Podzespoły elektroniczne

Złącza przemysłowe i energoelektroniczne

Złącza energoelektroniczne i przemysłowe to jedna z najważniejszych grup asortymentowych wśród komponentów elektromechanicznych. Elementy te zajmują także wysoką pozycję w całej ofercie szeroko pojętej techniki łączenia, z uwagi na dużą przenoszoną moc i zastosowania profesjonalne. Rynek złączy zmienia się w kierunku rosnących wymagań klienta i coraz większej specjalizacji tych komponentów, zwiększającego się udziału wersji wykonywanych na bazie indywidualnej specyfikacji, które są w stanie pomóc osiągnąć wyrafinowane parametry techniczne, przynieść oszczędność miejsca, zapewnić mniejsze koszty oraz wygodę montażową.

Najważniejsze dla klientów cechy ofert brane pod uwagę przy kupowaniu złączy

Ranking najważniejszych kryteriów handlowych decydujących o wyborze produktu i dostawcy oczywiście zawiera na szczycie cenę, co przy silnie konkurencyjnym rynku i relatywnie drogich produktach wydaje się naturalne. Termin dostawy oraz parametry techniczne razem z ceną tworzą rdzeń procesu selekcji w taki sposób, że klienci optymalizują wartość, jaką otrzymują za daną sumę pieniędzy. Wymieniona trójka zawsze okupuje czołowe miejsca takich zestawień i rzadko wygląda inaczej. Poza ten schemat wychodzi znaczenie marki producenta złączy, która w tym obszarze jest synonimem jakości i wysokich walorów technicznych, a także certyfikaty, które w zakresie produktów przeznaczonych do aplikacji dużej mocy są bardzo ważne. W obszarze złączy rola, jaką odgrywają dostawcy i ich kompetencje techniczne, zawsze była istotna, ale w ostatnich latach słupki opisujące te kryteria są pozycjonowane znacznie niżej. Innymi słowy, klienci dzisiaj w mniejszym stopniu dbają o relacje z dostawcami i zmieniają ich znacznie częściej niż dawniej w pogoni za lepszą ofertą.

Do niedawna tematem numer jeden na rynku komponentów elektronicznych, w tym także złączy, były długie czasy dostaw i ogólne problemy z dostępnością. W ogromnej większości przypadków to już jest przeszłość, dostępność się poprawiła i dzisiaj problemem dyżurnym raczej jest słaba koniunktura na rynku przemysłowym. Czasy dostaw dalej są długie, niemniej z uwagi na spowolnienie rynku przemysłowego nie są tak dokuczliwe jak dwa lata temu. Plusem aktualnej sytuacji jest to, że obecnie producenci są bardziej elastyczni i chętni do kastomizacji produktów, bardziej otwarci na pomysły klientów i propozycje nowych rozwiązań połączeniowych. Do niedawna realizacja czegokolwiek ponad standard była bardzo trudna, a nawet bardzo zdeterminowanych klientów producenci zniechęcali koniecznością zamawiania dużych ilości.

Zastosowania profesjonalne

Największym i najważniejszym obszarem zbytu dla omawianych produktów jest oczywiście przemysł. Złącza silnoprądowe potrzebne są do realizowanych projektów automatyki przemysłowej, modernizacji starych maszyn i linii, remontów urządzeń oraz utrzymania ich w ruchu. Nasycenie elektroniką produkcji przemysłowej w Polsce cały czas rośnie, przez co złączy potrzeba coraz więcej. W tym procesie mają znaczny udział nowoczesne półprzewodniki szerokoprzerwowe, które są zdolne do pracy z napięciami mierzonymi w kilowoltach i prądach w setkach amperów. Nowoczesne napędy silników, zgrzewarki, siłowniki, spawarki i inne podobne aplikacje mają stopnie mocy wykonane na takich tranzystorach, a do działania wymagają doskonałej jakości wiązek kablowych oraz złączy.

W obszarze przemysłu rozwojowi rynku sprzyjają rosnące wymagania klienta i coraz większa specjalizacja tych elementów. Dzięki nim rynek jest otwarty na nowe rozwiązania poprawiające efektywność w procesach produkcyjnych. Łatwiejszy montaż i demontaż zapewniany przez logiczny podział aplikacji na części, liczne systemy szybkich połączeń niewymagających stosowania narzędzi to obecnie nie fanaberia, ale konkretne oszczędności w serwisie, utrzymaniu ruchu, instalacji, modernizacji.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku złączy

Główne czynniki negatywne dla rynku złączy silnoprądowych to silna konkurencja oraz dostępność wielu zamienników i podróbek o niepewnym pochodzeniu i jakości. Co ciekawe, wysokie ceny nie są postrzegane jako czynnik negatywny, mimo że złącza są kosztowne. Wysoką pozycję na wykresie zamienników i podróbek można tłumaczyć wysokimi cenami produktów markowych oraz zapewne także gorszą dostępnością produktów renomowanych. Kolejny czynnik to gorsza sytuacja na rynku, która zmusza wielu kupujących do oszczędności. Patrząc na powyższy wykres z dalszej perspektywy, widzimy, że aktualnie czynniki negatywne dla rynku mają charakter ekonomiczny, te o charakterze bardziej technicznym wylądowały poza wykresem.

