Złącza silnoprądowe – awangarda techniki łączeniowej

Złącza silnoprądowe 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 wysoką przenoszoną moc i wiążące się z nią problemy, z którymi mierzą się ich wytwórcy. W miarę jak skala produkcji przemysłowej w Polsce rośnie, sprzętu i urządzeń technicznych potrzeba coraz więcej, przez co rośnie też zapotrzebowanie na elementy połączeniowe.

Nie bez znaczenia jest też to, że elektronika odgrywa coraz większe znaczenie w postępie technicznym, a jej istotność w aplikacjach dużej mocy szybko się zwiększa. W konsekwencji rozwijającego się rynku krajowego poprawia się też oferta złączy pod kątem szerokości asortymentu, dostępności elementów wysokiej jakości od czołowych firm europejskich i złączy produkowanych w krajach azjatyckich. Wydaje się, że główna oś rywalizacji o klienta w tym obszarze jest między renomowanymi markowymi firmami zlokalizowanymi w Europie i producentami mniej znanymi spoza jej obszaru.

Coraz wyższe wymagania klientów spychają na margines kiepskie jakościowo elementy, rynek powoli oczyszcza się też z niskiej jakości zamienników, bo koszty napraw przekraczają uzyskane korzyści ich przy zakupie. W ten sposób jeden z najważniejszych problemów rynku, związany z tanimi złączami o kiepskiej jakości, staje się mniej dokuczliwy i oddziałujący na relacje z klientami, z czym jeszcze parę lat temu był widoczny problem. Dzisiaj renomowani producenci i dystrybutorzy skupiają się raczej na zapewnieniu dostępności elementów i wsparcia technicznego, bo są to obszary, gdzie wysiłek może przynieść długofalowe korzyści biznesowe.

ZJAWISKA TECHNICZNE W ZŁĄCZACH SILNOPRĄDOWYCH

Rozwój techniczny w złączach silnoprądowych przebiega w tym obszarze podobnymi ścieżkami, jak w przypadku innych elementów. Bezsprzecznie zmiany kierują się ku kompaktowości i miniaturyzacji, czego skutkiem są też wersje kabel-płytka dostępne do montażu powierzchniowego oraz THR (Through Hole Reflow), jak również elementy do montażu kabla o niewielkich wymiarach i gęstych rastrach pinów. Obciążalność złączy w przeliczeniu na objętość powiększa się głównie na skutek stosowania lepszych materiałów na styki i tworzyw konstrukcyjnych obudowy złącza. Coraz szerzej wykorzystywane są tworzywa kompozytowe, bo zapewniają wysoką stabilność mechaniczną obudowy w szerokim zakresie temperatur. Dzięki temu nawet zwiększone nagrzewanie styków nie powoduje deformacji.

Drugim obszarem pozwalającym na miniaturyzację jest konstrukcja styków. Producenci sporo eksperymentują tutaj z materiałami i pokryciami takimi, aby niewielki pin był jednocześnie wytrzymały mechanicznie oraz elastyczny. Zwiększane jest pole styku na wszystkie płaszczyzny i na całą długość pinu, stosowane są wielosprężynowe systemy docisku części męskiej i żeńskiej, po to, aby zapewnić pewny kontakt na dużej powierzchni.

Ostatnim ważnym zagadnieniem związanym z miniaturyzacją są pokrycia styków. Z reguły piny, a więc konstrukcyjne elementy styku złącza, wykonuje się z materiałów zapewniających wysoką odporność mechaniczną, natomiast za kontakt elektryczny odpowiada materiał pokrycia. Celem jest zapewnienie niskiej rezystancji przy dużej odporności na ścieranie, utlenianie i wypalanie materiału na skutek iskrzenia.

