Manche Leute machen das vielleicht. Aber nehmen sie tatsächlich einen Schraubenschlüssel, schauen im Datenblatt des Steckers nach und stellen das Drehmoment auf die angegebene Festigkeit ein? Die Wahrheit ist: Das ist nicht nötig.
Was aber geschieht, wenn die Umgebung alles andere als ideal ist? Was, wenn es sich nicht um ein Wohnzimmer oder ein Büro handelt, sondern beispielsweise um eine Rakete, die beim Start hohen g-Kräften ausgesetzt ist, oder um eine Industriepresse zur Verschleißüberwachung in einer Industrieanlage nach Industrie 4.0, wo ständige Vibrationen zum Betrieb gehören? In diesen Fällen ändert sich alles, und der Stecker als empfindlichstes Element muss so zuverlässig wie möglich sein, insbesondere in kritischen Anwendungen, die keinen Ausfall tolerieren.
Neben der Sicherstellung der Signalintegrität und der Aufrechterhaltung der physischen Verbindung benötigen Anwendungen in rauen Umgebungen aus einem weiteren Grund robuste Steckverbinder. In IT-Anwendungen, beispielsweise in Rechenzentren, wird die Installation der Geräte in der Regel von einem qualifizierten Elektroniker durchgeführt. In industriellen oder militärischen Anwendungen hingegen sind es oft Maschinenbediener oder Mitarbeiter, die im Rahmen ihrer Wartungsarbeiten Geräte trennen und wieder anschließen. Irgendwo in der Bedienungsanleitung (wo genau, ist unerheblich) finden sich Anweisungen wie: „Drehmoment auf X Newton reduzieren“, „Das richtige Werkzeug verwenden“ oder einfach „Vorsicht beim Umgang“. Doch wie viele Bediener konsultieren in solchen Situationen tatsächlich die Bedienungsanleitung?
Abschließend sollten wir die fertigungsgerechte Konstruktion (Design for Manufacture, DFM) berücksichtigen. Muss der Steckverbinder einer hohen Steckfrequenz standhalten, und lässt sich der Montageprozess durch eine sorgfältige Auswahl des Steckverbinders vereinfachen oder beschleunigen? Ein häufiges Problem ist, dass Konstrukteure nur den Verwendungszweck des Steckverbinders im Blick haben und nicht die Passgenauigkeit der einzelnen Steckverbinder. Eine wichtige Erkenntnis ist, den Produktionsprozess stets zu berücksichtigen.
Aus diesen Gründen haben Hersteller Produkte entwickelt, die speziell darauf ausgelegt sind, diese Herausforderungen zu bewältigen. Zwei Beispiele von Harwin sind die M300-Steckverbinder und die kürzlich eingeführte Kona-Familie.
M300-Steckverbinder bieten zuverlässige Leistung in anspruchsvollen Umgebungen wie der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie und industriellen Anwendungen. Diese kompakten Steckverbinder liefern bis zu 10 A pro Kontakt und sind somit leichte und robuste Lösungen, die sich unter extremen Bedingungen bewährt haben. Die Leiterplattensteckverbinder mit 3 mm Rastermaß verfügen über Edelstahl-Schraubverriegelungen, die sicherstellen, dass die Anschlüsse unempfindlich gegenüber Vibrationen und Stößen sind.
Sie möchten wissen, wie robust diese Steckverbinder sind? Klicken Sie hier, um ein Video anzusehen, in dem der Autor einen M300-Steckverbinder (Abbildung 1) mit einem Bohrhammer bearbeitet – eine Vorgehensweise, die in den technischen Spezifikationen nicht empfohlen wird, aber die Langlebigkeit dieser Bauteile eindrucksvoll demonstriert. Ein bisschen Humor ist dabei, aber die Aussage ist klar.
Mit ihrem 8,5-mm-Raster und den einzeln abgedeckten Kontakten ermöglicht die Kona-Steckverbinderfamilie Entwicklern die Realisierung hoher Stromstärken für maximale Leistung unter extremen Bedingungen. Systeme können so bis zu 60 A und 3000 V pro Kontakt verarbeiten. Diese hochwertigen Steckverbinder sind mit 2, 3 oder 4 Pins in kompakter, einreihiger Ausführung erhältlich.
Vibrations- und Stoßfestigkeit sind in die Konstruktion integriert. Die sechspoligen Kontakte aus Kupfer-Beryllium-Legierung gewährleisten eine gute elektrische Leitfähigkeit und Federkraft. Ihre robusten Gehäuse schützen die Verbindungen vor Stößen und anderen Beschädigungen. Die Stecker sind für die Montage auf Leiterplatten vorgesehen und verfügen über Platinenklemmen, die zusätzlichen Schutz vor Zugkräften bieten. Die Buchsengehäuse sind mit Schraubverschlüssen ausgestattet. Buchsenkontakte sind ebenfalls im Lieferumfang enthalten, sodass 8AWG-Drähte vor der Montage mit dem Gehäuse verlötet werden können. Wie dieses Montagevideo, ermöglicht das robuste Gehäuse die verdeckte Verdrahtung. Die Innensechskantschrauben sind für schräg anzusetzende Innensechskantschrauben geeignet, was die verdeckte Verdrahtung zusätzlich vereinfacht.
Schauen wir uns nun einige praktische Anwendungsbeispiele an.
Ein dreipoliger M300-Stecker kann zum Anschluss eines in ein Bedienfeld integrierten Potentiometers verwendet werden. Bedienfelder werden häufig modular aufgebaut und während der Endmontage am Fließband von Hand verbunden. Auch Gehäuse, Leiterplatten und Komponenten wie Netzteile und Sensoren werden manuell miteinander verbunden. Ein robuster Stecker wie der M300, insbesondere wenn er als Teil des Verdrahtungssystems geliefert wird, trägt dazu bei, Beschädigungen während der Produktion zu vermeiden.
Ein weiteres Beispiel wären DC/DC-Wandler, die häufig auf einfachen Klemmenblöcken basieren. In Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen sind diese unter Umständen nicht ausreichend, und ein vierpoliger Kona-Steckverbinder oder sogar zwei zweipolige Kona-Steckverbinder wären besser geeignet.
In beiden Beispielen könnte bei Verwendung eines einfachen Steckverbinders ein Unfall auf dem Gelände oder, schlimmer noch, ein Ereignis in der Umgebung während des Betriebs dazu führen, dass eine Baugruppe oder ein Gerät im Wert von Tausenden von Euro vollständig außer Betrieb gesetzt wird.
An diesem Punkt erweist sich der unscheinbare Stecker, den Konstrukteure oft bis zum Schluss aufschieben (wenn sie ihn überhaupt beachten), aufgrund seiner mechanischen und elektrischen Funktion als besonders anfällig. Er ist nämlich die einzige Komponente, die regelmäßig von Personen mit unterschiedlichem Ausbildungsstand und Können angefasst wird. Durch vorausschauendes und risikobewusstes Handeln kann der Konstrukteur die Produktzuverlässigkeit erhöhen und sich als langfristiger Partner für Produktions- und Wartungspersonal etablieren.
Autor: Robert Webber, Leiter der Anwendungsabteilung in Europa, Powell Electronics