Drugim pod względem znaczenia rynkiem dla złączy silnoprądowych jest energetyka, która w ostatniej dekadzie rozwija się w szybkim tempie. Modernizacje i inwestycje dotyczących infrastruktury technicznej, w skład której wchodzi wiele urządzeń, nie tylko tych związanych z transmisją energii i najwyższych mocy, są związane z coraz większą różnorodnością wynikającą z instalacji energii odnawialnej. Pozytywne oddziaływanie na rozwój rynku ma ponadto rynek kolejowy, który jest ważnym odbiorcą rozwiązań napędowych, zasilających i komunikacyjnych. Zarówno energetyka, jak i kolej przez wiele lat były niedoinwestowane i zaniedbane. To się zmienia dzięki pieniądzom z funduszy Unii Europejskiej, która postrzega transport kolejowy jako priorytetowy, a energetykę jako dziedzinę związaną z bezpieczeństwem i wspiera tutaj silnie modernizacje i rozwój. Wiele lat opóźnienia i szybko rosnące wymagania jakościowe dla infrastruktury transportowej i energetycznej sprawiają, że w tych obszarach tkwi ogromny potencjał. W tych segmentach jakość złączy jest stawiana na pierwszym miejscu, a cena ze względu na niewielkie ilości staje się drugorzędna.

Problemy typowe dla branży

W przypadku złączy tematem dyżurnym od kilku dekad jest negatywny wpływ na rynek tanich złączy produkowanych w Azji. Zjawisko to należy rozpatrywać trójtorowo. W pierwszym aspekcie konkurencja azjatycka dotyczy podróbek złączy markowych, a więc produktów naśladujących konstrukcje oryginalne, ale wykonane z gorszych materiałów, z mniejszą dokładnością oraz bez realnej gwarancji. Drugi aspekt to tzw. zamienniki popularnych konstrukcji markowych, które bazują na takich samych mechanizmach i konstrukcji styków, mają identyczne wymiary, deklarowane parametry. Wtyki zamienników pasują do oryginalnych gniazd itd. Zamienniki mogą być dobre lub kiepskie, a największym problemem jest to, że nigdy nie wiadomo, na co się trafi. Jakość takich produktów jest w jakiejś mierze pochodną ich ceny, a ta musi być niska, aby klienci je wybierali. Trzeci aspekt dotyczy złączy typowych, standardowych, produkowanych przez wiele firm, takich jak podstawowe typy złączy okrągłych, D-Sub, fotowoltaicznych, terminal bloki i łączówki na szynę DIN. Obszar ten łączy konstrukcje o mniejszym stopniu zaawansowania technologicznego, które walczą o klienta przede wszystkim ceną.

Takie elementy produkuje i sprzedaje wiele firm chińskich, a popularne platformy internetowe takie jak Aliexpress lub Alibaba tworzą ważny kanał ich sprzedaży. Więksi klienci również kupują bezpośrednio złącza z Azji od producentów dużo bardziej elastycznych niż znane globalne marki. Rynek dystrybucji w tamtym rejonie jest duży, bardzo rozwinięty i mocno konkurencyjny, coraz łatwiej znaleźć też dostawców bezpośrednich w Azji, gdyż jest wiele portali i platform, na których firmy takie się reklamują.

Produkty chińskie

Producenci chińscy bardzo swobodnie podchodzą do zmian w produktach i potrafią zmienić technologię, materiały lub zmodyfikować konstrukcję, która może mieć wpływ na jakość produktów, bez jakiejkolwiek komunikacji z klientami oraz bez modyfikacji dokumentacji technicznej. To samo dotyczy traktowania sieci sprzedaży bez żadnych sentymentów. Tradycyjny model dystrybucji opierający się na autoryzowanych przedstawicielach obsługujących rynek krajowy i segment produktowy raczej słabo się sprawdza. Nawet jak taki dystrybutor w danym kraju jest, to i tak każdy klient, który ominie tego dystrybutora i wyśle zamówienie bezpośrednio do Chin, zostanie obsłużony, jawnie lub skrycie. Takie podejście zaostrza konkurencję i psuje relacje na rynku.