Liczba problemów, z jakimi mierzą się producenci złączy jest naprawdę duża, gdyż nie chodzi o to, aby uzyskać jednorazowo dobry wynik, ale o stabilne parametry połączenia w czasie i różnych warunkach środowiskowych. W tym obszarze kryją się też największe różnice między tanimi złączami słabej jakości a rozwiązaniami z górnej półki.

MODUŁOWOŚĆ W ZŁĄCZACH

Coraz więcej urządzeń technicznych ma konstrukcję modułową i zawiera bloki funkcjonalne, które są łączone w jednej obudowie za pomocą dobranych komponentów połączeniowych. Łatwiejszy montaż i demontaż zapewniane są przez logiczny podział aplikacji na części, systemy szybkich połączeń (niewymagających stosowania narzędzi). Przynosi to oszczędności w serwisie, utrzymaniu ruchu, instalacji, modernizacji.

Podobne procesy są widoczne po stronie złączy, w których asortymencie modułowość jest coraz bardziej widoczna. Polega ona na podziale konstrukcji na elementy składowe i zapewnieniu możliwości komponowania finalnego wyrobu z zestawu części składowych, do których zalicza się w minimalnym zakresie obudowa i wkładka z pinami. W szerszym zakresie dochodzą jeszcze możliwości kompozycji wkładki z pinami tak, że można dobierać liczbę i typy znajdujących się w niej styków, elementy wyprowadzenia kabla, ekrany i uszczelnienia, akcesoria itd.

Złącza modułowe to dobre rozwiązanie zarówno dla klientów, jak i producentów, bo pozwala ominąć problemy wynikające z bardzo małej standaryzacji tych produktów. Dla producentów oznacza to mniejszą liczbę pozycji w ofercie, dla klienta lepsze ceny i lepszą dostępność wynikające ze skali produkcji oraz kosztów logistyki. Nic dziwnego, że z roku na rok wersji modułowych na rynku przybywa.

Jakie znaczenie dla biznesu firmy mają złącza silnoprądowe?

 

Dla co drugiej firmy z tego zestawienia złącza silnoprądowe stanowią ważną pozycję w ofercie, dla co trzeciej jest to dodatek do większej całości, a dla co siódmej produkty te są bardzo ważną lub nawet najważniejszą częścią biznesu. Podział ten w porównaniu do innych grup podzespołów jest bardziej przechylony w stronę dystrybucji specjalistycznej, bowiem z reguły pole żółte jest znacznie szersze. Innymi słowy, złącza silnoprądowe to produkt sporo odbiegający od produktów powszechnego zastosowania, nie tylko pod kątem technicznym, ale także od strony siatki sprzedaży.

SZYBKI MONTAŻ

Wiele instalacji realizowanych jest w niekorzystnych warunkach: na zewnątrz budynków, przy słabym oświetleniu, w niewygodnej pozycji, przez co ryzyko błędu jest spore. Oczywiście wiele złączy z tego obszaru pozwala na zakodowanie połączenia, czyli na zamontowanie zabezpieczenia mechanicznego uniemożliwiającego włożenie złej wtyczki w gniazdo, niemniej kodowanie nie zapobiega możliwości uszkodzenia elementów złącza i nie zawsze jest możliwe.

Kolejny obszar ryzyka to konieczność montażu przewodu w złączu w trudnych warunkach, np. podczas pracy na wysokości. Brak konieczności korzystania z narzędzi, proste czynności sprowadzające się do wsunięcia końcówki przewodu w otwór szybko zyskują tutaj uznanie.

Zacisk sprężynowy będący podstawą takiego montażu nie jest na rynku nowością, bo bazujące na nim złącza są już dostępne mniej więcej od dekady, ale w zakresie rozwiązań silnoprądowych dopiero od niedawna, bo konieczne było dopracowanie szczegółów rozwiązań, aby gwarantowały one wysokiej jakości połączenie. W obwodach zasilanych z sieci było to łatwiejsze do zapewnienia, bo gdy styk się pogarszał, powstawał łuk, który czyścił połączenie, wypalając tlenki. W obwodach niskonapięciowych producenci złączy proponują inne rozwiązania szybkiego montażu, jak na przykład takie bazujące na dźwigni. Cały czas popularne są również złącza zaciskane. Ich potencjał jest najbardziej widoczny w aplikacjach niskonapięciowych, np. motoryzacji, gdzie połączenie zaciskane uważane jest za bardzo odporne na narażenia mechaniczne oraz środowiskowe i przy tym tanie.

