KI kommt zu einem Crimpanschluss in Ihrer Nähe: Wer hätte das gedacht?

Ich muss ein bescheidenes Geständnis ablegen; selbst in der heutigen Zeit der hochentwickelten, winzigen Steckverbinder und ihrer Kabelkonfektionen verwende ich in vielen Anwendungen immer noch gerne gecrimpte Verbindungen, wenn es angebracht ist. Allerdings könnte ich mich auf der Höhe der Zeit befinden, da die NASA ein zerstörungsfreies Crimptestgerät entwickelt hat, das möglicherweise der Vorläufer der künstlichen Intelligenz (KI) ist, die auf Crimptests angewendet wird.

Auch wenn Crimp-Steckverbinder nicht für HF-Arbeiten geeignet sind, so sind sie doch eine brauchbare Lösung für einfache Stromversorgungen, Schaltkreise (trocken) und Niederfrequenzarbeiten. Mit ihnen ist es einfach, Verbindungen nach Bedarf „vor Ort“ herzustellen. Sie erfordern keine Lötarbeiten an ungünstigen Stellen oder Einstellungen, sie sind zuverlässig und ihre Verbindung sowie die Signale sind einfach zu überprüfen, ohne dass sie entfernt oder Kabel abisoliert werden müssen. Was kann man daran nicht mögen?

Ich habe sie sogar vor kurzem bei der Aufrüstung eines Drei-Zonen-Thermostatsystems verwendet, wobei ich ein undurchdringliches „Rattennest“ aus planloser Verdrahtung durch saubere, ordentlich beschriftete Klemmleisten und Drähte mit Kabelschuhanschlüssen ersetzt habe (Abbildung 1). Die Vor-Ort-Konfektionierung und Installation der über 50 konfektionierten Drähte war schnell, übersichtlich und leicht zu kontrollieren. Außerdem ist es einfach, in der Zukunft aufzurüsten oder Fehler zu beheben, falls dies erforderlich sein sollte.

Abbildung 1: Die ursprüngliche Anhäufung bzw. Verdrahtung in diesem „Rattennest“ für einen Drei-Zonen-Thermostat (links) wurde einfach und sauber mit vor Ort gecrimpten Kabelschuhen und Verdrahtung (rechts) ersetzt. (Bildquelle: Bill Schweber)

Ich bin auch nicht der einzige, der noch eine Rolle für diese „uralte“ Terminierung sieht. Ein kurzer Blick zeigt Tausende solcher Crimpanschlüsse in verschiedenen Ausführungen (Spaten, Ring, Schnelltrenner) für unterschiedliche Drahtstärken, in verschiedenen Farben, zusammen mit manuellen zangenartigen Crimpwerkzeugen sowie elektrischen Crimpern und Einsätzen. VonMolex gibt es sogar den Steckverbindersatz 76650-0040 mit Steckern und Crimpzange. Darüber hinaus müssen Sie die Kabel nicht einmal selbst anfertigen, da sie in Hunderten von gängigen Längen und Abschlüssen als Lagerware erhältlich sind und die Konfektionierung von nicht standardisierten Kabeln durch einen Auftragnehmer ein Routineverfahren ist.

Abbildung 2: Der Steckverbindersatz 76650-0040 enthält eine große Auswahl an Crimpkontakten (Flachstecker, Ringkabelschuhe, Schnelltrennkabelschuhe) in verschiedenen Farben und Größen für unterschiedliche Kabelquerschnitte; die Handcrimpzange ermöglicht ein bequemes, tragbares Crimpen. (Bildquelle: Molex)

Werkzeug ermöglicht zerstörungsfreien Crimpverbindungstest

Es gibt noch ein Problem bei gecrimpten Verbindungen, wie bei vielen anderen Anschlüssen: die Durchführung einer gründlichen mechanischen und elektrischen Prüfung zusätzlich zur grundlegenden Durchgangsprüfung. Selbst wenn die Verbindung diesen einfachen Test besteht, kann die Terminierung eine oder mehrere Unzulänglichkeiten aufweisen und schließlich schlecht werden. Wie z. B. ungleichmäßig aufgebrachte Crimpkraft, falsch ausgerichtete Kabel, zu viel Druck (was zu winzigen Rissen im Kabel führen kann), zu wenig Druck (was oft zu einer unterbrochenen Verbindung aufgrund von Vibrationen führt) oder das Eindringen von Feuchtigkeit und anschließender Korrosion.

Das Testen der Qualität einer gecrimpten Verbindung durch Demontage oder durch einen Bruchlasttest ist keine Lösung, da dadurch die zu prüfende Verbindung zerstört wird. In gewisser Weise ist es wie beim Testen von Sicherungen: Man kann sie nur testen, indem man produktionsbasierte Stichproben nimmt und eine zu testende Einheit zerstört. Bei gecrimpten Verbindungen ist das natürlich nicht praktikabel, da viele der Kabelkonfektionen nur in geringen Stückzahlen für eine bestimmte Installation gefertigt werden. Wie also testen Sie diese Verbindungen schnell und zerstörungsfrei?