Faktem jest, że tamtejsze firmy szybko się rozwijają i dużo inwestują w rozwój, park maszynowy, certyfikację i materiały. To, co dawniej było pogardzaną tanią chińszczyzną, dzisiaj bywa dla wielu dobrą ofertą pod kątem stosunku ceny do jakości.

Z ocenami dotyczącymi rynku chińskiego trzeba być bardzo ostrożnym, bo to, co jeszcze kilka lat temu było obowiązujące, dzisiaj może być już nieaktualne. Zwłaszcza po pandemii i dwuletnich kłopotach z dostawami oraz późniejszym wzrostem cen podzespołów. Elementy kupowane w Azji uratowały niejeden projekt, a wielu producentom elektroniki takie wymuszone potrzebą chwili kontakty zostały na dłużej. Oznacza to, że złącza z Azji w dużym stopniu kształtują relacje w branży, a ich konkurencyjne ceny od lat spędzają dystrybutorom renomowanych produktów sen z powiek.

Opisane procesy dla klientów (producentów elektroniki) przyniosły też zmniejszenie pierwotnego dużego dystansu między wysokimi cenami czołowych marek a tanimi wyrobami chińskimi. Kiedyś była to przepaść, dzisiaj ceny produktów markowych są trochę wyższe od równoważnych produktów z Azji.

Modułowość

Wzrost złożoności urządzeń technicznych, wielowariantowość funkcjonalna, krótkie serie konstruowane w ramach projektów pod zamówienie klienta powodują, że coraz więcej sprzętu ma konstrukcję modułową i zawiera jednostki, które są łączone w jednej obudowie za pomocą wiązek i dobranych komponentów połączeniowych. Łatwiejszy montaż i demontaż zapewniane są przez logiczny podział aplikacji na części (zasilanie, komunikacja, interfejs użytkownika) oraz przez systemy szybkich połączeń niewymagających stosowania narzędzi lub wymagających dużego nakładu pracy. Przynosi to oszczędności w serwisie, utrzymaniu ruchu, instalacji, modernizacji. W ten sposób świat techniki zmienia się od lat.

Podobne procesy są widoczne po stronie złączy, w których aspekt modułowości jest coraz bardziej widoczny. Polega ona na podziale konstrukcji na części i zapewnieniu możliwości komponowania finalnego wyrobu z zestawu elementów składowych. W minimalnym zakresie jest to obudowa oraz wkładka z pinami, w szerszym dochodzą jeszcze możliwości wyboru wkładek z różną liczbą pinów i ich typem. Elementem systemu modułowego są też dławice wyprowadzające kabel, ekrany i uszczelnienia, odgiętki itd.

Do grupy złączy modułowych zaliczają się także wersje hybrydowe, czyli takie, które oprócz sygnałów wysokoprądowych zawierają również sygnały sterujące, w tym okablowanie sieciowe (miedziane lub optyczne). Jest to rezultat wzrostu złożoności sprzętu, gdyż liczba sygnałów, które trzeba przesyłać w jedną lub w drugą stronę, ciągle się zwiększa. Poza liniami zasilania we współczesnym systemie zawsze jest jakiś czujnik, lampka kontrolna, interfejs komunikacyjny. Z tego powodu specjalizowane złącza silnoprądowe są uzupełniane przez kontakty sygnałowe niezbędne do podłączenia tych dodatkowych komponentów towarzyszących blokom dużej mocy.

Złącze hybrydowe pozwalające na podłączenie wszystkich potrzebnych linii razem bywa więc interesującą alternatywą. Przez odpowiednie ustawienie pinów można też łatwiej spełnić wymagania związane z bezpieczeństwem, gdy jeden przewód łączy obwody wysokonapięciowe i sygnałowe. Wówczas niewykorzystane kontakty można usunąć i tym samym powiększyć odstęp izolacyjny między obwodami o wysokim i niskim potencjale. Takie złącze ogranicza też możliwość pomyłek przy serwisie i instalacji, uwalnia od problemu kolejności dołączania odbiorników lub podłączenia tylko części wykonawczej bez sterującej itp. Wiele instalacji realizowanych jest w niekorzystnych warunkach: na zewnątrz budynków, przy słabym oświetleniu, niewygodnej pozycji, na wysokości, przez co ryzyko błędu instalacyjnego jest wymierne. Jeden komponent z kodowaniem pozycji, czyli z zabezpieczeniem mechanicznym uniemożliwiającym włożenie złej wtyczki w gniazdo, jest optymalną opcją minimalizującą ryzyko.

