Zwingen oder nicht zwängen?

Wir haben kürzlich über einen spektakulären Brand in einem 3D-Drucker berichtet, der dankenswerterweise eingefangen und gelöscht werden konnte, bevor er sich auf das Haus des Hackers ausbreitete oder seine Familie verletzte. Bei der Analyse der Überreste des Druckers stellte der Hacker fest, dass das Feuer dadurch verursacht wurde, dass eine lose Madenschraube dazu führte, dass die Heizpatrone des Extruders herausfiel und die ABS-Lüfterabdeckung berührte. Es lief auf Hochtouren und setzte alles in Brand.

Viele von uns haben ähnliche 3D-Drucker, daher waren die Kommentare zu diesem Artikel verständlicherweise lebhaft, aber ein Kommentar stach heraus, indem er eine Reihe von Best Practices für die Verkabelung auflistete, einschließlich der Verwendung von Aderendhülsen. Insbesondere das Heizbett, das viel Strom verbraucht, wird bei vielen 3D-Druckern über Schraubklemmen mit der Hauptplatine verbunden. Geschmolzene Klemmenblöcke sind zwar nicht die Ursache für den Brand im ursprünglichen Beitrag, sind aber eine häufige Beschwerde bei vielen DIY-3D-Drucker-Bausätzen. Ein Grund dafür ist, dass das bloße Einklemmen dicker Litzen in eine Schraubklemme und das Hoffen auf das Beste zu einem erhöhten Widerstand führen kann und Hitze an der Verbindungsstelle. In solchen Situationen ist es absolut richtig, eine Aderendhülse aufzucrimpen. Also lasst uns darüber reden.

Was ist also überhaupt eine Zwinge? Im Allgemeinen jede Art von Band oder Klammer, die zum Befestigen, Verstärken oder Sichern von Gegenständen aneinander verwendet wird. Das ist eine weit gefasste Definition, die alles abdeckt, von den Klammern, die an Schnürsenkelenden angebracht werden, um ein Auflösen zu verhindern, bis hin zu den robusten Metallklammern, mit denen Drahtseile miteinander verbunden werden. Aber in der Welt der elektrischen Verkabelung haben Aderendhülsen eine spezifischere Definition und einen ganz anderen Zweck als Aderendhülsen, die für rein mechanische Anwendungen verwendet werden.

Eine Aderendhülse für elektrische Leitungen ist ein weiches Metallrohr, das auf das Ende eines Litzendrahtes gecrimpt wird, um die Verbindungseigenschaften des Drahtes zu verbessern. Die meisten Aderendhülsen bestehen aus Kupfer, das meist mit Zinn plattiert ist. Die Größe der Aderendhülse ist sowohl hinsichtlich ihres Durchmessers als auch ihrer Länge auf eine bestimmte Drahtstärke abgestimmt. Eine Ferrule ist jedoch nicht nur ein einfacher Zylinder – sie hat an einem Ende eine Lippe oder Bördelung, die dazu dient, die einzelnen Drahtlitzen beim Einführen in die Ferrule zu sammeln und zu festigen.

Die Bördelung ist bei den meisten Aderendhülsen nicht sofort erkennbar, da sie normalerweise von einer konischen Kabeleinführungshülse aus Kunststoff umgeben ist. Diese Hülse fungiert als Übergang zwischen der Isolierung des Drahtes und der Aderendhülse selbst und dient auch dazu, alle losen Litzen im Lumen der Aderendhülse zu befestigen. Anders als bei herkömmlichen Crimpverbindungen wird die Kunststoffhülse einer Aderendhülse bei der Installation nicht komprimiert. Es bleibt um die Isolierung herum intakt und sorgt nach der Installation für eine gewisse Zugentlastung, indem der Biegeradius des Drahts vom Ende der Isolierung weg verschoben wird. Die meisten Aderendhülsen sind in der Norm DIN 46228 farblich für die Drahtgröße gekennzeichnet, die verwirrenderweise zwei unterschiedliche Codes, Französisch und Deutsch, für die gleiche Querschnittsfläche in Quadratmillimetern enthält.

