Schutz nicht verbundener DC-Eingänge mit versiegelten IP68-Zylinderbuchsen

Bei elektronischen Geräten und Systemen, die einen Großteil ihres Lebens ohne Stromanschluss verbringen, kann die Gleichstromversorgung eine Schwachstelle in der Zuverlässigkeit darstellen. Eine freiliegende Buchse kann durch Spritzwasser, Staub und andere Umwelteinflüsse gefährdet sein. Diese Bedingungen können für tragbare und batteriebetriebene Systeme, darunter Testgeräte, medizinische Geräte und taktische Ausrüstung, unannehmbare Risiken darstellen.

Dies ist besonders problematisch für Systeme, die auf das klassische Hohlstecker-Ökosystem mit seiner Fülle an Standardangeboten angewiesen sind. Zwar können die Schnittstellen von Hohlsteckern mit einem Eindringschutz versehen werden, doch kann dies die Vorteile dieses standardisierten Ansatzes schmälern. Die Herausforderung besteht darin, sich gegen Umweltgefahren zu schützen und gleichzeitig die Einfachheit und Bequemlichkeit des einfachen Hohlsteckers zu bewahren.

Dieser Artikel befasst sich mit den Herausforderungen, die sich den Entwicklern elektronischer Systeme durch einen nicht verbundenen Anschluss stellen. Anschließend werden Gleichstrombuchsen von Switchcraft vorgestellt und gezeigt, wie sie zusammen mit kompatiblen Steckern verwendet werden können, um diese Herausforderungen zu meistern.

Schutz nicht verwendeter Gleichstrombuchsen

Hohlstecker sind seit langem die Standardwahl für die Gleichstromversorgung von tragbaren Geräten, und das aus gutem Grund. Sie sind einfach, langlebig und lassen sich leicht in eine Schaltung implementieren. Sie unterstützen eine relativ hohe Leistung und sind einfach in der Anwendung. Am wichtigsten ist, dass sie sich leicht verbinden und trennen lassen und Tausenden von Steckzyklen standhalten können.

Herkömmliche Hohlstecker sind jedoch nicht für ihre Umweltverträglichkeit bekannt. Dies kann bei Geräten problematisch sein, die im Freien transportiert werden, mit Industriestaub oder Sand in Berührung kommen oder mit Flüssigkeiten überschwemmt werden.

Zum Glück gibt es viele Möglichkeiten, einen Anschluss für Hohlstecker vor Umweltgefahren zu schützen. Schutzumspritzungen, Verriegelungsmechanismen und andere Anpassungen können eine dichte Verbindung zwischen Stecker und Buchse herstellen. Wenn der Stecker nicht eingesteckt ist, können Lösungen wie Staubschutzkappen die nicht verwendete Buchse schützen.

Diese Lösungen haben jedoch ihre eigenen Nachteile. Zum einen können Änderungen an der herkömmlichen Steckerkonstruktion die Flexibilität verringern, die diese Steckverbinder überhaupt erst attraktiv macht. Ein größeres Problem ist die Frage, was passiert, wenn das Gerät vom Netz getrennt wird. Anbauteile wie Staubschutzkappen müssen jedes Mal angebracht werden, wenn die Verbindung gelöst wird, was zu menschlichen Fehlern führen kann. Außerdem bieten diese Zusatzlösungen möglicherweise keinen ausreichenden Schutz gegen Eintauchen oder andere Umweltgefahren.

Bei Geräten, die häufig nicht eingesteckt werden, wäre es von Vorteil, die Buchse selbst zu versiegeln. Auf diese Weise hängt der Schutz nicht von der Verwendung eines speziellen Hohlsteckers oder vom Benutzerverhalten ab.

Was sind versiegelte, nicht verbundene Zylinderbuchsen?

Die im ungesteckten Zustand versiegelten DC-Stromversorgungsbuchsen von Switchcraft (Abbildung 1) wurden entwickelt, um diesen Bedarf zu decken. Sie verwenden ein neuartiges Design mit einem Silikongehäuse und einem Epoxidharzverguss, der einen kontinuierlichen Schutz vor eindringenden Medien bietet, auch wenn kein Stecker angeschlossen ist. Die Buchsen erfüllen die Anforderungen nach IP66, IP67 und IP68 gemäß IEC 60529, d. h. sie sind gegen Staub, Strahlwasser und Eintauchen in Flüssigkeiten geschützt.