ZŁĄCZA KABLOWE I DO PCB

Złącza silnoprądowe najczęściej występują w wersji kabel-kabel lub kabel-panel, gdzie jedna część jest mocowana do obudowy. Elementy te mogą być okrągłe lub prostokątne, zawierać różną liczbę pinów i mieć różną obciążalność oraz sposób montażu przewodu. Dostępne są w wersji prostej i kątowej, z metalu oraz tworzywa. Można śmiało powiedzieć, że na rynku da się kupić praktycznie każdą kombinację wielkości i rodzaju tych elementów. Drugą część asortymentu tworzą złącza do montażu na płytce drukowanej, a więc takie, gdzie jedna z części jest przylutowana (w procesie SMT/ THT/THR), a druga służy do montażu kabla. Wlutowane w płytkę złącze w takim przypadku jest jeszcze zwykle mocowane do obudowy urządzenia, co zapewnia stabilność mechaniczną połączenia istotną zwłaszcza przy elementach do montażu powierzchniowego.

Niemniej warto zauważyć, że w warunkach krajowych znaczenie złączy silnoprądowych montowanych automatycznie jest niewielkie, gdyż są one kierowane do aplikacji masowych. W produkcji prowadzonej w średniej skali lub jednostkowej, złącze z końcówkami do SMD lub THR nie ma uzasadnienia, bo nie przynosi obniżki kosztów, a wymaga spełnienia wielu wymagań podczas montażu.

Najważniejsze cechy brane pod uwagę przy kupnie złączy silnoprądowych

 

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. Drugie miejsce dla parametrów technicznych też jest typowe podobnie jak wysokie wskazania dla jakości. Wymieniona trójka zawsze okupuje czołowe miejsca takich zestawień i rzadko wygląda inaczej. Poza ten schemat wychodzi znaczenie marki producenta złączy, która jest synonimem jakości i wysokich walorów technicznych a także termin dostawy. Specjalistyczne produkty tworzone nierzadko na zamówienie w ramach projektów, integratorzy systemów oraz producenci elektroniki przemysłowej kupują do nich komponenty na bieżąco, bez tworzenia magazynów i planów. Przy szybko rozwijającym się rynku europejskim powoduje to, że na dostawę coraz częściej trzeba czekać, zwłaszcza gdy potrzeby dotyczą mniej popularnych typów.

TERMINAL BLOKI

Kolejną dużą grupą złączy, zwłaszcza w aplikacjach elektronicznych, są terminal bloki. Są to modułowe złącza kabel-PCB z zaciskiem śrubowym lub sprężynowym. Terminal bloki występują w wersjach kątowych i prostych, dwuczęściowych rozłączalnych, rozwiązaniach pozwalających zamontować więcej niż jeden przewód w styku. Są wersje do SMT, uszczelnione lub z ekranem elektromagnetycznym.

Terminal bloki znaleźć można w ofertach wielu producentów, zarówno u tanich chińskich dostawców, jak u wiodących światowych producentów, gdyż są to produkty o dużej uniwersalności. Można powiedzieć, że elementy te stanowią większą część funkcjonujących na rynku rozwiązań, gdzie do płytki drukowanej trzeba dołączyć przewody. Wykorzystuje je branża oświetleniowa, producenci zasilaczy, sterowników i regulatorów, automatyka budynkowa, producenci systemów alarmowych, domofonowych, urządzeń kontrolnych, AGD i wielu innych. Obszar aplikacyjny jest bardzo szeroki i 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. Innymi słowy, terminal bloki dzisiaj to już zaawansowane systemy połączeniowe i produkty dopracowane w szczegółach. Ich obciążalność prądowa sięga kilkudziesięciu amperów na końcówkę, co pokazuje, że mogą być stosowane w wielu różnych aplikacjach.