Das Langley Research Center der NASA hat dieses Problem sehr ernst genommen und eine elegante Lösung gefunden: ein Echtzeit-Ultraschallgerät, das mit einer fortschrittlichen Signalanalyse über das Bestehen oder Nichtbestehen entscheidet (Abbildung 3). Das System - das zur Lizenzierung erhältlich ist - sendet eine akustische Welle durch die Crimp-Baugruppe, während sie hergestellt wird.

Abbildung 3: Dieses Handgerät verwendet Ultraschalltechniken, um die Integrität einer Crimpverbindung zu beurteilen, während sie hergestellt wird. (Bildquelle: NASA)

Der zusammenfassende Bericht der NASA, „Rapid and Verified Crimping for Critical Wiring Needs“, stellt fest, dass „...wenn der ausgeübte Druck zunimmt und sich der Crimpkontakt um den Draht verformt, die Ultraschallsignatur, die durch den Crimp geht, verändert wird. Das System analysiert die Änderungen des Signals, einschließlich der Amplitude und der Frequenz, als Hinweis auf die Qualität sowohl der elektrischen als auch der mechanischen Verbindung zwischen Draht und Klemme. Verschiedene Crimpqualitätsprobleme wie Unter-Crimpen, fehlende Drahtlitzen, unvollständige Drahteinführung, teilweise Entfernung der Isolierung und falscher Drahtquerschnitt wurden mit dieser Technik getestet“ (Abbildung 4).

Abbildung 4: Der NASA-Analysator kann die gecrimpte Verbindung in Echtzeit überprüfen und eine Durchgefallen/Bestanden-Bewertung gegenüber mehreren möglichen Mängeln abgeben. (Bildquelle: NASA)

Man muss die ausgeklügelte und offensichtlich effektive Methode bewundern, die sie entwickelt haben, um die Crimpqualität zu beurteilen, und das auf eine Art und Weise, die für den Anwender relativ einfach zu implementieren ist. Noch besser ist, dass dies nicht im Nachhinein geschieht, sondern während die Crimpung durchgeführt wird. Wenn es ein Problem mit dem Crimpen gibt, kann der Bediener anhalten und herausfinden, was falsch läuft, bevor weitere fehlerhafte Exemplare hergestellt werden. Wenn die Verbindung besteht, kann der Draht auf Wunsch sofort an der Klemme befestigt werden, so dass ein nachträgliches Hantieren mit Kabeln (oft in unhandlichen Bündeln) entfällt. Das Faktenblatt der NASA zu diesem Ansatz enthält weitere Informationen und die Patentnummern für diese Technik.

Fazit

Dieser auf Ultraschall basierende Ansatz der Signaturanalyse ist ein weiterer Fall von Prüfung unter Verwendung akkumulierter Daten, um ein Durchgefallen/Bestanden-Profil zu definieren, anstatt nur eine einzelne Zahl oder einen Satz von Zahlen zu verwenden. Ich vermute, dass wir, wenn wir mehr Daten sammeln, in der Lage sein werden, kleine, kostengünstige Messgeräte (hier der Ultraschall-Transceiver) zu integrieren und Leistungsprofile und intelligente Algorithmen zu entwickeln. Wir werden auf jeden Fall mehr von diesem Ansatz des Testens mit kleinen lernfähigen Algorithmen sehen (sollten wir dies „KI“ nennen?). Es gibt viele Fälle, in denen die Messung eines einzelnen Werts unzureichend sein kann. Zum Glück haben wir jetzt leistungsfähigere Werkzeuge, um die gesammelten Daten zu nutzen.

Über den Autor

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Bill Schweber ist ein Elektronikingenieur, der drei Lehrbücher über elektronische Kommunikationssysteme sowie Hunderte von Fachartikeln, Stellungnahmen und Produktbeschreibungen geschrieben hat. In früheren Funktionen arbeitete er als technischer Website-Manager für mehrere themenspezifische Websites für EE Times sowie als Executive Editor und Analog Editor bei EDN.

Bei Analog Devices, Inc. (einem führenden Anbieter von Analog- und Mischsignal-ICs) arbeitete Bill in der Marketingkommunikation (Öffentlichkeitsarbeit). Somit war er auf beiden Seiten des technischen PR-Bereichs tätig. Einerseits präsentierte er den Medien Produkte, Geschichten und Meldungen von Unternehmen und andererseits fungierte er als Empfänger derselben Art von Informationen.

Vor seinem Posten in der Marketingkommunikation bei Analog war Bill Mitherausgeber der renommierten Fachzeitschrift des Unternehmens und arbeitete auch in den Bereichen Produktmarketing und Anwendungstechnik. Zuvor arbeitete Bill bei Instron Corp. als Designer von Analog- und Leistungsschaltungen sowie von integrierten Steuerungen für Materialprüfmaschinen.

Er verfügt über einen MSEE (University of Massachusetts) und einen BSEE (Columbia University), ist ein registrierter Fachingenieur und hat eine Amateurfunklizenz für Fortgeschrittene. Darüber hinaus hat Bill Online-Kurse zu verschiedenen Themen geplant, verfasst und abgehalten, etwa zu MOSFET-Grundlagen, zur Auswahl von Analog/Digital-Wandlern und zur Ansteuerung von LEDs.

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