Von Kupfer bis Crimp: Was macht eine erstklassige elektrische Verbindung aus?

Bei der Festlegung und Installation elektrischer Verbindungen für Rechenzentren, Industrieanlagen, erneuerbare Energien, Kraftfahrzeuge, Eisenbahnen, Schifffahrt, Gebäudeautomatisierung und andere anspruchsvolle Anwendungen sind potenzielle Fehlermöglichkeiten wie übermäßiger elektrischer Widerstand, Drahtauszug und Kurzschlüsse wichtige Faktoren.

Die Verwendung von hochwertigen Crimpverbindern kann sich auszahlen, da sie die Nacharbeit erheblich reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht. Geringerer elektrischer Widerstand bedeutet höhere Leistung. Durch die Verwendung spezieller Materialien, einer verbesserten Konstruktion und ausgeklügelter Herstellungsverfahren können Crimpverbinder einen außergewöhnlich niedrigen elektrischen Widerstand bieten.

Diese Steckverbinder bieten eine hervorragende Drahtzugfestigkeit mit einer bis zu 2,5-fachen Zugfestigkeit im Vergleich zu Standardsteckverbindern. Das Ergebnis ist eine überragende Vibrationsfestigkeit und Zuverlässigkeit.

Kurzschlüsse können ein Problem darstellen, wenn nicht tiefe Hülsenkonstruktionen vorhanden sind, die das Austreten von Drahtlitzen verhindern und eine robuste Isolierung, einschließlich Verdrehsicherung und tiefer Innenverzahnung, bieten.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über das umfassende Angebot der Sta-Kon-Kabelschuhe von ABB und geht auf die Merkmale ein, die es diesen Crimpverbindern ermöglichen, durchgängig einen überragenden elektrischen Widerstand, eine hohe Drahtauszugsfestigkeit und Schutz vor Kurzschlüssen zu bieten. Er schließt mit einem kurzen Überblick über die Vorteile des Sta-Kon-Kabelschuhkits, das 12 verschiedene Sta-Kon-Kabelschuhoptionen und das Handwerkzeug WT112M enthält.

Ring oder Gabel?

Eine der ersten Fragen, die bei der Verwendung von Kabelanschlüssen zu beantworten ist, lautet: Braucht die Anwendung einen Ring- oder Gabelanschluss? Das kommt darauf an. Sowohl Ring- als auch Gabelverbinder eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. in der Schifffahrt, in Schalttafeln, Rechenzentren, Geräten, HLK-Anlagen und so weiter. Gabeln eignen sich besser für vorübergehende Anwendungen, während Ringe gute dauerhafte Verbindungen herstellen.

Die Unterschiede in der Spezifikation von Sta-Kon-Ring- und -Gabelverbindern wirken sich auf deren Vibrationsfestigkeit, mechanische Sicherheit und Eignung für Situationen mit hoher Zuverlässigkeit aus. Die Ringterminals bieten ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Sicherheit, während die Gabelterminals die Geschwindigkeit, Wartungsfreundlichkeit und Effizienz an überfüllten Orten, an denen der Zugang wichtig ist, optimieren (Abbildung 1).

Bild 1: Beispiele für Sta-Kon-Ring- und -Gabelkabelschuhe. (Bild: ABB)

Das Design der Ringkabelschuhe verhindert ein versehentliches Abrutschen und ist sehr widerstandsfähig gegen das Lösen in Anwendungen mit hohen Vibrationen. Standard-Gabelkabelschuhe können unter denselben Vibrationsbedingungen abrutschen, insbesondere wenn sie nicht ordnungsgemäß installiert sind.

Die geschlossene Struktur von Ringkabelschuhen bietet auch eine viel höhere Auszugskraft als ein Standard-Gabelkabelschuh. Daher sind Ringkabelschuhe mechanisch sicherer und werden oft als „permanente“ Verbindungen bezeichnet, die eine bessere Performance für sicherheitskritische Strom- und Erdungsverbindungen bieten und oft in elektrischen Normen vorgeschrieben sind.

Während Ringkabelschuhe bessere mechanische Verbindungseigenschaften aufweisen, sind Gabelkabelschuhe schneller zu installieren und zu entfernen, so dass sie bei vielen Anwendungen, die eine schnelle Installation erfordern oder bei denen eine häufige Wartung zu erwarten ist, bevorzugt werden.

Alle Sta-Kon-Komponenten sind nach UL-Normen und alle anwendbaren Produkte nach CSA-Normen geprüft und gelistet und erfüllen die geltenden militärischen Spezifikationen und Industrienormen.

Überlegene Konstruktion und Fertigung

Sta-Kon-Kabelschuhe, sowohl Gabel- als auch Ringoptionen, verfügen über wichtige Leistungsmerkmale und hochwertige Materialien, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die tiefe Innenverzahnung maximiert die Oberfläche und drückt die Drahtlitzen in das Metall, wodurch die Haltekraft maximiert und der elektrische Widerstand minimiert wird. Die Verwendung von 99,9% reinem Kupfer und Silberlötnähten trägt ebenfalls zu einem niedrigen elektrischen Widerstand bei.

