléments entre le fer et le cuivre du conducteur lors de la pénétration d’humidité. De plus, on évite également le risque de formation d’oxydation ainsi que les rapports de contact peu fiables et/ou les composants grippés qui en découlent. Pour cette raison, la plupart des producteurs utilisent le laiton comme matériau pour le corps de la borne. Les vis sont fabriquées en alliages supérieurs de cuivre, tandis que le corps du filetage et le chapeau, ainsi que le corps et les douilles de la borne, sont produits en alliages de cuivre résistants à la rupture sous tension due à la corrosion.
En plus de l’excellente résistance à la corrosion, on réalise ainsi deux autres avantages :
1. Un réchauffement réduit, grâce à la bonne conductibilité électrique
2. Une tendance réduite au détachement, puisque la dilatation relative entre le conducteur et le corps de la borne, due à la chaleur, est quasiment inexistante. La surface du corps de la borne est protégée par une couche galvanique de nickel ou d’étain.
La recherche, le développement et les analyses de marché constituent généralement les sources d’innovation pour la plupart des familles de produits appelées à répondre à la nome NE ISO 9001. Le système de surveillance de la qualité est constamment sévèrement contrôlé par BSI (British Standard Institution).
Thermoplast: polyamide non renforcé PA.
La majorité des fabricants utilisé le polyamide, un matériau d’isolation moderne, partiellement cristallin, sans lequel on n’aborde plus les domaines de l’électrotechnique et de l’électronique. Depuis un certain temps déjà, ce matériau occupe une position dominante et il est approuvé par les instances d’inspection correspondantes, comme CSA, NEMKO, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE, e.a.
Le polyamide bénéficie de très bonnes caractéristiques électriques, mécaniques, chimiques et autres, même à des températures d’utilisation très élevées. Le polyamide 606 absorbe une partie de l’humidité ambiante, en moyenne 2,8%. Il ne s’agit toutefois pas de groupes de H²0 chimiquement liés dans la structure des molécules. Le matériau devient ainsi élastique et résistant à la rupture, même à des températures pouvant atteindre – 40° C. Ce thermoplast est exempt d’halogène et le matériau ne contient en outre aucune liaison de silicones, ni d’aldéhyde formique, PCB ou ¨CT (dioxine). Sa bonne résistance au vieillissement et son insensibilité aux rayons UV rendent le matériau particulièrement propre aux applications en plein air et à des températures élevées.

Marquage CE
Le marquage CE a été introduit en tant qu’instrument important pour le fonctionnement de la libre circulation de marchandises au sein du marché européen. En apposant le label CE sur son produit, le fabricant indique que celui-ci répond à toutes les prescriptions de l’Union européenne en vigueur pour ce produit. "Pour les instances de contrôle, le label CE fournit la preuve que le produit répond aux prescriptions." Les directives CE décrivent les caractéristiques du produit par rapport à la sécurité et à la prévention des accidents. Il s’agit de prescriptions contraignantes de l’Union européenne. Cela signifie que le fait de satisfaire aux directives constitue une condition légale pour la vente/utilisation de ce produit au sein de l’UE.
Pour autant qu’elles soient d’application, les produits doivent répondre aux directives suivantes :
Þ 73/23/EWG: appareils électriques pour l’application dans une certaine plage de tensions (directive de basse tension).
Þ 89/336/EWG: compatibilité électromagnétique (directive EMC)
Þ 89/392/EWG: sécurité des machines (directive relative aux machines).
Dans le cadre des directives européennes mentionnées, la directive EMC occupe une place privilégiée. Cette directive définit pour la première fois sur base d’une prescription contraignante la compatibilité électromagnétique comme caractéristique fondamentale de l’appareil. Ce n’est pas seulement l’influence exercée sur d’autres appareils par des émissions de perturbation qui constitue une infraction à la directive, mais la densité des perturbations d’un appareil est également considéré comme un défaut de l’appareil en question, pouvant justifier son élimination du marché. La législation européenne considère ainsi la compatibilité électromagnétique des appareils et systèmes comme une condition importante pour le bon fonctionnement de ces machines et installations.

Finalement
Bien évidemment, divers constructeurs proposent encore un nombre important d’applications de connexion. Nous espérons d’ailleurs avoir l’occasion de revenir plus en détail sur la vaste gamme que représentent les autres possibilités.
Il est clair que la «technique de raccordement» devient de plus en plus une spécialisation. Des systèmes de raccordement, accompagnés ou non de l’électronique correspondante intégrée, sont disponibles pour chaque type de signal et pour chaque environnement spécifique. Un choix judicieux peut non seulement se traduire par une amélioration de la qualité, mais peut également déboucher sur une réelle économie.
H.L.
Avec nos remerciements à messieurs Steven Criel, Phoenix Contact en Arthur Visser, Harting