Überlegungen zu kundenspezifischen Lösungen für robuste Steckverbinder

Eine Vielzahl von Branchen - Transportwesen, chemische Industrie, Herstellung diskreter Teile und Schifffahrt - benötigen robuste Komponenten. Da elektronische Schaltkreise in Motoren, Getrieben und verschiedenen anderen Teilen von schweren und geländegängigen Fahrzeugen, Lastwagen und Bussen, Baufahrzeugen und Militärausrüstung zum Einsatz kommen, besteht ein Bedarf an robusten Steckverbindern, die auch den rauesten Bedingungen standhalten können. Der Weltmarkt für robuste Elektronik, zu dem auch Steckverbinder gehören, wird im Jahr 2023 auf 14,75 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll in 10 Jahren auf 33,72 Milliarden US-Dollar anwachsen.

Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die Faktoren, die die Auswahl robuster Steckverbinder beeinflussen, und darüber, wie diese für bestimmte Anwendungen angepasst werden können.

Auswahl spezieller, robuster Steckverbinder

Sie sorgen dafür, dass Strom, elektronische Signale und Daten sicher und zuverlässig zwischen verschiedenen Komponenten innerhalb eines Produkts oder zwischen zwei oder mehreren Teilen übertragen werden.

Die wichtigsten Faktoren für die Auswahl eines robusten Steckverbinders sind:

• Seine Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Bedingungen, wie z. B. Vibrationen, hohen oder plötzlichen Belastungen, die die Stoßfestigkeit testen, Stößen, extremen Temperaturschwankungen und Staub.
• Einhaltung von Normen wie z. B. Dichtheitsklassen (IP67, IP69K), die die Integrität der Performance gewährleisten. Je nach Anwendung kommen die Teile wahrscheinlich mit Benzin, Diesel, Hydraulik-, Getriebe-, Bremsflüssigkeiten und Schmiermitteln in Berührung. Einige Steckverbinder müssen zum Beispiel einer Druckreinigung standhalten, was eine IP69K-Einstufung erfordert. Dichtungen verhindern Leckagen und erhalten die Funktion trotz ständiger Einwirkung von korrosiven oder rauen Flüssigkeiten.
• Elektrische Spezifikationen wie Spannungs- und Stromwerte, die sicherstellen, dass der Steckverbinder den zu erwartenden elektrischen Belastungen und Schwankungen während des normalen Betriebs standhalten kann.
• Gehäusematerialien, die die Integrität des Steckverbinders nicht beeinträchtigen.
• Einfache Handhabung, die es ermöglicht, Steckverbinder schnell zu montieren, zu verbinden und zu trennen, ohne dass die elektronischen Signale länger unterbrochen werden.

ITT Cannon stellt eine Reihe von kompakten und leichten Steckverbindern für die rauesten Umgebungen her. Bei der APD-Serie von ITT Cannon (Abbildung 1) handelt es sich um eine Reihe von Vollkunststoff-Steckverbindern für raue Umgebungen, die für Anwendungen mit bis zu 48 V/500 V und bis zu 240 A ausgelegt sind. Zu den Optionen gehören Hochleistungssteckverbinder mit 1 oder 2 Kontakten, VDE-zertifizierte Hochspannungslösungen mit 4 Kontakten und Steckverbinder mit 51 Kontakten für Lösungen mit hoher Packungsdichte.

Abbildung 1: Die APD-Steckverbinderserie von ITT Cannon ist eine Vollkunststoffvariante mit Bajonettverschlussmechanismen für dichte Verbindungen. Die Steckverbinder eignen sich für eine breite Palette von robusten Betriebsbedingungen. (Bildquelle: ITT Cannon)

Die APD-Steckverbinderserie verfügt über einen Bajonettverschluss mit einer schnellen 120-Grad-Drehung, der eine zuverlässige Abdichtung bis zu den IP67/IP69K-Normen gewährleistet. Sie sind für extreme Temperaturen von -40°C bis +125°C (-40°F bis +257°F) ausgelegt, eignen sich für Drahtgrößen von AWG 22 bis AWG 0 und sind sowohl in Hochleistungs- als auch in Hochspannungsvarianten erhältlich. Die Serie ist kompakt, leicht und einfach zu montieren und bietet mehrere Varianten - 1, 2, 4, 6/7, 19, 37 und 51 Positionen - sowie eine umfassende Auswahl an Zubehör und Werkzeuglösungen für die unterschiedlichsten Anwendungsanforderungen.