Złącza modułowe to dobre rozwiązanie zarówno dla odbiorców, jak i wytwórców, gdyż przynajmniej w części pozwalają one ominąć problemy wynikające z bardzo małej standaryzacji tych produktów. Dzięki nim w ofertach może być mniej indeksów, przy lepszej dostępności i niższych cenach wynikających ze zredukowanych kosztów magazynowych.

Najważniejsze zjawiska pozytywne dla rynku złączy silnoprądowych

Zestawienie czynników pozytywnie oddziałujących na rozwój rynku otwiera szeroki asortyment produktów, w tym wersji specjalistycznych ukierunkowanych na aplikacje. Możliwość dobrania złącza dokładnie pasującego do zadania spośród wielu innych sprzyja powstawaniu nowych produktów, a więc rozwija rynek. Innowacje w złączach są poszukiwane przez klientów, bo za nimi idzie wiele cennej wartości dodanej, takiej jak możliwość obniżki kosztów produkcji, mniejsza zajętość miejsca, większa obciążalność itd. Jak zawsze wysoko notowane jest zainteresowanie jakością i zaawansowaniem technicznym oraz zwiększające się wymagania klientów. Wysoka jakość usług i produktów to cecha rynków specjalistycznych, takich, gdzie liczy się wartość dodana zapewniana przez urządzenie. Od wielu lat rynek krajowy zmienia się w tym kierunku, a niewielkie serie złożonego sprzętu, projekty tworzone na indywidualne zamówienia stanowią ważną część aktywności. Złącza silnoprądowe z racji warunków pracy i pełnionej funkcji mają dużą rolę do odegrania w zapewnieniu jakości.

Miniaturyzacja postępuje

Miniaturyzacja złączy to proces ciągły dotyczący całego asortymentu. Kolejne generacje urządzeń elektronicznych są coraz mniejsze i jednocześnie bardziej złożone. Podzespoły elektroniczne też stają się coraz mniejsze i takie oczekiwania są także w stosunku do złączy, w których trend ten pozwala również na obniżkę kosztów produkcji i transportu. Elementy elektromechaniczne, czyli przekaźniki, potencjometry i złącza, zawsze były duże w porównaniu do całej reszty, stąd ich miniaturyzacja pozwala utrzymać proporcje i zapewnić, aby nie były komponentami, które determinują wymiary aplikacji.

W przypadku złączy silnoprądowych zmniejszanie wymiarów jest utrudnione z uwagi na przenoszone duże moce, wysokie napięcia czy wzrost temperatury. Ograniczenia wynikają z wytrzymałości napięciowej, stabilności mechanicznej, powierzchni kontaktu, przekroju pinów i podobnych właściwości. Ale mimo to kolejne generacje są mniejsze dzięki lepszym tworzywom sztucznym, które są wzmacniane mechanicznie za pomocą włókien szklanych i kompozytów, bo zapewniają wysoką stabilność mechaniczną obudowy w szerokim zakresie temperatur. Dzięki temu nawet zwiększone nagrzewanie styków nie powoduje deformacji zagrażającej jakości połączenia.

Są też systemy docisku styków zapewniających małą rezystancję kontaktu oraz dzięki lepszym stopom i pokryciom części metalowych. Celem jest zapewnienie niskiej rezystancji przy dużej odporności na ścieranie, utlenianie i wypalanie materiału na skutek iskrzenia. Stosowane techniki są tutaj bardzo wyrafinowane i obejmują m.in. dyfuzję domieszek, obróbkę cieplno- -chemiczną, utwardzanie radiacyjne albo napawanie plazmowe.

Jakość oczkiem w głowie

Jednym z ważniejszych zjawisk na rynku elektroniki od lat jest wzrost presji na jakość produktów i usług. Dotyczy to w zasadzie wszystkich aspektów związanych z projektowaniem i produkcją urządzeń, niemniej akurat w złączach trend ten jest szczególnie istotny. To dlatego, że zawsze elementy te były relatywnie droższe w porównaniu do innych elementów elektromechanicznych i pasywnych, a nawet półprzewodników, a technologia produkcji jest o wiele bardziej dostępna. Z tego powodu chętnych do produkcji złączy nie brakowało i nie brakuje, dużo firm walczy o udziały w rynku ceną, przez co na rynku cały czas jest wiele tandety i mamy dziesiątki wersji dla standardowych rozwiązań połączeniowych. Przykładem mogą być złącza kołkowe, okrągłe lub fotowoltaiczne. Są dostępne od wielu dostawców, którzy silnie konkurują ze sobą i niestety te zmagania dzieją się kosztem jakości definiowanej jako nietrwałość, niestabilność konstrukcji, przez parametry wykraczające poza specyfikację, podatność na wpływ środowiska, słabe materiały, niedokładne wykonanie i podobne ułomności.

