Dauerhafte Verbindung – „tried and tested“: Schneidklemmtechnik (IDC) in beweglichen Leitungssystemen von igus® & HARTING

Steckbrief

Was wurde benötigt: Prüfung und belastbare Testaussagen von dynamischen Leitungssysteme mit Schneidklemmverbindungen (IDC) nach der einschlägigen Norm EN 60352-3
Anforderungen: Ausfallsicherheit und lange Lebensdauer der Steckverbindung, stetige Vibrationen und mehrere tausend Biege- und Bewegungsvorgängen
Produkt: chainflex CFBUS Leitungen & HARTING RJ Industrial 10G Steckern
Anwendungsgebiet: industrielle Automation

Erfolg für den Kunden: Sicherheit, dass CF Leitungen in Verbindung mit der Schneidklemmtechnik höchsten Anforderungen an die Zuverlässigkeit erfüllen (obwohl nicht in EN 60352-3 erwähnt)

Zur Schneidklemmtechnik: Es mag zunächst überraschen, dass sich angesichts der hohen Anforderungen die Schneidklemmtechnik (IDC; Insulation Displacement Contact) auch in der Industrie durchsetzt. Bei ihr wird der isolierte Leiter in einen Spalt eingepresst, der sich verjüngt und dessen Flanken als Schneide ausgeführt sind. Die Schneiden durchtrennen die Isolierung und treffen dann auf den eigentlichen Leiter, der bei diesem Prozess verformt wird. So entsteht – wenn der Vorgang korrekt durchgeführt wurde – eine langzeitstabile Kaltverschweißung und eine gasdichte, d.h. nicht alternde Verbindung. Ursprünglich für die Bürokommunikation und die IT-Netzwerktechnik entwickelt, ermöglicht diese Technologie eine einfache, zeitsparende und lötfreie Verbindung ohne Spezialwerkzeug. Und genau diese Vorteile möchte man auch in der Industrie nutzen.

Herausforderung

In Anbetracht der Tatsache, dass in größeren Anlagen hunderte oder tausende dieser Leitungen und Verbindungen zum Einsatz kommen, müssen an jede einzelne Ader und jeden einzelnen Stecker extrem hohe Anforderungen an Lebensdauer und Ausfallsicherheit gestellt werden. Diese Forderung ist schon deshalb nicht ganz einfach einzulösen, weil die Leitungen je nach Einsatzfall hohen mechanischen, klimatische, chemische Beanspruchungen ausgesetzt sind. Das gilt vor allem für jene Anwendungen, bei denen die Leitungen an beweglichen Anlagenkomponenten wie Linear- und Handlingachsen oder Roboterarmen mitfahren.

Was für die Leitungen gilt, trifft ebenso auf die Steckverbindungen zu. Auch stetige Vibrationen oder mehrere tausend Arbeitsspiele pro Schicht mit entsprechend vielen Biege- und Bewegungsvorgängen der Leitungen dürfen nicht dazu führen, dass sich die einzelnen Adern aus der Klemme lösen. Diese Anforderung lässt sich leicht formulieren und niederschreiben. Ihre Einhaltung in der Praxis erfordert aber größte Umsicht bei der Auswahl der Verbindungstechnik und große Sorgfalt bei der Verbindung von Leitung und Stecker.

Für derartige Verbindungen gibt es eine Norm: EN 60352 „Lötfreie elektrische Verbindungen“ trifft in Teil 3 konkrete Regelungen zum Produktbereich „Lötfreie zugängliche Schneidklemmverbindungen“ und nennt hier „Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise “. Diese Norm nimmt Bezug auf Leitungen, deren Adern aus einem Draht bestehen bzw. aus sieben Drähten aufgebaut sind. In der Industrie verwendet man aber häufig Kabel mit 19 Drähten, die man benötigt, um die bei beweglichen Leitungen erforderliche Dynamik zu gewährleisten. D.h. die Ethernet- und Profibus-Leitungsadern mit 19 Drähten, die über Schneidklemmen mit ihren Steckern verbunden sind, entsprechen nicht den Buchstaben der Norm. Auch die Steckerzulassung ist unter diesen Voraussetzungen nicht gegeben.

Lösung

Da die Ethernet- und Profibus-Leitungsadern mit 19 Drähten, die über Schneidklemmen mit ihren Steckern verbunden sind, nicht den Buchstaben der Norm entsprechen, machten igus und HARTING den logischen Schritt, die in der Praxis erfolgreichen Leitungssysteme nach den Anforderungen von EN 60352-3 zu prüfen. Dabei konnte das akkreditierte Prüflabor von HARTING in Espelkamp genutzt werden sowie die umfassenden Testeinrichtungen im igus-Prüffeld.

Zum Testumfang gehörten Langzeitversuche mit konfektionierten Leitungssystemen, die gemäß definierten Anforderungsprofilen beansprucht wurden. Getestet wurde die Möglichkeit der Verarbeitung im Stecker und die Kontaktierung von Litze zu Schneidklemme. Auch widrige Umgebungsbedingungen wie häufige Temperaturwechsel und Feuchtigkeit wurden simuliert. Ziel der Tests war es, die in der EN 60352-3 genannten Prüfverfahren anzuwenden und sowohl die Leitungen als auch die Schneidklemmverbindungen höchsten Beanspruchungen auszusetzen.

Die Tests verliefen – so kann man zusammenfassend feststellen – zur vollen Zufriedenheit von HARTING und igus. Die Schliffbilder zeigten auch nach intensivem dynamischem Einsatz eine einwandfreie kalt geschweißte Verbindung, die auch bei Weiterführung der Tests eine lange Lebensdauer erwarten lassen. Die beschriebenen Tests wurden an den Standard-Busleitungen des chainflex-Programms durchgeführt. Für Ethernet-Systeme sind das die Baureihen CFBUS.04x, für Profinet die Serie CFBUS.060. Einbezogen wurden auch Leitungen mit Ummantelungen aus PVC (für Einsätze in der Holzindustrie), PUR (für Anwendungen, in den Ölbeständigkeit gefordert wird), halogenfreiem TPE sowie Leitungen mit UL-Zulassungen. Auch die dynamisch besonders belastbaren Leitungen für Robotik-Anwendungen CFROBOT8.045 (Ethernet) und CFROBOT8.060 (Profinet) wurden erfolgreich getestet.

chainflex® Ethernetleitungen