Bei der Herstellung werden die Anschlüsse in bestimmten Bereichen durch selektives Glühen erhitzt. Dadurch wird die Hülse weich, während die Ring- oder Gabelzungen hart sind, um der Anzugsspannung standzuhalten und der Ermüdung zu widerstehen.

Selektives Glühen ist ein zusätzlicher Prozessschritt, den ABB bei der Herstellung seiner Sta-Kon-Verbinder einsetzt. Dadurch lässt sich die Hülse leichter crimpen, um eine feste Verbindung um den Draht herum zu bilden, ohne dass der Installateur übermäßige Kraft aufwenden muss. Das sorgt für einheitlichere Installationen und erhöht die Zuverlässigkeit.

Die Zungen werden „kaltgeformt“, um die Stärke des Kupfers zu maximieren. Dadurch kann es den Belastungen beim wiederholten Anziehen von Schrauben standhalten, ohne sich zu verformen, was die elektrische und mechanische Performance weiter verbessert.

Alternative Herstellungsverfahren versuchen, diese Ziele zu erreichen, indem sie Material entfernen oder ein weicheres Kupfer mit geringerer Leitfähigkeit verwenden. Diese Ansätze erhöhen im Allgemeinen den elektrischen Widerstand sowie die Gefahr von Kurzschlüssen und Ausfallzeiten.

Abbildung 2: Einige der Konstruktionsdetails, die Sta-Con-Kabelschuhe auszeichnen und ihnen eine erstklassige Performance ermöglichen. (Bildquelle: ABB)

Branchenführende Beschichtungsprozesse

Eine dicke, glänzende elektrolytische Verzinnung, die bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere Korrosionsbeständigkeit bietet, ist Standard bei Sta-Kon-Anschlusszungen. Zu den Beschichtungsalternativen gehören Gold, Silber, Zinn-Legierungen und Nickel.

Für die Beschichtung werden überlegene Produktionsverfahren eingesetzt, die von anderen Herstellern nicht immer eingehalten werden. Alle Sta-Kon-Kabelschuhe werden vor der Beschichtung gründlich entgratet und entfettet, um maximale Performance zu gewährleisten und die Anforderungen zahlreicher militärischer und industrieller Spezifikationen zu erfüllen (Tabelle 1).

Tabelle 1: Verfügbare Beschichtungsoptionen für Sta-Con-Kabelschuhe. (Quelle der Tabelle: ABB)

Optimale Hülsen und Isolierung

Die Herstellung der abgeschrägten (trichterförmigen) Hülsen der Sta-Kon-Kabelschuhe erfordert Sorgfalt und Liebe zum Detail. Abgeschrägte Hülsen erleichtern das Einführen der Drähte, verhindern das Aufhängen einzelner Litzen und sind bei den Klemmen anderer Hersteller nicht erhältlich. Nach dem Einstecken erhöht die im Vergleich zu Konkurrenzprodukten längere Hülsenlänge die Crimpleistung weiter und sichert die Isolierung besser ab.

Die Standardlänge der Hülsen von Konkurrenzprodukten kann bis zu 50% kürzer sein als die von Sta-Kon-Kabelschuhen. Das erhöht die Häufigkeit von elektrischen Ausfällen und die Notwendigkeit, Verbindungen nachzubessern. Außerdem können sich bei den kürzeren Hülsen der Konkurrenz die Isolatoren beim Crimpen lösen.

Sta-Kon-Kabelschuhe sind für eine Vielzahl von Drahtstärken und Bolzengrößen erhältlich. Durch die Verwendung von extrudierten Isolatoren gibt es keine Nahtlinien, wodurch die Trennung beim Crimpen weniger wahrscheinlich wird. Zur Auswahl stehen folgende Hülsenisolierungen:

• Vinyl - Im Allgemeinen das wirtschaftlichste Material, das für den Einsatz bis zu +105°C geeignet ist.
• Nylon - Bietet im Vergleich zu Vinyl eine bessere Chemikalien- und Abriebbeständigkeit und ist ebenfalls für Temperaturen bis zu +105°C ausgelegt.
• Wärmeschrumpfende Isolierung - Ist für bis zu +105°C ausgelegt und kann eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit bieten
• Fluorpolymer (Tefzel®) - Ist für bis zu +150°C ausgelegt und bietet chemische Beständigkeit. Häufig in der Luft- und Raumfahrt und in der Kerntechnik eingesetzt
• Nicht isoliert - Einsatz in engen Räumen und bei Temperaturen bis zu +175°C, die herkömmliche Isolierungen schmelzen könnten

Leistungsstarke Zungengeometrien

Neben der Verwendung eines hochentwickelten Designs, erstklassiger Materialien und eines optimierten Herstellungsprozesses wird die Performance der Sta-Kon-Kabelschuhe durch die Verfügbarkeit einer Reihe von Zungengeometrien weiter verbessert. Dies ermöglicht es Entwicklern, die beste Struktur für eine bestimmte Systemimplementierung und Betriebsumgebung auszuwählen.