Z upływem lat, z rosnącą świadomością klientów, coraz większą zamożnością, większym otwarciem Polski na rynki zagraniczne, zainteresowanie jakością się zwiększa, a produkty markowe są lepiej postrzeganie. Jest to też rezultat tego, że pierwotny duży dystans między wysokimi cenami produktów czołowych marek a tanimi wyrobami chińskimi zmniejszył się znacząco i dzisiaj różnice są dużo mniejsze niż dawnej. Tym samym na jakość stać więcej odbiorców.

Czołowi producenci złączy uciekają też do przodu przed konkurencją, wprowadzając liczne nowe produkty, wersje dopasowane do aplikacji i inwestują w systemy modułowe i hybrydowe pozwalające im na stworzenie unikalnej przestrzeni dla swoich wyrobów. Widać to w tym, że z ich ofert znikają produkty typowe, masowe i takie o standardowej funkcjonalności. Renomowani producenci i dystrybutorzy skupiają się też na zapewnieniu dostępności elementów i wsparcia technicznego, bo są to obszary, gdzie wysiłek przynosi długofalowe korzyści biznesowe, a także przezwyciężenie konserwatywnych działań klientów, tj. podążania w zaopatrzeniu utartymi szlakami.

Mała standaryzacja, większa specjalizacja

Charakterystyczną cechą rynku złączy jest bardzo mała standaryzacja tych produktów, co jest skutkiem istnienia dużej liczby producentów, ogromnego portfolio produktów i szybkiej ewolucji rynku. W większości przypadków "standard" w złączach oznacza nie typ przyjęty przez stowarzyszenie branżowe lub społeczność, ale po prostu popularne złącze mające wiele odpowiedników i łatwo dostępne z wielu źródeł.

Z roku na rok na rynku funkcjonuje coraz więcej typów elementów o specjalizowanej konstrukcji pod kątem zastosowań i standardów branżowych. Rynek kieruje się ku specjalizacji, a ona wymusza tworzenie konstrukcji dopasowanych do wymagań aplikacyjnych. Takie działania powodują, że liczba typów, wariantów, marek jest ogromna i sprawia klientom problemy z zaopatrzeniem. Gdy produktów jest mniej i daje się wskazać popularne i często używane typy, a czasy ich dostaw są krótkie, bo dystrybutorzy mają często je w lokalnych magazynach buforowych. Duży asortyment powoduje, że dokładna orientacja w ofercie ze znajomością szczegółów i niuansów staje się rzadkością. Prowadzi to do wielu nietrafnych wyborów, koncentracji uwagi na tym, co się zna i wcześniej kupowało. To znany od lat problem rynku złączy.

Terminal bloki

Ważną część rynku złączy silnoprądowych, zwłaszcza w elektronice, tworzą terminal bloki, czyli modułowe złącza płytka-przewód z zaciskiem śrubowym lub sprężynowym. Podobnie jak dla innych typów, tutaj też asortyment jest bardzo duży i obejmuje wersje proste i kątowe, rozłączalne, do montażu SMT i THT, pozwalające zamontować więcej niż jeden przewód w styku, oczywiście w kilku rozmiarach rastra.

Terminal bloki znaleźć można w ofertach wielu producentów, u tanich chińskich dostawców i wiodących światowych producentów, gdyż są to złącza o dużej uniwersalności trafiające do branży oświetleniowej, producentów zasilaczy, sterowników, regulatorów (tzw. mała automatyka i automatyka budynkowa), producentów systemów alarmowych, domofonowych i systemów rejestracji, urządzeń kontrolnych, AGD i wielu innych.

Szeroki obszar aplikacyjny jest tu źródłem ich popularności od wielu lat, ale widać, że z czasem znaczenie wersji zapewniających szybki montaż przewodów, a także wersji rozłączalnych, takich, w których można rozpiąć złącze jednym ruchem, bez mozolnego rozpinania pojedynczych kabli, jest coraz większe. Najbardziej takie elementy potrzebne są w branży oświetleniowej, gdyż tam często sprzęt jest instalowany w trudnych warunkach i wygoda się bardzo liczy. Obciążalność prądowa takich złączy sięga nawet kilkadziesiąt amperów na pin, co przekonuje, że mogą być stosowane w wielu różnych aplikacjach energoelektroniki.