Wenn es so klingt, als seien Aderendhülsen eher eine europäische als eine amerikanische Sache, dann hat das gute Gründe. Um die CE-Zertifizierung zu erhalten, müssen elektrische Geräte den Litzendraht, der in eine Schraub- oder Federklemme eingeführt wird, mit Aderendhülsen abschließen. In den USA gibt es keine solche Regelung und daher kommt es nicht häufig vor, dass in amerikanischen Geräten Aderendhülsen verwendet werden. Aber Aderendhülsen haben spezifische Vorteile, die kaum zu leugnen sind, und ihre Verbreitung scheint sich auszuweiten, weil sie technisch sinnvoll sind.

Um das Prinzip zu verstehen, klemmen Sie ein kleines Stück isolierten Litzendraht beliebiger Stärke ab. Litzendraht ist flexibel, was einer der Gründe dafür ist, dass er in mobilen Anwendungen und dort, wo Vibrationen auftreten können, anstelle von Massivdraht verwendet wird. Aber es ist immer noch etwas steif, teilweise dank der Isolierung, die die Litzen des Leiters umhüllt, sie alle in engem Kontakt hält und die Verdrillung oder Lage der einzelnen Litzen aufrechterhält. Entfernen Sie nun an einem Ende etwas Isolierung. Sie werden feststellen, dass in den meisten Fällen die Lage der Strähnen zumindest teilweise gestört ist – sie lösen sich ein wenig. Wenn Sie mehr Isolierung entfernen, werden die Litzen immer weiter getrennt. Wenn Sie die gesamte Isolierung entfernen, verliert der Leiter jegliche strukturelle Integrität und zerfällt in einzelne Litzen.

Dies ist das wesentliche Problem, das Aderendhülsen lösen: Sie halten die enge Verbindung der Litzen im Leiter nach dem Abisolieren des Drahtes aufrecht und ermöglichen, dass die Verbindung ihren vollen Nennstrom leitet. Ohne Aderendhülsen tendieren abisolierte Litzendrähte, die in Schraubklemmen zusammengedrückt werden, dazu, auseinanderzuspreizen, wodurch die Anzahl der einzelnen Litzen verringert wird, die in festem Kontakt mit der Klemme stehen. Der Widerstand solcher Anschlüsse ist viel höher als bei ordnungsgemäßen Aderendhülsen.Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

" data-medium-file="https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png?w=400" data-large-file="https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png?w=800" decoding="async" loading="lazy" class="size-full wp-image-301198 aligncenter" src="https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png" alt="" width="800" height="318" srcset="https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png 1262w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png?resize=250,99 250w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png?resize=400,159 400w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2018/03/ferrule_chart2.png?resize=800,318 800w" sizes="(max-width: 800px) 100vw, 800px"> Litzen mit Aderendhülsen funktionieren viel besser als ohne. Quelle: Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

Zu einer Ferrulenverbindung gehört jedoch mehr als nur ein reduzierter Widerstand. Wie bei anderen Crimpverbindungen unterliegen die Litzen in einer ordnungsgemäß angebrachten Aderendhülse einem enormen Druck, wobei sie sich axial dehnen und radial verformen. Durch die Streckwirkung wird die Oberflächenoxidation auf den Strängen tendenziell unterbrochen und verdrängt, während die radiale Kompression dazu neigt, die Lufträume zwischen den Strängen zu entfernen. Dadurch ist die Oxidationsbeständigkeit der Crimpverbindung tendenziell besser als bei ungecrimptem Draht, was die Langlebigkeit der Verbindung erhöht.

Sind Aderendhülsen also die richtige Wahl für den Heimspieler? Im Großen und Ganzen würde ich ja sagen. Aderendhülsen haben offensichtliche Vorteile gegenüber einfachen Litzendrähten, und bei Hochstromanwendungen würde ich darauf bestehen, sie mit Schraubklemmen oder überall dort zu verwenden, wo die Zugentlastung in der Abschirmung hilfreich ist. Außerdem verleihen sie einem Projekt ein klares, professionelles Aussehen. Selbst wenn die Anwendung unkritisch ist, verwende ich sie daher eher in meine Litzenverbindungen. Natürlich ist die Anschaffung von Aderendhülsen nicht ohne Kosten, aber für 30 US-Dollar für ein Kit mit einer Auswahl an Aderendhülsen und einer richtigen Ratschen-Crimpzange ist es nicht so schlimm.

Vielen Dank an [NobodyInParticular] für den Vorschlag dieser Geschichte.

[Ausgewählte Bilder: KNIPEX, Ferrules Direct]