Die Serie umfasst auch die modulare APD-Platte (Abbildung 2), die es ermöglicht, die Steckverbinder in einer Vielzahl von Konfigurationen zu verwenden.

Abbildung 2: Die modulare APD-Schnittstelle kann auf verschiedene Weise konfiguriert werden, um den Zeitaufwand für Montage und Wartung zu verringern. (Bildquelle: ITT Cannon)

Die Schnittstelle ist für das effektive Management von Steckverbindern in Schaltschrank-zu-Chassis- und zentralisierten Verbindungsanwendungen gedacht. Die APD-Platte gewährleistet eine einfache und schnelle Installation, Neukonfiguration sowie das Stecken und Trennen von APD-Verbindungen, was eine der Möglichkeiten ist, diese vor einem vorzeitigen Ausfall zu bewahren. Darüber hinaus erleichtert die modulare APD-Platte die Wartung und ermöglicht eine effizientere Nutzung beengter Räume. Die standardisierte Lösung lässt sich problemlos über verschiedene Komponenten und Systeme hinweg verwenden.

Fehlerschutzmechanismen für Steckverbinder

Einer der wichtigsten Faktoren beim Betrieb von Geräten unter rauen Bedingungen ist, dass die Komponenten während des normalen Betriebs nicht ausfallen. Dies erfordert eine sorgfältige Bewertung der verschiedenen Möglichkeiten, wie Steckverbinder versagen können, einschließlich der folgenden:

Korrosion und Verschmutzung: Ständiger oder häufiger Kontakt mit aggressiven Flüssigkeiten, Schlamm und Feuchtigkeit kann zur Korrosion von Anschlussteilen und schließlich zu gedämpften Signalen führen. Das Kunststoffgehäuse der APD-Serie von ITT ist korrosions- und feuchtigkeitsbeständig und selbst unter härtesten Umweltbedingungen leicht zu warten.

Vibrationen und Erschütterungen: Ständiges Rütteln auf unbefestigten Straßen und ähnlich unwegsamem Gelände kann die Vibrationen und Stöße bei Geländewagen erhöhen. Die Straßenverhältnisse sind nicht der einzige Faktor, der zur Abnutzung der Steckverbindungen und zu einem möglichen Ausfall beitragen kann. Die Rundsteckverbinder der APD-Serie sind mit einer Bajonettkupplung ausgestattet, die besonders für extreme Vibrationen geeignet ist.

Unsachgemäße Montage und Wartung: Steckverbinder müssen auf präzise Weise zusammengebaut werden, und die Nichtbeachtung von Protokollen kann zu Verdrehungen und Verbiegungen von Komponenten führen, die die Performance beeinträchtigen können. Die einfache Montage und Demontage trägt zur Langlebigkeit der Steckverbinder bei.

Überhitzung durch elektrische Überlastungen: Steckverbinder sind so ausgelegt, dass sie einen bestimmten Strom oder eine bestimmte Spannung aushalten und Überspannungen bis zu einem gewissen Grad widerstehen können. Wenn diese Grenzwerte überschritten werden, kann es zum Schmelzen kommen, was zu Schäden an den Systemkomponenten und Signalverlusten führt.

Angesichts der vielfältigen Möglichkeiten, wie Steckverbinder versagen können, erfordert ihr Einsatz in komplexen Systemen ein Verständnis der spezifischen Anwendungen und Betriebsbedingungen.

Kundenspezifische, robuste Steckverbinder für Spezialanwendungen

In manchen Fällen dient ein umfangreiches Paket von Steckverbindern als Ausgangspunkt für Anpassungen.

Die drei Beispiele für maßgeschneiderte Lösungen von ITT Cannon veranschaulichen die Anpassungsfähigkeit der APD-Steckverbinder an eine Vielzahl von spezifischen Anwendungsfällen.