Złącza na szynę DIN

Drugą specjalistyczną grupę złączy silnoprądowych stanowią elementy przeznaczone do montażu na szynie DIN. Są one bazą do tworzenia systemów i instalacji w przemyśle, automatyce, energetyce i można je znaleźć w wielu obudowach, szafach technicznych, rozdzielniach itp. Zainteresowanie nimi to pochodna rosnącej popularności montażu na szynie DIN urządzeń i coraz większej oferty takich produktów, do których zaliczają się przekaźniki, sterowniki, wyłączniki, zasilacze i podobne.

Produkty na szynę są na rynku cenione, bo pozwalają szybko i bez konieczności korzystania ze specjalistycznych narzędzi stworzyć system, instalację lub nawet całą aplikację. Zapewniają niezbędną indywidualność, bo każdy projekt może być inny, możliwość modernizacji i zmian w dowolnym momencie. Szyna DIN jako element spajający całość mechanicznie jest tutaj niczym podstawa do budowania z logicznych klocków docelowego systemu.

Złącza na szynę pozwalają na wygodne okablowanie takich instalacji i mają postać wąskich płaskich elementów, które można składać w większe zespoły, podobnie jak spaja się terminal bloki. Mają też możliwość wewnętrznego połączenia biegunów, co ułatwia tworzenie dystrybucji zasilania. Złącza na szynę DIN i zacisk sprężynowy obsługują jedną z największych potrzeb instalatorów – szybki i wygodny montaż.

Branże o największym potencjale zakupowym w zakresie złączy silnoprądowych

Przemysł oraz energetyka to dwa najważniejsze sektory pod kątem potencjału zakupowego w zakresie złączy silnoprądowych, co z pewnością trudno uznać za zaskakujące, bowiem obszary te stanowią naturalny obszar aplikacyjny dla tych elementów, służących do podłączania zasilania, elementów wykonawczych, silników maszyn i wszystkich innych odbiorników pobierających znaczną moc. Poza tymi obszarami omawiane złącza trafiają do aplikacji transportu kołowego i szynowego, w którym także jest coraz więcej elektroniki i systemów zasilania energią odnawialną. Ta ostatnia grupa w ostatnich latach znacznie zyskała na znaczeniu.

Złącza śrubowe

Złącza śrubowe są najstarszym rozwiązaniem połączeniowym i zarazem najbardziej zależnym od zdolności manualnych i siły montera, gdyż wymagają wkręcenia śruby. Są wykorzystywane m.in. do podłączania przewodów do płytki drukowanej. W tej wersji są przykładowo zbudowane z metalowej ramki i śruby. Złącze takie jest mocowane do płytki drukowanej za pomocą nóżek montażowych, które są zatrzaskiwane w otworach na PCB i lutowane do niej. Odizolowany przewód jest owijany pod łbem wcześniej odkręconej śruby, która następnie zostaje wkręcona przez montera przy użyciu śrubokręta. Zapewnia to trwałe połączenie elektryczne i mechaniczne między przewodem a metalową ramą.

Przewody zakończone na przykład zaciskami widełkowymi albo pierścieniowymi są wciskane pod łby śrub. Te ostatnie są często kolorowe. To ułatwia identyfikację poszczególnych kabli i pomaga w rozwiązywaniu problemów z ciągłością połączeń. Czasem złącza wyposażane są w dodatkowe blokady, które zapobiegają luzowaniu się śruby.

Oprócz pojedynczych złączy śrubowych dostępne są też bloki zaciskowe do podłączenia obok siebie kilku kabli. W tym przypadku również, po umieszczeniu przewodu w odpowiedniej przegrodzie, od góry, od dołu albo z boku bloku w zależności od typu jego konstrukcji, prostopadle do śruby, trzeba tę ostatnią wkręcić. O ile nie zostanie przekroczony dopuszczalny zakres przekroju poprzecznego, złącza śrubowe mogą być używane do łączenia dwóch przewodów w jednym kanale.

Jan Szyszko

Semicon

Jaka jest sytuacja w łańcuchach dostaw, jeśli chodzi o złącza?

Obecnie sytuacja w łańcuchach dostaw jest stabilna. Duże zakłócenia można było zaobserwować w latach 2020–2022, kiedy to czasy dostaw złączy produkowanych na zamówienie sięgały kilkudziesięciu tygodni, a w niektórych przypadkach przekraczały nawet rok. Obecnie czas ten wynosi od kilku do kilkunastu tygodni, w zależności od tego, czy złącze jest wykonane z typowych komponentów, czy też jest wysoko wyspecjalizowane i dostosowane do indywidualnych potrzeb odbiorcy.