Główne zjawiska o charakterze technicznym

 

Na liście najbardziej istotnych zjawisk technicznych charakteryzujących rynek złączy silnoprądowych, wyraźnie wybiły się cztery pozycje. Wersje modułowe, które zapewniają możliwość kompozycji liczby, typu styków i ich układu, a tym samym dopasowania złącza ściśle do wymagań aplikacyjnych. Styk sprężynowy i inne technologie szybkiego montażu to rozwiązania, które cały czas zyskują na popularności i konsekwentnie przebijają się do świadomości projektantów. Z kolei miniaturyzacja w zakresie złączy silnoprądowych to jedno z najtrudniejszych wyzwań stojących przed producentami, ale także coraz silniej zarysowane oczekiwanie klientów. Wersje specjalistyczne to kategoria kryjąca rozwiązania dopasowane do wymagań aplikacyjnych i branżowych, w której kryją się elementy zapewniające wysoki stopień ochrony środowiskowej, spełniające normy wojskowe. Jednocześnie specyfika rynku polskiego, a więc krótkie serie i specjalistyczne produkty, ogranicza zapotrzebowanie na rozwiązania przeznaczone do montażu SMT lub THR na PCB. To dlatego, że montaż ręczny oraz wersje THT nie stanowią problemu kosztowego.

ZŁĄCZA NA SZYNĘ DIN I DO OBUDOWY

Poza wymienionymi typami w zakresie złączy silnoprądowych na rynku mamy jeszcze komponenty przeznaczone do montażu na szynie DIN, które wykorzystuje się do tworzenia instalacji przemysłowych, np. okablowania systemów montowanych w skrzynkach instalacyjnych, obudowach, szafach technicznych, rozdzielniach itp. W takich systemach konieczne jest połączenie ze sobą w działający system komponentów takich jak zasilacze, przekaźniki, sterowniki, zabezpieczenia, wyłączniki, sygnalizatory i podobne. Wiele sygnałów musi zostać rozgałęzionych, bo połączenia punkt-punkt stanowią jedynie ułamek całości instalacji. Złącza na szynę pozwalają na wygodne okablowanie 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. Szyna DIN stanowi podstawę mechaniczną takiej całości.

Główne zjawiska pozytywne dla rynku

 

Za najważniejsze czynniki sprzyjające rozwojowi rynku złączy silnoprądowych ankietowani specjaliści uznali wzrost znaczenia wysokiej jakości w branży elektronicznej, dostępny szeroki asortyment produktów pozwalający na dobranie pasującego złącza do każdej aplikacji, a także w znacznie mniejszym już stopniu także dostępność wersji z szybkim montażem przewodu, a więc z zaciskiem sprężynowym lub dociskiem dźwigniowym. Wysoka jakość usług i produktów to cecha rynków specjalistycznych, takich, gdzie liczy się wartość dodana zapewniana przez urządzenie. Od wielu lat nasz rynek 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, stąd przedstawiona na wykresie ocena jest tak wyraźnie skierowana w tę stronę.

W aplikacjach przemysłowych 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. Nie ma też konieczności tworzenia specjalnego chassis, montowania i przykręcania do niego elementów. Szyna pozwala ponadto na utrzymanie porządku i czytelności instalacji, co ma ogromne znaczenie dla utrzymania ruchu i serwisu.

