Wichtige Überlegungen zur Auswahl des richtigen Steckverbinders für robuste Anwendungen

Steckverbinder sind wesentliche Bestandteile elektrischer und elektronischer Systeme, die in vielen Anwendungen eingesetzt werden. Folglich sind die Zuverlässigkeit und die Performance eines Steckverbinders im gewünschten Produkt entscheidend. Wenn der Steckverbinder nicht den Anforderungen entspricht, kann das System ausfallen oder schlecht funktionieren, was die Produktivität beeinträchtigen, die Auslieferung von Produkten verzögern, finanzielle Verluste verursachen und den Ruf des Unternehmens schädigen kann. Daher ist die Wahl des Steckverbinders von entscheidender Bedeutung für den Erfolg des Endprodukts.

Leitfaden für die Auswahl von Steckverbindern

Der Benutzer muss mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigen, bevor er einen geeigneten Steckverbinder für eine Anwendung auswählt. Ohne gründliche Kenntnisse und praktische Erfahrung ist es für einen unerfahrenen Ingenieur schwierig, die unzähligen Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, vorauszusehen. Einsteiger und junge Systementwickler benötigen möglicherweise auch Hilfe bei der Auswahl des optimalen Steckverbinders für ein Produkt, das in rauen Umgebungen zuverlässig funktionieren muss.

Die Harwin-Ingenieure haben ihre jahrzehntelange Erfahrung in einem breiten Spektrum von robusten Anwendungen und ihr umfangreiches Wissen über die Herstellung einer Vielzahl von Steckverbindern genutzt und sieben Faktoren entwickelt, die Systementwickler bei der Auswahl eines geeigneten Steckverbinders für ihre jeweilige Anwendung berücksichtigen sollten. Dazu gehören Vibrationen, Abmessungen, Designkomplexität, elektromagnetische Störungen (EMI), Datenübertragungsgeschwindigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Lieferkette. Aufgrund der rasanten Entwicklung in rauen Sektoren wie der Industrie, dem Internet der Dinge und dem Transportwesen müssen bei der Entwicklung eines Systems nicht nur die aktuellen, sondern auch die zukünftigen Anforderungen berücksichtigt werden.

Berücksichtigung von Schlüsselfaktoren

In der Industrie und bei anderen schweren Maschinen sind die Systeme starken Vibrationen ausgesetzt, die zu physischen Schäden und einem Verlust der Signalintegrität aufgrund einer falschen Ausrichtung der Stifte führen können. Wichtige Hersteller wie Harwin haben Steckverbinder entwickelt, die Vibrationen von bis zu 20 G widerstehen können und somit auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig und leistungsfähig sind.

Mit dem Trend zur Miniaturisierung ist die Größe der Steckverbinder ein weiterer wichtiger Faktor. Kompakte Formfaktoren, oberflächenmontierbare Gehäuse und ein immer kleinerer Pin-Abstand sind bei den Steckverbinderherstellern ebenfalls beliebt. Mit den Fortschritten in der Technologie bieten auch die Steckverbinder eine größere Toleranz gegenüber Ausrichtungsfehlern.

Mit der rasanten Verbreitung von Elektronik in modernen Systemen ist EMI ein ständiges Problem auf bestückten Leiterplatten und in Schaltkreisgehäusen in industriellen und anderen ähnlich rauen Umgebungen. Neben der Lösung des EMI-Problems auf Leiterplatten und in Gehäusen muss der Anwender auch sicherstellen, dass der gewählte Steckverbinder bestehende und künftige EMI-Werte abschwächen kann. Eine gängige Praxis zur Abschwächung von EMI in Steckverbindern besteht darin, sie mit leitfähigem Material zu ummanteln, das wie eine Abschirmung wirkt. Um eine wirksame Barriere zu schaffen, ist die leitende Abschirmung zusätzlich geerdet.

Bei Anwendungen, für die Verbindungen mit hoher Packungsdichte und hoher Geschwindigkeit erforderlich sind, wie z. B. in der Industrieautomatisierung und in Busplatinen von Rechenzentren, können Einfügungsdämpfung und Übersprechverhalten ebenfalls ein wichtiges Auswahlkriterium sein.

Langlebigkeit ist eine weitere wichtige Eigenschaft von Steckverbindern. Entwickler müssen die Anzahl der Steckzyklen bestimmen, die ein Steckverbinder während seiner Lebensdauer durchlaufen wird. Auf der Grundlage dieser Berechnungen muss der Entwickler entscheiden, ob ein Standardsteckverbinder für die Aufgabe geeignet ist oder ob ein spezielles Modell mit hoher Zuverlässigkeit erforderlich ist.

Die Entwickler müssen auch sicherstellen, dass der Vertreiber von Steckverbindern vertrauenswürdig und zuverlässig ist und den Standard der ECIA (Electronic Components Industry Association) anwendet, um zu verhindern, dass gefälschte Bauteile auf den Markt kommen. Ebenso wichtig ist es, den richtigen Hersteller von Steckverbindern zu wählen, der die Qualität und Zuverlässigkeit des Produkts unter härtesten Bedingungen sicherstellt und die Qualität der Lieferung in der Zukunft garantiert.

Ein solcher zuverlässiger Qualitätshersteller auf dem Markt ist Harwin, der die Kontrol-Familie langlebiger, zuverlässiger, vibrations- und stoßfester Steckverbinder entwickelt hat, die zahlreiche Pin-Zahlen und Formfaktoren für anspruchsvolle unternehmenskritische Anwendungen unterstützen, bei denen ein Ausfall nicht akzeptabel ist.