Jakie oczekiwania wobec dostawców złączy mają dzisiaj klienci?

Najważniejszym oczekiwaniem klientów, które często decyduje o wyborze danego rozwiązania, jest dostępność złączy. Ma to znaczenie na różnych etapach: od budowy prototypu, przez wdrożenie produktu finalnego, aż po produkcję seryjną. W przypadku produkcji pierwszych wersji produktu istotna jest otwartość producenta złączy na produkcję małoseryjną lub wytworzenie zaledwie kilku/kilkunastu sztuk na potrzeby testów. Po wdrożeniu produktu finalnego kluczowe jest utrzymywanie buforu magazynowego przez dostawcę, aby być przygotowanym na nagłe zwiększenie zapotrzebowania. Brak gotowości na takie zmiany może skłonić klienta do wyboru innego dostawcy lub nawet innego producenta, zwłaszcza że na rynku dostępna jest szeroka oferta zamienników.

Jakie są największe problemy i wyzwania w tym sektorze rynku?

Największym problemem na polskim rynku jest pogodzenie oczekiwań producentów złączy z wymaganiami ich klientów, czyli producentów urządzeń finalnych. Producenci złączy preferują produkcję dużych partii – tysiące sztuk. W Polsce znajdują oni dużych odbiorców, jednak wiele krajowych firm produkuje urządzenia w ilości kilkuset sztuk rocznie lub specjalistyczny sprzęt w liczbie kilkudziesięciu sztuk. W takich przypadkach klienci są praktycznie skazani na wybór rozwiązań "gotowych", które nie zawsze w pełni odpowiadają ich wymaganiom. Przestawienie linii produkcyjnej złączy oraz logistyka dostosowana do małych partii generują dodatkowe koszty, które są często nieakceptowalne dla klientów.

Zalety i wady złączy śrubowych

Złącza śrubowe to sprawdzone rozwiązanie łączeniowe o ugruntowanej pozycji na rynku. Zwykle są najtańsze. Po prawidłowym wkręceniu śruby zapewniają niezawodne połączenie elektryczne i mechaniczne. Dzięki silnemu dociskowi i stosunkowo niskiej rezystancji styku lepiej sprawdzą się w łączeniu grubszych przewodów, o większej obciążalności prądowej niż tych cieńszych.

Kolejną zaletą jest to, że złącza śrubowe są intuicyjne w montażu. Z drugiej strony jednak o jakości połączenia decyduje sposób wkręcenia śruby. Jeżeli monter użyje w tym celu zbyt dużej siły, istnieje ryzyko, że miedziany rdzeń przewodu zostanie uszkodzony. Oprócz tego gwint może ulec zerwaniu albo zdeformowaniu, podobnie jak łeb śruby. Zacisk z "wyrobioną" śrubą trudno odkręcić i ponownie go podłączyć, przez co staje się ona nieodwracalnie bezużyteczna.

Jeżeli natomiast śruba zostanie wkręcona zbyt słabo i docisk będzie niewystarczający, przewód się z czasem poluzuje. To może spowodować całkowite przerwanie połączenia. Słabszy docisk skutkuje jednak najpierw wzrostem rezystancji styku. Złącze będzie się wówczas nadmiernie nagrzewać, co zwiększa zagrożenie pożarem.

Siła wkręcania powinna być generalnie dopasowana do specyfiki śruby (jej rozmiaru, typu). Trzeba także użyć odpowiedniego śrubokręta. Sprawę komplikuje fakt, że śruby różnią się w zależności od producenta, przez co wymagają innych sił wkręcania i wkrętaków z różnymi rodzajami nacięć. Dlatego zadanie montażu złączy tego typu jest czasochłonne i pracochłonne. Oprócz tego ich śruby trzeba regularnie dokręcać, ponieważ docisk z czasem maleje z powodu płynięcia miedzi. Złącza narażone na wibracje pod kątem poluzowania powinny być sprawdzane częściej.

Złącza z zaciskiem sprężynowym

Niedoskonałości złączy śrubowych doprowadziły do opracowania elementów z montażem sprężynowym. Montaż jest prosty – do szczeliny roboczej złącza należy włożyć odpowiednio cienkie narzędzie, na przykład wąski płaski śrubokręt. To powoduje odgięcie sprężyny. W powstałe w ten sposób wolne miejsce należy wsunąć przewód. Narzędzie, które przez cały czas pozostawało w szczelnie, trzeba wówczas wyjąć. Jego usunięcie powoduje wygięcie się sprężyny do pozycji wyjściowej. To z kolei skutkuje dociśnięciem przewodu i uniemożliwia jego wysuwanie się. W taki sposób uzyskiwane jest trwałe elektryczne i mechaniczne połączenie, które jest oparte na mechanizmie samoblokującym nacisku, jaki sprężyna wywiera na przewód. Analogicznie można go wyjąć, wkładając śrubokręt w szczelinę roboczą, aby odgiąć metalowy element, który wówczas puści kabel.