Mimo unifikacji wymiarów i konstrukcji wymuszanej przez montaż na szynie złącza tego typu dostępne są w różnych wersjach pod względem obciążalności, obsługiwanych średnic przewodów, typu zacisku itp. Warto zauważyć, że w tym obszarze kładzie się spory nacisk nie tylko na łatwość tworzenia instalacji, ale także na prostotę i czytelność obsługi technicznej. Oznaczniki tekstowe i symboliczne, kolorowe obudowy, przyciski ułatwiające demontaż, punkty pomiarowe pozwalające na wsunięcie kabla pomiarowego, obudowy, mostki, kontrolki – razem tworzą bardzo często spójny system połączeń charakterystyczny dla danego producenta.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Za czynniki o charakterze regresywnym dla rynku zdecydowanie na pierwszym miejscu uznane zostały tanie zamienniki i podróbki udające złącza markowe. Dalsze dwie pozycje takie jak długie czasy dostaw, które zawsze stają się problemem w okresie przyspieszenia w gospodarce oraz silna konkurencja miały dwukrotnie słabsze wskazania. Chłonny rynek i produkty z dużą marżą producencką są niczym magnes ściągający licznych tanich dostawców, którzy proponują podobne lub nawet takie same rozwiązania i konkurujące ceną. Producenci ci przekonują, że są w stanie zapewnić jakość za mniejsze pieniądze, ale praktyka pokazuje, że udaje się to nielicznym i w ograniczonym stopniu. Cała reszta oszczędza na R&D, mniej lub bardziej wiernie kopiując rozwiązania liderów, na materiałach i kosztach pracy lub też wykorzystuje słabiej zaawansowany technologicznie park maszynowy. Największy zysk takich firm prawdopodobnie wynika z podczepiania się pod myśl techniczną wiodących producentów. Niemniej nie można generalizować i postrzegać zamienników wyłącznie pejoratywnie – wszystko zależy od konkretnego przypadku i producenta.

DOSTAWCY ZŁĄCZY SILNOPRĄDOWYCH

Dostawców oferujących złącza silnoprądowe można podzielić na kilka wydzielonych grup, wśród których wyraźnie widać krajowe przedstawicielstwa i oddziały firm zagranicznych. W ogromnej większości są to firmy ukierunkowane na branżę przemysłową i zajmują się one nie tylko wytwarzaniem złączy, ale szerokiego spektrum urządzeń i komponentów. Większość z nich to przedsiębiorstwa działające w skali globalnej, o szerokich i przekrojowych ofertach, w których można znaleźć wszystkie typy omawianych złączy. Krajowe oddziały obsługują międzynarodowy biznes zlokalizowany w Polsce, np. producentów EMS, firmy motoryzacyjne, producentów wiązek kablowych oraz nadzorują i rozwijają rynek dystrybucji (hurtownie, firmy handlowe). W naszym zestawieniu są to HARTING, Phoenix Contact, Wago Elwag, Conec, igus, Stäubli, Weidmüller, a także Wieland Electric, LappKabel. Jak widać, jest to całkiem duże grono, które z pewnością ma potencjał do tego, aby dyktować warunki.

Drugą wyraźnie zarysowaną grupę tworzą dystrybutorzy o szerokim profilu, a więc firmy katalogowe, jak TME, Elfa Distrelec, Farnell, Conrad Electronic, RS Components, Mouser. To także duże firmy hurtowe jak Micros, Elhurt, Masters, Arrow Electronics, Firma Piekarz, Soyter Components, w ofertach których złącza stanowią istotną część ofert.

W dalszej kolejności na rynku wyróżnić można dystrybutorów specjalizowanych, których aktywność koncentruje się na wybranych tematach technicznych i liniach produktów z obszaru elektroniki, jak na przykład Eltronika, Microdis Electronics, Contrans TI, Payda Electronics, Neopta Electronics oraz Radiotechnika Marketing. W obszarze automatyki lub firm działających na styku branż elektroniki i automatyki dostawcami złączy są firmy takie jak Apar, OEM Automatic, Eltron.