Anhand von drei Beispielen zeigen Harting, Weidmüller und Engel welche Herausforderungen der Steckverbinder konstruktiv und fertigungstechnisch bietet.
Steckverbinder findet man zu Dutzenden in und an Geräten, Maschinen und Anlagen. „Sie decken eine enorme Bandbreite an Einsatzgebieten ab. Allein im Inneren eines Smartphones befinden sich zahlreiche winzige Steckverbinder. Auf der anderen Seite der Messlatte steht zum Beispiel das Elektroauto: Steckverbinder dort sind extremen Umweltbedingungen ausgesetzt und für hohe Ströme ausgelegt“, beschreibt Dr. Peter P. Pott, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Instituts für Elektromechanische Konstruktionen an der TU Darmstadt. Zwar beschäftigt sich die Wissenschaft nur am Rande mit ihnen, doch spielen sie in vielen Konstruktionsabteilungen eine große Rolle. „Besonders für die Industrie ist das Thema eine herausragende Forschungsfragestellung. Wir haben es mit einem stark wachsenden Markt und vielfältigsten Produktanforderungen zu tun. Denken Sie nur an die vielen Elektrogeräte, die uns umgeben. Steckverbinder spielen daher in vielen Entwicklungsabteilungen eine Rolle“, bestätigt Pott.
Aktuelle Trends
Es gibt den Trend zu immer kleineren Baugrößen – siehe Smartphone; oder aber, wie die Anzahl an Steckzyklen erhöht oder gemessen werden kann, wie die Strombelastung oder wechselnde Temperaturen besser überdauert werden können. Doch auch für die Hersteller von Spritzgussmaschinen gibt es fertigungstechnisch einiges zu bewältigen. „Gerade im Hinblick auf die Materialien und die filigranen Strukturen und nicht zuletzt auf den Preis“, präzisiert Pott.
Beispiel 1 – Harting
In der Industrie 4.0 gehören Übertragungsraten von 10 GBit/s Cat. 6A bald zum Standard. Aus diesem Grund entwickelte Harting den har-speed M12 slim Design in X-Kodierung. Doch wie führt man das Signal sauber und ohne die Entstehung von Störungen durch den Steckverbinder? Denn schon geringe Störeinflüsse mindern die Übertragungsqualität.
Ethernet Kabel nach Cat. 6A besitzen eine äußere Mantelschirmung um alle Litzen und eine Schirmung für jedes Aderpaar. Diese Schirmung muss möglichst unterbrechungsfrei durch den Steckverbinder übertragen werden. Die Form des X-kodierten Steckgesichtes war bereits durch die Norm IEC 61076-2-109 vorgegeben. Die äußere Schirmung wird durch ein Zink-Druckguss-Gehäuse gewährleistet, welches kontaktiert mit der äußeren Kabelschirmung einen durchgehenden Schutz vor fremden Störeinflüssen bietet.
Die konstruktive Herausforderung bestand darin, das X-förmige Schirmkreuz im Inneren des Steckverbinders zu platzieren. Für den X-kodierten M12 wurde dazu ein eigenständiges Bauteil entworfen, welches später in das bekannte M12 Gehäuse passt. Es beinhaltet den Isolierkörper mit der Aufnahme für die Kontakte sowie das Schirmkreuz. Dieses wird bei der Montage bündig bis zwischen die Aderpaare geführt. Auf den Isolierkörper wird nun noch ein Kontakthalter geschoben und verrastet. Der Anschluss kann nun in das M12 Steckgesicht geführt und das Kabel verschraubt werden. Fertig ist der M12 Steckverbinder nach Cat. 6A für die Industrie 4.0.
Beispiel 2 – Weidmüller
Der große Buchstabe Omega „Ω“ steht als Einheitszeichen für den elektrischen Widerstand Ohm. Bei Weidmüller steht „Ω“ auch für ein wichtiges Konstruktionsmerkmal bei schweren Steckverbindern und Werkzeugen. Weidmüller realisierte bei den schweren Steckverbinder-Gehäusen der RockStar-Serie eine Gehäuseverriegelung namens ‚Omega‘-Federsystem. Dieses innovative Federsystem gibt dem Gehäuse einen sicheren Halt und schützt vor unbeabsichtigtem Öffnen.
Die Verriegelung ist durch die besondere ‚Omega-Formgebung‘ vibrations- und schockfest ausgelegt – ein entscheidender Vorteil der Steckverbinder bei ihrem Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau sowie der Verkehrstechnik. Das perfekt abgestimmte Zusammenspiel zwischen Bolzen und Bügel, sprich ‚Omega-Federsystem‘, garantiert eine sichere Abdichtung, leichte Handhabung und somit den Schutz der Steckverbindereinsätze vor mechanischen Einflüssen sowie dem Eindringen von flüssigen Medien.
Die „Omega-Federform“ ist auch bei den Weidmüller Qualitätswerkzeugen, beispielsweise bei Crimpwerkzeugen zu finden. Wie man sieht: Das Ohm ist gleichermaßen in der Elektrik wie auch in der Mechanik von Bedeutung.
Beispiel 3 – Engel
Heinz Rasinger, Leiter der Business Unit Teletronics von Engel Austria: „Die Herausforderung in der Teletronics-Industrie lautet, höchste Präzision mit maximaler Wirtschaftlichkeit zu vereinen und gleichzeitig die Flächenproduktivität weiter zu steigern. Ein Beispiel hierfür ist die Herstellung von Steckergehäusen. Damit die Kontakte nach dem Spritzgießprozess eingeschossen werden können, muss die Abformung der Gehäuseteile äußerst präzise sein. Wanddicken und Kantenlängen dürfen nur im Bereich weniger Mikrometer schwanken.
Hybride oder vollelektrische Spritzgießmaschinen sind für dieses Marktsegment am besten geeignet. Um dennoch besonders kompakte Fertigungszellen zu realisieren, hat Engel in der neuen e-motion TL Baureihe die vollelektrische Antriebstechnik mit einer holmlosen Schließeinheit kombiniert. Durch den freien Zugang zum Werkzeugraum passen vergleichsweise große Werkzeuge auf kleine Maschinen. Zudem konnten wir durch einen neuartigen Maschinenrahmen die Länge der Maschinen deutlich senken. Zusammen mit der hohen Energieeffizienz und hohen Reproduzierbarkeit reduziert das erheblich die Stückkosten.“
Sabine Spinnarke