Nawet pod wpływem wibracji złącza sprężynowe samoistnie się nie poluzowują, inaczej niż wkręty w złączach śrubowych. W przeciwieństwie do tych ostatnich złącza ze sprężyną nie wymagają też regularnej konserwacji. Nie ma ponadto ryzyka ich nieprawidłowego montażu z powodu za silnego albo niewystarczającego dokręcenia śruby. W tym przypadku siła docisku jest uwarunkowana tylko przez właściwości sprężyny. Generalnie jest to zaletą. Jeżeli jednak wymagane jest dostosowanie siły docisku do potrzeb zastosowania ogranicza to możliwości wykorzystania złączy sprężynowych.

Główne zjawiska techniczne

Za najważniejsze zjawisko techniczne zmieniające rynek złączy uznano wersje modułowe i miniaturyzację złączy. Wersje modułowe złączy zapewniają możliwość kompozycji liczby, typu styków i ich układu, a tym samym dopasowania złącza ściśle do wymagań aplikacyjnych. Z kolei miniaturyzacja w zakresie złączy silnoprądowych to jedno z najtrudniejszych wyzwań stojących przed producentami, ale także coraz silniej zarysowane oczekiwanie klientów. W dalszej kolejności wymieniono dostępność wersji ze stykiem sprężynowym i złączy specjalistycznych. Wersje specjalistyczne to kategoria kryjąca rozwiązania dopasowane do wymagań aplikacyjnych i branżowych, w której kryją się elementy zapewniające wysoki stopień ochrony środowiskowej.

Zalety i wady złączy sprężynowych

Z drugiej strony złącza z zaciskiem sprężynowym nie są aż tak wszechstronne, jeżeli chodzi o typ i przekrój poprzeczny przewodu, jak złącza śrubowe. Ich montaż jest jednak zasadniczo łatwiejszy i szybszy, choć nie aż tak intuicyjny, jak w przypadku wkręcenia śruby – monterzy złączy z zaciskiem sprężynowym mogą na przykład pomylić punkt zaciskowy, przeznaczony do włożenia przewodu z gniazdem narzędzia roboczego. Nie jest wymagane konkretne narzędzie – wystarczy jakiekolwiek długie, wąskie, najlepiej płaskie i pasujące do szczeliny roboczej, które nie uszkodzi sprężyny. Zarazem ważne jest, żeby całkowicie otwierało zacisk. Inaczej przewody o przekroju poprzecznym, które teoretycznie powinny się w nim zmieścić, mogą zostać uszkodzone albo połączenie będzie niestabilne.

Złącza sprężynowe są często bardziej kompaktowe niż śrubowe, dzięki czemu lepiej sprawdzą się w ograniczonej przestrzeni. Niestety, pozwalają na podłączenie naraz wyłącznie jednego przewodu – w razie konieczności podłączenia dwóch należy użyć tulei dwużyłowej. Są za to skonstruowane tak, by uniemożliwić dotknięcie części pod napięciem.

Złącza push-in

Sukces złączy z zaciskiem sprężynowym jako zamiennika złączy śrubowych sprawił, że tę pierwszą konstrukcję rozwijano dalej. Efektem było opracowanie złączy wtykowych typu push-in.

Są one w praktyce zaawansowaną wersją tych sprężynowych – styk elektryczny również jest w ich przypadku zapewniany przez sprężynę, która utrzymuje przewód na miejscu. Zasadnicza różnica polega na tym, że w złączu push-in sprężyna "sama" się odegnie, robiąc miejsce na przewód, jeżeli zostanie on wsunięty w zacisk. Warunkiem jest, aby jego końcówka została wcześniej odpowiednio przygotowana, na przykład przez zamontowanie na niej tulejki albo że jest to sztywny przewód.

W takim przypadku montaż nie wymaga użycia dużej siły ani żadnych narzędzi. Beznarzędziowa instalacja jest wyróżnikiem złączy wtykowych w porównaniu z tymi sprężynowymi i śrubowymi. Oznacza to, że nawet osoby o minimalnej wiedzy technicznej albo bez doświadczenia są w stanie prawidłowo zamontować w nich kable. Co ważne, przewód można włożyć, zarazem go podłączyć, używając tylko jednej ręki. To wszystko przekłada się też na szybkość montażu.