So benötigte beispielsweise ein Motorenhersteller eine maßgeschneiderte Lösung für große Dieselmotoren, die in Schiffen und Zügen eingesetzt werden. In solchen Geräten sorgen die Steckverbinder für eine effiziente Kraftübertragung und die Integration der verschiedenen Systeme, wie Getriebe und Propeller. Zu den wichtigsten Bedingungen, die die Lösung berücksichtigen musste, gehörten die Einwirkung von Motorölen, starke Vibrationen und der begrenzte Platz im Motorraum. Um diese Herausforderungen zu meistern, wurde mit den 7-poligen Steckverbindern der APD-Serie begonnen. Die endgültige Lösung umfasste einen zusätzlichen O-Ring, um die Dichtheit der Dichtung zu gewährleisten und die Vibrations- und Druckfestigkeit zu verbessern. Eine Federklemme aus rostfreiem Stahl hielt den Stecker an seinem Platz. Um den begrenzten Platz effizient zu nutzen, benötigte die maßgeschneiderte Lösung nur die Hälfte der Grundfläche des Standardmodells.

In einem anderen Fall benötigte ein Hersteller von Land- und Baumaschinen eine kundenspezifische Steckverbinderlösung für ein Doppelkupplungsgetriebe für Traktorantriebe. Ein solches Getriebe ermöglicht leichte und weiche Übergänge beim Gangwechsel, was besonders bei schnell fahrenden Rennwagen und Traktoren von Vorteil ist. Eine besondere Herausforderung für das Steckverbindersystem war die einzigartige Form des Getriebes, die eine Neukonfiguration von Form und Gestalt des Steckverbinders erforderte. Auch die extreme Belastung durch Getriebeöl war ein Problem, ebenso wie der hohe Widerstand. Die endgültige Lösung erforderte sechs verschiedene Verbindungen: zwei größere Stromanschlüsse mit 6 Positionen auf der Grundlage der APD-Schnittstelle (Abbildung 3) mit 19 Positionen und vier kleinere APD-Anschlüsse mit 4 Positionen für die Signalübertragung. Zwei maßgeschneiderte O-Ringe erfüllten die Anforderungen an die Vibrationsfestigkeit.

Abbildung 3: Der APD von ITT Cannon mit 19 Positionen bildete die Grundlage für eine Lösung für ein Doppelkupplungsgetriebe für Traktorgetriebe. (Bildquelle: ITT Cannon)

Schließlich war die Exposition gegenüber Dieselabgasflüssigkeit in einer SCR-Pumpe (Selective Catalytic Reduction) die größte Herausforderung für einen Nutzfahrzeughersteller. Die Steckverbinder mussten sowohl der korrosiven Umgebung standhalten als auch auf kleinem Raum funktionieren. Die Lösung umfasste erhebliche Änderungen des Formfaktors des APD mit 37 Positionen, der den Ausgangspunkt für die kundenspezifischen Steckverbinder bildete. Eine Halterung aus rostfreiem Stahl hält die Steckerbaugruppe an ihrem Platz, um sicherzustellen, dass die Dichtung nicht durch Vibrationen verloren geht.

Fazit

Robuste Bedingungen können sehr unterschiedlich sein und reichen von der Einwirkung von Öl und extremen Temperaturen bis hin zu plötzlichen Stößen und Vibrationen. Hinzu kommt, dass viele Anwendungsfälle individuelle Verbindungslösungen erfordern. Die APD-Steckverbinderserie ist eine gute Ausgangsbasis für eine Vielzahl von Anwendungen. Die große Auswahl an Optionen eignet sich für viele Endanwendungen, lässt sich aber auch leicht anpassen, falls spezifische Änderungen erforderlich sind. Ob im militärischen Bereich, in der Luftfahrt, im LKW-Verkehr oder in der Landwirtschaft - die APD-Steckverbinderserie ist dafür ausgelegt, rauen Betriebsbedingungen standzuhalten, ohne dass die Integrität der Signale, Daten und Verbindungen verloren geht.