Abbildung 1: Abgebildet ist eine im ungesteckten Zustand versiegelte DC-Stromversorgungsbuchse, die weit verbreitete Hohlstecker aufnehmen kann. (Bildquelle: Switchcraft)

Die Buchsen erreichen diesen Schutz vor eindringenden Medien auf zwei Arten. Erstens, wenn die Befestigungsmutter und die Unterlegscheibe gegen die Platte angezogen werden, drückt sich das Silikongehäuse gegen die gegenüberliegende Oberfläche und bildet eine dichtungsähnliche Versiegelung um das Befestigungsloch. Zweitens verhindert der Epoxidharzverguss auf der Anschlussseite das Eindringen von Feuchtigkeit durch die Lötösen oder Leiterplattenstifte und schließt damit einen weiteren potenziellen Leckagepfad. Die Kombination aus einer komprimierten Silikonschnittstelle an der Schalttafel und vergossenen Anschlüssen an der Rückseite bietet kontinuierlichen Schutz, unabhängig davon, ob ein Stecker angeschlossen ist.

Das in die Zylinderöffnung eingedrungene Wasser kann einfach ausgeblasen werden, und der Stecker getrocknet werden. Dadurch eignen sich die Stecker gut für Anwendungen, die eine häufige Reinigung erfordern. Bei medizinischen Anwendungen können die Komponenten beispielsweise gründlich gereinigt und mit minimaler Wartezeit wieder in Betrieb genommen werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass dies alles nicht auf Kosten der Kompatibilität geht. Die Buchsen verfügen über eine Standardschnittstelle, die Standardstecker aufnehmen kann. Für noch robustere verriegelnde Verbindungen verfügen die Buchsen außerdem über eine 5/16-32 NEF-2A-Gewindebuchse, die mit den Gleichstromsteckern der Z-Serie von Switchcraft kompatibel ist. Dieser Grad an Interoperabilität maximiert die Designoptionen und bietet den Endbenutzern Vorteile, da sie jeden Standard-AC/DC-Adapter verwenden können und nicht mehr auf spezielle Geräte achten müssen.

Die Buchsen sind für 24 V_DC bei 5 A bei Standardmaterialien oder bis zu 7,5 A bei Hochtemperaturmaterialien ausgelegt. Jede Buchse verfügt außerdem über einen internen Shunt-Schalter, der eine automatische Umschaltung zwischen den Stromquellen ermöglicht. Dies vereinfacht den Schaltkreis, der benötigt wird, um von einer Batterie auf externe Stromversorgung umzuschalten, wenn ein Ladegerät angeschlossen ist.

Die mechanische Lebensdauer der Buchsen ist auf 5000 Steckzyklen ausgelegt, was eine lange Lebensdauer über viele Ladeperioden gewährleistet. Die Buchsen sind für einen Betriebstemperaturbereich von -55°C bis +85°C mit Standardmaterialien oder -40°C bis +105°C für die Hochtemperaturversion ausgelegt und bieten somit Optionen für raue Umgebungen.

Im ungesteckten Zustand versiegelte Gleichstrombuchsen, kompatibel mit Standard-Hohlsteckern

Die Buchsen sind für drei gängige Kontaktgrößen von 1,3, 2,0 und 2,5 Millimetern (mm) erhältlich, mit Anschlussoptionen wie Lötösen, rechtwinklige Leiterplattenmontage oder gerade Leiterplattenmontage. Ein typisches Beispiel ist die 732AU (Abbildung 2). Diese 1,3mm-Buchse hat einen Lötösenanschluss, der sich besonders für handverdrahtete Baugruppen und Kleinserien eignet, bei denen ein Leiterplattenanschluss unpraktisch ist.

Abbildung 2: Die mit Lötösen versehene Buchse 732AU bietet eine unkomplizierte Versorgungsschnittstelle für handverdrahtete Baugruppen. (Bildquelle: Switchcraft)

Die 732AU kann mit einem Standardstecker oder mit dem Hohlstecker 860Z (Abbildung 3) aus der Z-Serie von Switchcraft verbunden werden. Der 860Z verfügt über einen 1,3mm-Kontakt und ist mit dem Ökosystem der Standardstecker kompatibel. Die Z-Serie bietet jedoch zusätzliche Funktionen für Anwendungen, die mehr als einen einfachen Stromanschluss erfordern.

Abbildung 3: Der Hohlstecker 860Z verfügt über einen 1,3mm-Kontakt und ist mit dem Ökosystem der Standardstecker kompatibel. (Bildquelle: Switchcraft)

Zu den Highlights der Z-Serie gehören ein berührungssicheres und kontaktgeschütztes Design mit einem vertieften Mittelkontakt, der eine „brückende“ Erdverbindung schafft. Die äußere Hülse rastet beim Einstecken vor dem Mittelkontakt ein, und der Mittelkontakt löst sich beim Herausziehen zuerst, wodurch das Risiko von Lichtbögen bei Hot-Plug-Ereignissen verringert wird. Die Stecker verfügen außerdem über eine größere Kabelklemme, die Kabeldurchmesser von 3,2 bis 5,3 mm aufnehmen kann und eine bessere Zugentlastung für die schwereren Kabelbaugruppen bietet, die in robusten Geräten häufig verwendet werden.

