Einfaches Upgrade von D-Sub-Steckern mit werkzeuglosem Druck-Zug-Mechanismus

Seit Jahrzehnten dienen D-Subminiatur-Steckverbinder (D-Sub) als Standardschnittstelle für industrielle Anwendungen. Herkömmliche D-Sub-Anschlüsse erfordern jedoch zeitaufwändige Schraubverbindungen, die die Installation und Wartung erheblich verlangsamen. Dies ist besonders problematisch bei Anwendungen, die häufige Anschlusswechsel erfordern, wie z. B. bei Prüfgeräten, Produktionslinien und Schalttafeln. Entwickler benötigen eine Lösung, die die Zuverlässigkeit und weit verbreitete Kompatibilität von D-Sub-Schnittstellen beibehält und gleichzeitig die Anschlusszeit verkürzt und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewährleistet.

In diesem Artikel wird kurz erläutert, warum D-Sub in einer Welt der modernen Steckverbinderoptionen weiterhin relevant ist. Anschließend wird ein D-Sub-Anschlussmechanismus von HARTING vorgestellt und gezeigt, wie er die traditionelle D-Sub-Architektur in einen werkzeuglosen Prozess umwandelt, der die Steckzeiten reduziert und gleichzeitig Kompatibilität und Zuverlässigkeit gewährleistet.

Warum D-Sub-Steckverbinder immer noch wichtig sind

D-Sub-Steckverbinder sind in der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, der Robotik und den Werkzeugmaschinen praktisch allgegenwärtig. Sie sind auch in der Verkehrsinfrastruktur, bei Prüfgeräten und in der Kommunikation zu finden, z. B. bei Eisenbahnen, Halbleiterwerkzeugen und Kontrollnetzen.

Dies ist nicht nur eine Frage der veralteten Infrastruktur. D-Sub ist nach wie vor attraktiv, weil es eine Vielzahl von Optionen von zahlreichen Anbietern gibt. Zusätzlich zu den Standard-Signalsteckverbindern können Entwickler auf gemischte Layouts zugreifen, die Signal-, Stromversorgungs- und Koax-Verbindungen in einem einzigen Gehäuse vereinen, was sie zu einer praktischen ersten Wahl für viele Designs macht. Die Steckverbinder werden auch durch jahrzehntelange Standardisierung und Konformitätsprüfungen unterstützt, was in regulierten Branchen wie dem Transport- und Bahnwesen für zusätzliche Sicherheit sorgt.

Trotz dieser Vorteile sind D-Subs nicht so einfach zu implementieren und zu warten wie moderne Druck-Zug-Alternativen. Ein kompletter Ersatz ist jedoch selten sinnvoll, da die Technologie tief in die bestehende Infrastruktur eingebettet ist. Die Einführung neuer Steckverbinder neben der bestehenden D-Sub-Infrastruktur ist ebenfalls problematisch, da dies die Lagerhaltung, die Werkzeugausstattung und die Schulung erschwert.

Aufrüstung von D-Sub-Anschlüssen mit echten Druck-Zug-Funktionen

Der D-Sub-Druck-Zug-Mechanismus von HARTING (Abbildung 1) bietet eine überzeugende Lösung für dieses Dilemma. Das Herzstück des Mechanismus ist eine Druck-Zug-Haube, die das herkömmliche D-Sub-Gehäuse ersetzt. Diese Haube lässt sich mit Verriegelungsbolzen einrasten, die in vorhandene Spindelmuttern eingebaut werden können.

Abbildung 1: Der D-Sub-Druck-Zug-Verriegelungsmechanismus umfasst eine Druck-Zug-Haube (1), die das Endgehäuse umschließt, und Verriegelungsbolzen (2), die in vorhandene Spindelmuttern (3) nachgerüstet werden können. (Bildquelle: HARTING, geändert von Kenton Williston)

Durch den Ersatz von Befestigungsschrauben durch einen steckbaren Verriegelungsmechanismus erhalten Designer den Komfort moderner Steckverbinder, während die Kompatibilität mit der jahrzehntealten D-Sub-Technologie erhalten bleibt. Entscheidend ist, dass es in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden kann, ohne dass die Geräte verändert werden müssen; lediglich die Kabelkonfektionierung muss nachgerüstet werden.

Stecken und Trennen sind einfach. Zum Anschließen wird die Haube gerade in die geräteseitigen Bolzen geschoben, bis sie mit einem deutlich hör- und fühlbaren Klick einrastet und so den sicheren Sitz bestätigt. Zum Trennen der Verbindung zieht der Benutzer einfach an der Haubenabdeckung, wodurch der Verriegelungsmechanismus gelöst und der Stecker mit einer einzigen gleichmäßigen Bewegung freigegeben wird. Die Verriegelungskraft ist auch nach Hunderten von Steckzyklen gleichbleibend und wiederholbar, was eine zuverlässige Performance bei häufigen Wartungsarbeiten an den Geräten gewährleistet.

Der Druck-Zug-Mechanismus ist vielseitig einsetzbar, und die Hauben sind sowohl in Kunststoff- als auch in metallisierter Kunststoffausführung erhältlich. Sie werden in den Schalengrößen 1, 2 und 3 angeboten, um die standardmäßigen 9-, 15- und 25-poligen Steckverbinder aufzunehmen. Die Hauben unterstützen Kabeldurchmesser von bis zu 14 Millimetern (mm) und sind mit ein bis drei Einführungen für unterschiedliche Kabelausrichtungen erhältlich.

Ähnlich flexibel sind die Optionen für die Verriegelungsbolzen. Es sind Versionen für 4-40-UNC- und M3-Gewinde erhältlich, mit Lösungen für die vorder- und rückseitige Montage, die in gängige Schalttafeldesigns passen.

Hauptmerkmale der D-Sub-Druck-Zug-Hauben

Die Haube 09670090200 (Abbildung 2) zeigt die Standardmerkmale einer Druck-Zug-Konstruktion aus Kunststoff. Diese Haube der Größe E unterstützt 9-polige Steckverbinder und verfügt über zwei Kabeleinführungen, eine oben und eine im 45°-Winkel an der Seite. Der unbenutzte Eingang wird mit einer Blindplatte verschlossen.

Abbildung 2: Die 09670090200 ist eine typische D-Sub-Druck-Zug-Haube aus Kunststoff. Sie wird mit einer Blindplatte geliefert, um den ungenutzten Kabeleingang zu füllen. (Bildquelle: HARTING)

Eine interne Kabelklemme mit Schrauben ist ebenfalls im Lieferumfang enthalten und gewährleistet einen sicheren Halt von Kabeln mit einem Durchmesser von bis zu 7,5 mm. Durch die Verankerung des Kabels in der Haube reduziert die Klemme die mechanische Beanspruchung von Lötstellen und Crimpkontakten und unterstützt so die langfristige Zuverlässigkeit.

Das Gehäuse der Haube besteht aus haltbarem Thermoplast und bietet ein robustes Gehäuse, das nach IEC 61373, Kategorie 1, Klasse B, vibrations- und stoßgeprüft ist. Das Material entspricht der UL 94 V-0 für Entflammbarkeit und hält Temperaturen von -55°C bis +125°C stand.

Die Haube entspricht der Schutzart IP30 und bietet somit einen grundlegenden Schutz gegen versehentliche Berührungen und Verschmutzungen. In Übereinstimmung mit den D-Sub-Standards ist der Verriegelungsmechanismus für 500 oder mehr Steckzyklen ausgelegt.

Dank dieser Eigenschaften eignet sich die Haube 09670090200 gut für die weit verbreiteten 9-poligen Schnittstellen. Typische Anwendungsfälle sind serielle RS-232-Ports und Steuersignalverbindungen, bei denen es auf kompakte Größe und zuverlässigen Betrieb ankommt.

Optionen für EMV und Kabelzugentlastung

Die D-Sub-Druck-Zug-Gehäuse sind mit verschiedenen Optionen erhältlich, die über die Basiskonfiguration hinausgehen, einschließlich Lösungen für elektrisch verrauschte Umgebungen und Konfigurationen, die eine verbesserte Kabelzugentlastung erfordern. Ein Beispiel ist die 09670250210 (Abbildung 3), die zur Verbesserung der EMV metallisiert ist. Diese geschirmten Versionen eignen sich für Anwendungen wie Fabrikautomatisierung mit großen Motoren, HF-Prüfeinrichtungen oder Eisenbahnsignalanlagen.

Abbildung 3: Die 09670250210 ist eine metallisierte D-Sub-Druck-Zug-Haube, die für den Einsatz in elektrisch verrauschten Umgebungen entwickelt wurde. Sie wird mit zwei metallisierten Blindplatten geliefert. (Bildquelle: HARTING)

Diese Haube der Größe B unterstützt 25-polige Anschlüsse und umfasst drei Kabeleinführungen und zwei metallisierte Blindplatten. Wie bei den Kunststoffmodellen sorgt eine interne Kabelklemme für einen sicheren Halt der Kabel.

Das metallisierte Gehäuse erreicht die gleiche mechanische Robustheit wie die Standard-Thermoplasthauben, einschließlich Vibrations- und Stoßfestigkeit gemäß IEC 61373. Allerdings ist der Betriebsbereich mit -20°C bis +90°C enger, und die Entflammbarkeitsklasse ist UL 94 HB.

Für Anwendungen, die mehr Platz im Gehäuse oder eine externe Zugentlastung benötigen, können Entwickler eine externe InduCom-Kabelschelle verwenden. Die 61030000141 (Abbildung 4) ist eine repräsentative Option. Sie ist mit der metallisierten Haube 09670250210 kompatibel und kann Kabel mit Durchmessern von 5 mm bis 7 mm aufnehmen, wobei 9 bis 37 Drähte untergebracht werden können.

Abbildung 4: Die Kabelschelle 61030000141 kann eine externe Zugentlastung für Druck-Zug-Hauben bieten. (Bildquelle: HARTING)

Die Klemmen haben eine Größe von bis zu 14 mm und bieten somit Flexibilität für verschiedene Kabelbündel. Durch die Verlegung der Zugentlastung außerhalb der Haube schaffen diese Zubehörteile auch im Inneren Platz für die Verkabelung, was bei der Arbeit mit mehreren Kabeleinführungen oder abgeschirmten Kabeln hilfreich sein kann.

Optionen für D-Sub-Druck-Zug-Verriegelungsbolzen

Ein wesentlicher Vorteil des D-Sub-Druck-Zug-Mechanismus ist die Nachrüstbarkeit in bestehenden Anlagen. Der Verriegelungsbolzen 97000002050 (Abbildung 5, oben) beispielsweise ist ein 4-40-UNC-Gewindebolzen, der mit einem normalen Schlitzschraubendreher in die Spindelmuttern eines vorhandenen Steckverbinders geschraubt werden kann. Der Bolzen ist mit einem Flansch versehen, um sicherzustellen, dass er bis zur richtigen Tiefe eingeführt wird. Sobald die Bolzen installiert sind, kann die entsprechende Druck-Zug-Haube (Abbildung 5, unten) auf den alten D-Sub-Anschluss aufgesetzt werden.

Abbildung 5: Der Verriegelungsbolzen 97000002050 kann zur Nachrüstung in vorhandene Spindelmuttern eingeschraubt werden (oben); anschließend kann die Druck-Zug-Haube angebracht werden (unten). (Bildquelle: HARTING, geändert von Kenton Williston)

HARTING bietet auch eine Vielzahl von Verriegelungsbolzen für Neuinstallationen an, darunter Lösungen für die front- und rückseitige Montage. Der 97000002053 (Abbildung 6) ist ein typisches Beispiel für die rückseitige Montage. Diese M3-Gewindebaugruppe unterstützt Plattenstärken von 0,8 bis 1,3 mm und umfasst einen Bolzen mit integriertem Sicherungsstift, Unterlegscheiben und eine Mutter.

Abbildung 6: Die Baugruppe des Verriegelungsbolzens 97000002053 für die rückseitige Montage. (Bildquelle: HARTING)

Ein weiteres Beispiel ist der 97000002039 (Abbildung 7). Ähnlich wie der 97000002053 hat dieser Bolzen ein M3-Gewinde und ist für Platten mit einer Dicke von 0,8 bis 1,3 mm ausgelegt. Dieses Modell ist jedoch für die Frontmontage vorgesehen.

Abbildung 7: Der Verriegelungsbolzen 97000002039 ist für die Frontmontage konzipiert und mit dem HARTING-Codiersystem kompatibel. (Bildquelle: HARTING)

Ein besonderes Merkmal des 97000002039 ist die Kompatibilität mit dem HARTING-Codiersystem. Dieses System fügt der Steckverbinderbaugruppe kodierte Kunststoffeinsätze hinzu, um sicherzustellen, dass nur passende Steckverbinder miteinander verbunden werden können. Die zugehörigen Bolzen für dieses System haben einen runden Querschnitt anstelle des traditionellen Sechskantmusters, und auch die Verriegelungsbolzen haben aus Kompatibilitätsgründen die gleiche runde Form.

Zusammen ermöglichen diese Bolzenoptionen, dass dasselbe D-Sub-Druck-Zug-Haubendesign sowohl bei Nachrüstungen als auch bei Neuinstallationen in einer Vielzahl von Panelkonfigurationen verwendet werden kann. Dies ist der Hauptvorteil des Druck-Zug-Mechanismus: Wie der herkömmliche D-Sub-Steckverbinder ist er äußerst anpassungsfähig, um den Anforderungen vieler Anwendungen gerecht zu werden.

Fazit

D-Sub-Steckverbinder spielen nach wie vor eine wichtige Rolle in industriellen Systemen, aber ihre traditionellen Schraubverbindungen können die Installation und Wartung verlangsamen. Der D-Sub-Druck-Zug-Mechanismus von HARTING ermöglicht es Entwicklern, die bewährten Vorteile dieser Steckverbinder beizubehalten, ohne den Nachteil des langsamen Steckens und Trennens. Mit einer breiten Palette von Optionen und einer einfachen Nachrüstbarkeit kann der Mechanismus in einer Vielzahl von neuen und bestehenden Anwendungen eingesetzt werden.