Die Verdrehsicherungszungen (manchmal auch Verdrehsicherungsköpfe genannt) unterscheiden die Sta-Kon-Ringkabelschuhe voneinander. Dieses Merkmal sorgt dafür, dass der Kabelschuh sicher im Anschlussblock sitzt. Dies verhindert Kurzschlüsse und unterstützt kompakte Installationen, da die Installateure die Kabelschuhe bedenkenlos näher beieinander platzieren können.

Sta-Kon-Gabelkabelschuhe sind ebenfalls leistungsstarke Konstruktionen und werden in mehreren differenzierten Geometrien angeboten, die als Standard-, Verriegelungs- und Flanschoptionen klassifiziert sind:

• Standardgabeln, wie das Modell RB14-8F, sind einfache Kabelschuhe mit offenem Ende, die sich ideal für die schnelle Installation auf Schraubklemmen eignen.
• Verriegelungsgabeln wie die RA18-6FL verfügen über abgewinkelte oder mit Laschen versehene Enden, um die Anschlüsse sicher zu greifen und ein Herausfallen des Kabelschuhs zu verhindern. Dieses Design funktioniert wie eine Mischung aus einem Standard-Gabelschuh (für eine einfache Installation) und einem Ringschuh (für eine sichere Verbindung).
• Geflanschte Gabeln, wie die RA18-6FS, haben aufgeweitete (umgedrehte), abgewinkelte Enden, die einen besseren Halt und eine größere Kontaktfläche bieten. Während die Verriegelungsgabeln mit ihren gelappten Enden auf einem Bolzen einrasten, verwenden die Flanschgabeln nach oben gebogene Spitzen, um den Schraubenkopf oder die Halterung zu greifen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Beispiele für geflanschte (links) und verriegelnde (rechts) Gabelkabelschuhe. (Bildquelle: ABB)

Schnelles Prototyping, Installation und Reparaturen

Das Sta-Kon-Kabelschuhkit STAKIT von ABB ist eine tragbare Sammlung von Komponenten und Werkzeugen, die zum Anschließen, Spleißen oder Trennen von Kabeln für Service- oder Installationszwecke benötigt werden. Es wird in einem sicheren und robusten Kunststoffkoffer mit Verriegelung geliefert und umfasst isolierte Ring-, Standard- und verriegelnde Gabelschuhe sowie andere Anschlusskomponenten und eignet sich für die Erstellung von Prototypen, die Installation, Aufrüstung und Reparatur von Systemen. Das Kit enthält (Abbildung 4):

• Ringkabelschuhe (18 bis 14 AWG und 12 bis 10 AWG)
• Standard-Gabelkabelschuhe (22 bis 18 AWG)
• Verriegelnde Gabelkabelschuhe (18 bis 14 AWG und 12 bis 10 AWG)
• Buchsenstecker, manchmal auch Flachstecker genannt (22 bis 18 AWG, 18 bis 14 AWG und 12 bis 10 AWG, wie der 14RB-250F)
• Stoßverbindungen (In-Iine-Verbindungen) (22 bis 18 AWG, 18 bis 14 AWG und 12 bis 10 AWG, wie der 2RB14)
• Werkzeug WT112M für die Installation von isolierten Anschlüssen von 22 bis 10 AWG
• 100 Ty-Rap-Kabelbinder TY525M
• Drahtmarkierungsbuch WM-0-THRU9

Abbildung 4: Sta-Kon-Kabelschuhkit. (Bildquelle: DigiKey)

Fazit

Sta-Kon-Kabelschuhe von ABB sind die Premium-Kabelschuhe, die alle Aspekte der elektrischen Systemleistung in einer Vielzahl von anspruchsvollen Umgebungen verbessern, wie z. B. in der Industrie mit hohen Vibrationen, in der Robotik, im Landtransport und in der Schifffahrt, in kritischen Anlagen wie Rechenzentren und im Bereich der erneuerbaren Energien, und sie sind kosteneffizient für den Einsatz in der Gebäudeautomation, im Handel und in der Leichtindustrie.

Sta-Kon-Kabelschuhe sind nach UL-Normen und alle anwendbaren Produkte nach CSA-Normen geprüft und gelistet. Außerdem erfüllen sie zahlreiche militärische Spezifikationen und Industrienormen. Sie maximieren die Effizienz, indem sie den Widerstand minimieren. Ihr mechanisches Design und ihre Konstruktion reduzieren Nacharbeiten, verbessern die Zuverlässigkeit und vereinfachen Installation und Wartung. Sie zeichnen sich durch hochleitfähiges Kupfer, korrosionsbeständige Beschichtungen, lange Hülsen, trichterförmige Einführungen, selektives Glühen und vieles mehr aus.

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