Auf der Platine montierte DC-Stromversorgungsbuchsen mit verriegelbaren Steckeroptionen

Die 722RAU (Abbildung 4) demonstriert die Option der rechtwinkligen Leiterplattenmontage. Eine rechtwinklige Buchse ist nützlich, wenn Platzmangel auf der Platine oder die Ausrichtung des Panels eine flache, senkrechte Verbindung zwischen dem Panel und der Leiterplatte erfordern.

Abbildung 4: Die DC-Zylinderbuchse 722RAU verwendet einen 2,0mm-Mittelkontakt und einen rechtwinkligen Leiterplattenanschluss. (Bildquelle: Switchcraft)

Die 722RAU verwendet einen 2,0mm-Mittelkontakt und ist mit Steckern der Z-Serie kompatibel, einschließlich des verriegelnden S760KZ (Abbildung 5, links) und des nicht verriegelten S760Z (Abbildung 5, rechts). Diese beiden Optionen verdeutlichen ein weiteres wichtiges Merkmal der Stecker der Z-Serie: Die meisten Modelle verfügen über Verriegelungsvarianten, die mit einem Kupplungsring ausgestattet sind. Diese Ringe verwenden dasselbe 5/16-32 NEF-2A-Gewinde wie die Buchsen, so dass der Endbenutzer eine sichere Verbindung mit einem einfachen Auf- und Abdrehmechanismus herstellen kann.

Abbildung 5: Der S760KZ (links) und der S760Z (rechts) zeigen die Optionen der Z-Serie für verriegelnde bzw. nicht verriegelnde Hohlstecker. (Bildquelle: Switchcraft)

Der schwimmend gelagerte, selbstausrichtende Sicherungsring wird auf das freiliegende Gewinde der Buchse geschraubt und sichert die Verbindung gegen Vibrationen und versehentliches Lösen. Die schwimmende Konstruktion ermöglicht es dem Sicherungsring, das Gewinde zu finden, selbst wenn der Steckerkörper leicht falsch zur Buchse ausgerichtet ist, was die Zuverlässigkeit der Verbindung bei blinden oder handschuhbedeckten Installationen verbessert. Einmal eingerastet, widersteht die Verschraubung den Auszugskräften, die ein angebundenes Kabel bei normaler Handhabung ausüben kann.

Langhülsige DC-Zylinderbuchsen für dicke Platten

Ein letztes Beispiel für die im ungesteckten Zustand versiegelten Buchsen ist die PCL712AU (Abbildung 6). Diese Buchse hat einen 2,5mm-Mittelkontakt und wird mit einer geraden Leiterplattenhalterung abgeschlossen. Sie zeigt eines der wichtigsten Merkmale der Familie: die Verfügbarkeit von Buchsen mit langer Gewindehülse. Im Vergleich zu den kurzen Buchsen, die nur 4,6 mm aus dem Buchsenkörper herausragen, ragt die lange Variante 7,1 mm heraus. Dadurch wird genug Gewinde freigelegt, um die Verwendung mit dickeren Platten zu ermöglichen.

Abbildung 6: Die PCL712AU verfügt über eine lange Gewindehülse und einen geraden Anschluss für die Leiterplattenmontage. (Bildquelle: Switchcraft)

Die PCL712AU kann mit dem 761KZ (Abbildung 7), einem verriegelnden 2,5mm-Stecker, gekoppelt werden. Diese Kombination stellt eine robuste Option dar, die sich für taktische Ausrüstung, Transportgeräte und andere Anwendungen eignet, die eine sichere, verriegelnde Verbindung erfordern.

Abbildung 7: Der verriegelnde Stecker 761KZ verwendet einen schwimmenden Ring, um eine verriegelnde Verbindung mit der Buchse zu ermöglichen. (Bildquelle: Switchcraft)

Fazit

Entwickler von tragbaren und batteriebetriebenen Geräten müssen sich nicht mehr zwischen Umweltschutz und der Bequemlichkeit des Ökosystems von Hohlsteckern entscheiden. Die im ungesteckten Zustand versiegelten Gleichstrombuchsen von Switchcraft bieten IP68-Schutz, selbst wenn ein Gerät nicht eingesteckt ist, wobei die volle Kompatibilität mit standardmäßigen Hohlsteckern erhalten bleibt. Die Kombination dieser Buchsen mit den Steckern der Z-Serie bietet zusätzliche Sicherheitsmerkmale und Verriegelungsoptionen, die den Entwicklern eine Fülle von Optionen für Geräte bieten, die in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden.