Elementi base sui connettori circolari e cavi

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Cosa sono i connettori circolari?

I connettori circolari sono dispositivi elettrici cilindrici di dimensioni variabili con superfici di accoppiamento circolari. Contengono più pin, o contatti, che si collegano alle parti applicabili per trasferire energia elettrica, segnali o dati. Possono anche essere chiamati interconnessioni circolari. I contatti interni sono accoppiati con un filo o un cavo per trasportare un segnale.

I loro corpi cilindrici o a forma di tubo rendono questi connettori particolarmente robusti e resistenti alle vibrazioni e agli urti, alle temperature e alle pressioni estreme, ai segnali o alle interferenze esterne e all’ingresso di polvere o gas.

La gamma di prodotti moderni attualmente disponibili in questa categoria spazia dai semplici connettori circolari standard in plastica, metallo o materiale composito a molti altri tipi, tra cui DIN, metrici, ermetici, push-pull, a chiave, a segnale misto e versioni micro o nano. Sono disponibili opzioni ibride che combinano alimentazione, segnale e dati in un unico dispositivo. È inoltre possibile trovare soluzioni modulari o personalizzate che adattano un connettore a un’applicazione specifica.

Caratteristiche dei connettori circolari

La loro forma tubolare o cilindrica conferisce ai connettori circolari un rapporto resistenza/peso superiore a qualsiasi altra forma. Questa forza intrinseca consente di resistere agli elementi esterni, ai danni da impatto e al disaccoppiamento accidentale. Questa resistenza li rende utili e resistenti anche nelle applicazioni che richiedono frequenti cicli di accoppiamento. Il numero di pin o contatti interni varia a seconda dell’applicazione e la disposizione dei contatti o delle chiavi interne assicura il corretto allineamento e inserimento in un dispositivo di accoppiamento.

I connettori circolari sono spesso (ma non sempre) collegati da aree filettate sull’involucro. Questo collegamento a vite consente di bloccarli in modo semplice e sicuro e di mantenerli in posizione nonostante le vibrazioni o gli urti. Altri tipi di sistemi di connessione sono il bloccaggio a baionetta, il bloccaggio push/pull e il bloccaggio a scatto.

La struttura di base di un connettore circolare include quanto segue:

Struttura di base di un connettore circolare femmina

• Contatti – sono i pin e le prese alloggiati internamente al connettore che si accoppiano tra loro per formare un collegamento elettrico. Una coppia di contatti è composta da un pin di contatto maschio e da una presa femmina.
• Isolante – è il materiale utilizzato per incapsulare i contatti e isolarli tra loro e dall’involucro del connettore. Questo materiale serve anche a mantenere i contatti nella posizione corretta all’interno dell’involucro e a distanziarli adeguatamente l’uno dall’altro.
• Involucro – è la copertura esterna del connettore e serve ad alloggiare i contatti e l’isolante. Inoltre, garantisce l’allineamento durante l’accoppiamento delle metà del connettore e fissa le sezioni del connettore tra loro o a un dispositivo.
• Accessori – sono i componenti aggiuntivi utilizzati per posizionare, guidare, bloccare, fissare o sigillare le parti del connettore. Essi includono perni, anelli, chiavi, morsetti, guarnizioni e altro ancora.

Struttura di base di un connettore circolare maschio

Uso ampio dei connettori circolari

I connettori circolari, grazie alle loro elevate prestazioni in presenza di vibrazioni, urti, temperature, pressioni e interferenze (EMI e RFI), sono sempre più utilizzati in molte applicazioni industriali che richiedono la trasmissione di energia elettrica, la trasmissione di segnali, il trasferimento di dati e la trasmissione di segnali misti (potenza + segnale + dati). Si utilizzano al meglio quando è necessaria una struttura robusta del connettore, quando è garantita la protezione dall’ingresso, quando è necessario un sistema di accoppiamento sicuro o quando è necessaria la protezione da EMI o RFI.

M5 vs. M8 vs. Denominazioni e codici dell’M12

I connettori circolari di tipo M sono una serie di prodotti standard utilizzati per collegare sensori e attuatori in applicazioni industriali di rete. Sono progettati per funzionare in condizioni estreme. La denominazione “M” si riferisce alla dimensione della filettatura metrica dei dadi di accoppiamento e delle prese di accoppiamento, e quindi alla dimensione relativa dei connettori. I connettori M5 hanno un diametro di 5 mm, gli M8 hanno un diametro di 8 mm e gli M12 hanno un diametro di 12 mm.

I connettori e i cavi circolari sono ulteriormente suddivisi in altre categorie in base alla forma del corpo di contatto. I vari codici assicurano che i cavi siano montati con i connettori corretti. I diversi codici utilizzati e le loro definizioni sono i seguenti:

• A – connettori per sensori, alimentazione in corrente continua e 1 Gbit Ethernet (protocollo per il collegamento di sistemi informatici in rete).
• B – connettori per Fieldbus (rete di computer industriali per il controllo distribuito) e Profibus (standard di rete digitale che consente la comunicazione tra sensori di campo e un sistema di controllo).
• C – connettori con doppia chiave per una maggiore sicurezza, utilizzati per l’alimentazione in corrente alternata (c.a.) di sensori e attuatori.
• D– connettori per sistemi 100 Mbit Ethernet e Profinet (protocollo per lo scambio di dati tra controllori e dispositivi).
• X – connettori per applicazioni ad alta velocità 10 Gbit Ethernet e power over Ethernet (PoE).
• S – connettori per l’alimentazione in corrente alternata (rimpiazzo per componenti con codice C).
• S – connettori per l’alimentazione in corrente continua (rimpiazzo per componenti con codice A).

Diverse categorie di connettori circolari e tipi di connessione

Standard applicabili ai connettori circolari

I connettori circolari sono progettati e prodotti in conformità a diverse organizzazioni di standard nazionali e internazionali. Ecco alcuni degli enti normativi e delle denominazioni coinvolti nello sviluppo e nell’uso continuo di questi prodotti:

• UL – Gli standard Underwriter’s Laboratories relativi ai connettori circolari (UL1977 e UL2238) coprono le questioni di sicurezza e le proprietà dei materiali utilizzati nella produzione.
• IEC – Gli standard della Commissione Elettrotecnica Internazionale definiscono e descrivono diversi tipi di connettori circolari, tra cui lo standard IEC 61076-2-113 che definisce i requisiti dei connettori M12.
• MIL/AERO – Gli standard militari per i connettori circolari sono stati sviluppati dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti negli anni ’30 e coprono i requisiti di progettazione e test per un’ampia gamma di connettori, compresi i dispositivi circolari.
• EN – Gli standard europei (norma europea) descrivono i dettagli dei connettori circolari in EN- IEC 61076. Altri standard descrivono le specifiche dei connettori in base all’applicazione.
• IP– Ingress Protection ratings sono definiti dalla norma IEC 60529 che riguarda la protezione contro l’ingresso di solidi e liquidi nel corpo del connettore. La norma ANSI 60529 riguarda l’IP negli Stati Uniti e la norma EN 60529 in Europa.
• DIN – Gli standard dell’Ente nazionale tedesco per la standardizzazione (Deutsches Institut fur Normung) trattano in modo specifico i connettori circolari nelle specifiche DIN 41524 e in altri documenti.
• VARAN – Versatile Automation Random Access Network è un sistema di bus basato su Ethernet e implementato in hardware per l’automazione delle macchine, compresi i connettori circolari.

Criteri di selezione dei connettori circolari

Sono numerosi i criteri da considerare quando si scelgono i connettori circolari per un nuovo progetto o per una riprogettazione. Il primo è se il progetto richiede un connettore circolare in plastica (CPC) o un connettore circolare in metallo (CMC). Oltre a questo, ecco un elenco non esaustivo di parametri in ordine sparso che dovrete scegliere:

• Genere (Maschio/Femmina): la parte maschile incorpora i pin di contatto che si inseriscono nelle prese del ricettacolo, o parte femminile. La maggior parte delle spine e delle prese sono progettate per essere accoppiate alla propria marca o alla propria linea di prodotti. In genere, i connettori di produttori diversi non si interconnettono. In genere i connettori vengono acquistati come coppia accoppiata, ma non sempre.

Accoppiamento maschio-femmina di connettori circolari

• Numero dei contatti: Il numero di pin o contatti conduttivi che il progetto richiede nel connettore per trasportare i segnali, i dati o l’alimentazione da trasportare.
• Terminazione: in questo modo il filo o il cavo si accoppiano con i contatti conduttivi del connettore. Alcune opzioni includono la saldatura, l’avvolgimento dei fili, i capicorda o la crimpatura.
• Dimensione del contatto: il diametro dei singoli contatti o il calibro del filo che può accoppiarsi con ciascun contatto.
• Tensione e corrente nominale: la tensione o la corrente massima che il connettore è in grado di sopportare. La corrente nominale è il flusso di elettricità, espresso in ampere (A). La tensione nominale è la quantità di tensione che può essere trasportata in sicurezza, espressa in volt (V).
• Frequenza di inserzione: la regolarità di connessione e disconnessione del connettore (nota anche come cicli di accoppiamento). Cicli di accoppiamento frequenti possono richiedere un connettore più robusto o un accessorio di protezione del cavo.
• Tipo di montaggio: modalità di montaggio del connettore, tra cui montaggio su cavo, montaggio su pannello o montaggio su scheda. Ogni tipo di hardware di montaggio è diverso.
• Stile di accoppiamento o di bloccaggio: come il connettore verrà accoppiato in modo sicuro. Gli stili di chiusura includono baionetta, chiavistello, push-pull, filettato e a sgancio rapido.
• Tipo di raccordo posteriore: l’involucro del connettore viene infilato sul lato del cavo di un connettore circolare per fornire un supporto sicuro al cavo. Sono disponibili diversi tipi di raccordi posteriori, tra cui quelli dritti, ad angolo retto, a coda di treccia, a molla, a strain relief, sigillati e a crimpare.
• Fattori ambientali: il connettore sarà esposto a liquidi, gas o soggetto a immersione? Il connettore deve essere protetto da segnali EMI o RFI? Il connettore verrà a contatto con sostanze chimiche caustiche, vibrazioni eccessive o urti frequenti? Le risposte a ciascuna di queste domande contribuiranno a determinare la qualità, le caratteristiche e gli accessori necessari.
• Materiali usati: i corpi dei connettori possono essere in acciaio inox, alluminio, plastica, materiale composito o ottone, a seconda delle esigenze e del budget.
• Accessori: i produttori di connettori offrono diversi tipi di accessori che aumentano la funzionalità dei loro prodotti. L’elenco di questi elementi è piuttosto lungo, ma alcuni esempi includono guarnizioni, contenitori e tappi per bloccare liquidi e gas, scaricatori di tensione e morsetti per proteggere la disconnessione dei cavi, involucri posteriori per proteggere le connessioni, flange, guarnizioni e gommini per l’installazione e impugnature per facilitare l’inserimento e la rimozione dei cavi.
• Spine e prese: sebbene gli standard industriali siano diversi, in genere le prese e i jack sono associati a connettori montati a pannello, mentre le spine sono connettori che fanno parte di gruppi di cavi. Anche in questo caso non esiste una convenzione standard per questa denominazione, pertanto i diversi produttori possono utilizzare termini alternativi.

Connettori e spine di genere diverso

Esempi di applicazioni

Gli usi dei connettori circolari sono in continua espansione da quando sono stati introdotti per le applicazioni militari negli anni Trenta. Ad esempio, gli attuali sistemi di controllo dei processi e le reti di sensori in fabbrica, spesso in ambienti difficili, richiedono prodotti di interconnessione che funzionino in modo affidabile in condizioni difficili.

Le apparecchiature mediche elettroniche incorporano anche connettori circolari per garantire che i cavi siano sempre collegati correttamente dal personale ospedaliero e non si allentino quando il paziente viene spostato. Tra le numerose altre aree applicative che godono dei vantaggi della connettività mediante connettori circolari, ricordiamo:

• Controllo dei processi e automazione industriale
• Cablaggio di fabbrica
• Trasporto
• Aerospazio e Difesa
• Attrezzature Mediche
• Robotica
• Comunicazioni Audio/Video
• Comunicazioni Radio e TV
• Energia
• Veicoli aerei senza pilota
• Test e Misurazioni

Riepilogo

I connettori circolari sono in uso da molti anni e hanno dimostrato di essere componenti affidabili in grado di funzionare in una varietà di ambienti difficili. CUI Devices offre una vasta gamma di connettori circolari e cavi in grado di rispondere alle sfide di quasi tutte le applicazioni.

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