Um den sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden, erweitert Harwin das Kontrol-M55-Portfolio kontinuierlich durch Verbesserungen der Performance. Die neuesten Ergänzungen bieten ein Raster von 1,27 mm als platzsparende Option für überfüllte Leiterplatten (Abbildung 1). Die M55-Steckverbinder sind für hohe Vibrationsbelastungen in industriellen und eingebetteten Anwendungen ausgelegt. Sie sind vollständig ummantelt und verfügen über zusätzliche Haltezungen, die es ihnen ermöglichen, über 12 Stunden lang Vibrationen von bis zu 20 G standzuhalten. Sie sind außerdem so konzipiert und getestet, dass sie starken Stößen standhalten, und verfügen über Verriegelungsmechanismen, die eine sichere Verbindung gewährleisten. Zu den weiteren Hauptmerkmalen gehören 500 Steckzyklen, eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 3 Gbit/s, ein Nennstrom von 1,2 A pro Kontakt, oberflächenmontierbare (SM) Gehäuse und ein breiter Betriebstemperaturbereich von -55°C bis +125°C.

Abbildung 1: Harwin erweitert die Kontrol-Serie um robuste, einreihige Steckverbinder und Kabelkonfektionen für die 1,27mm-Familie. (Bildquelle: Harwin)

Um zahlreiche Design-Layouts zu ermöglichen, sind die M55-SM-Steckverbinder sowohl für vertikale als auch horizontale Leiterplattenmontage erhältlich und können aus einer Reihe von Pin-Zahlen ausgewählt werden, die eine Skalierbarkeit für unterschiedliche Signal- und Leistungsanforderungen bieten.

Um eine Stapeloption auf einer Leiterplatte zu bieten, bei der der vertikale Platz begrenzt ist, bietet die Kontrol-Serie den vertikalen Sockel M55-6002042R mit 20 Kontakten in einer 10 + 10 Konfiguration (Abbildung 2). Dieser zweireihige SM-Steckverbinder hat eine Höhe von 6,25 mm und verfügt über Positionierungszapfen und Niederhaltelaschen für zusätzliche Lötfestigkeit.

Abbildung 2: Der M55-6002042R der Kontrol-Serie von Harwin ist für das Stapeln von Leiterplatten konzipiert. (Bildquelle: Harwin)

Für Board-zu-Board-Verbindungen steht eine robuste horizontale Stiftleiste mit 80 Kontakten in einem 40 + 40 Layout zur Verfügung. Wie die anderen Mitglieder bietet auch der oberflächenmontierbare Board-zu-Board-Steckverbinder M55-7108042R eine robuste Konstruktion mit feinen Rasterabständen und industrieller Haltbarkeit für raue Umgebungen. 

Ein weiteres Mitglied der Kontrol-Serie ist der M55-8201242 (Abbildung 3), eine 12-polige, zweireihige IDC-Buchsenleiste, die 30 AWG Flachbandkabel mit einem Raster von 0,635 mm verwendet, um handelsübliche Kabelkonfektionen zu erstellen. Die integrierten Verriegelungen des Steckverbinders sichern die Verbindung und gewährleisten die Performance unter harten Bedingungen in industriellen und anderen ähnlich rauen Anwendungen.

Abbildung 3: Die IDC-Buchsenleiste M55-8201242 verwendet ein 30 AWG Flachbandkabel, um eine handelsübliche Kabelkonfektion zu erstellen. (Bildquelle: Harwin)

Für zusätzliche Positionstoleranz, die erforderlich ist, wenn mehrere Steckverbinder zum Verbinden der gleichen zwei Leiterplatten verwendet werden, hat Harwin die Flecto-Steckverbinder mit Spiel eingeführt (Abbildung 4). Es handelt sich um eine elektromechanische Board-zu-Board-Verbindung für die Datenübertragung und/oder Stromversorgung. Sie sind so konstruiert, dass sie einen bestimmten Bewegungensspielraum in den X-, Y- und Z-Achsen des Steckers ermöglichen. Diese feingerasterten Steckverbinder mit hoher Pin-Anzahl für Board-zu-Board-Verbindungen sind für einen Versatz von bis zu ±0,8 mm zur Mittellinie ausgelegt und bieten eine vollständige Ausrichtung, Highspeed-Datenübertragung, Mischsignal- und Stromversorgungsoptionen, hohe Kontaktzuverlässigkeit und mehrere Montageoptionen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Steckverbindern verfügen die schwimmend gelagerten Steckverbinder über einen federähnlichen Mechanismus, der für Elastizität sorgt, um sowohl die Lötstellen als auch die Kontaktstifte zu entlasten.

Abbildung 4: Steckverbinder mit Spiel von Flecto sorgen für Bewegung und damit für zusätzliche Positionstoleranz. (Bildquelle: Harwin)

Fazit

Neben der Auswahl des richtigen Steckverbinders für die rauen Bedingungen in industriellen und ähnlich anspruchsvollen Anwendungen ist die Wahl einer zuverlässigen zertifizierten Quelle wie Harwin ebenso wichtig. Beides geht Hand in Hand, um sicherzustellen, dass das gewählte Bauteil auch unter den härtesten Bedingungen zuverlässig funktioniert.