Die Kunst des Weglassens

„Zu einfach, um wahr zu sein“, bringt es Dr. Klaus Wittig, Geschäftsführer von Würth Elektronik ICS, nicht ohne Stolz es auf den Punkt. Auf der Suche nach einer speziellen Lösung für einen Kunden entstand eine lötfreie Direktsteck-Verbindung für Leiterplatten. Sie ermöglicht Einzelkabel, Steckverbinder und andere Komponenten direkt, das heißt ohne ein Adapterteil mit der Leiterplatte zu verbinden. „Die spezielle Form des SKEDD-Kontaktes und der Verriegelungsmechanismus des SKEDD-Gehäuses stellen eine sichere elektrische und mechanische Verbindung sicher“, bekräftigt er und ergänzt: „Mit SKEDD erreichen wir eine Systemvereinfachung durch Weglassen einer Verbindungsebene bei mindestens gleicher Funktionalität, mindestens gleicher Qualität und einer einfacherer Handhabung.“

Kein elektrisches oder elektronisches System kommt heute ohne Steckverbindungen aus: Bei nahezu jeder Anwendung, die in der Leiterplatten zum Einsatz kommen, müssen über eine direkte Verdrahtung die Verbindungen zwischen Leiterplatte und Systemumgebung geschaffen werden. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass Stecksockel per Löt- oder Einpressverbindung auf die Leiterplatte bestückt werden und die Leiterplatte über diese Stecksockel dann mit externen Kabelsteckern respektive Kabelbäumen verbunden wird. „Bei der Konfiguration des Systems ‚Leiterplatte mit Kabelbaum‘ sind die wichtigsten Kriterien Kosten, Qualität, eine möglichst einfache, schnelle und sichere Montage sowie die möglichst effiziente Nutzung des verfügbaren Bauraums“, erläutert der Experte.

Allerdings ist aus der Pannenstatistik der führenden PKW-Hersteller bekannt, dass Kontaktierungsfehler nach wie vor zu den häufigsten Ausfallursachen gehören. „Angesichts der enormen wirtschaftlichen und technischen Bedeutung dieser Verbindungstechnik haben wir uns das Ziel gesetzt, eine einfachere und damit robustere Verbindungslösung bereit-zustellen. Da wir durch unser Geschäftsmodell seit vielen Jahren leiterplatten-basierte Verbindungslösungen entwickeln und deren Schwachstellen kennen, war die Maßgabe: Vereinfachen durch Weglassen“, erläutert der Geschäftsführer des 1984 gegründeten Unternehmensbereichs Elektromechanische Baugruppen innerhalb von Würth Elektronik. Dass der Unternehmensbereich auf gutem Wege ist, zeigen die jüngsten Umsatzzahlen. Mit etwa 230 Mitarbeitern erzielte Würth Elektronik ICS im Jahr 2012 einen Umsatz von 41 Mio. Euro. Auf dem Markt hat sich Würth Elektronik ICS als Systemlösungsanbieter für die Signal- und Leistungsverteiler, elektronische Steuerungen sowie Anzeige- und Bedienfelder für Automobil- und Industriebereich einen Namen gemacht.

Spielend einfach

„Es sind immer die einfachsten Ideen, die außergewöhnliche Erfolge haben“, zitiert Wittig den russischen Schriftsteller Lew N. Tolstoi. Und in der Tat: Durch den Einsatz der SKEDD-Steckverbinder entfällt eine komplette Verbindungsebene. Bis zu 50 Prozent Materialkosten und bis zu 30 Prozent Prozesskosten lassen sich dadurch einsparen. Die Bauhöhe und das Gewicht der Gesamtlösung werden geringer und die Montage wird wesentlich einfacher, da sich die Steckverbinder von Hand mit der Leiterplatte verbinden aber auch wieder lösen lassen. Damit die Kontakte sicher halten, galten bislang Toleranzen in der Durchkontaktierung von 0,10 mm. Das gehört nunmehr der Vergangenheit an. Für selbstverriegelnde Direktsteckverbinder reicht eine Bohrlochdistanz von 0,15 mm. Die spezielle Gabelform der Kontakte sowie der Verriegelungsmechanismus des SKEDD-Gehäuses sorgen verwindungsfrei für den Toleranzausgleich und so für eine sichere elektrische Verbindung.

Auch Board-to-Board-Steckverbindungen sind mit SKEDD möglich und werden bereits in diversen Applikationen praktiziert. „Das enorme Reduktionspotenzial von Material und Prozessen macht zudem außergewöhnliche Lösungen möglich, die bisher auf konventionellem Weg gar nicht realisierbar waren“, ist sich Dr. Wittig sicher. Mit der Adapterebene entfällt ebenfalls eine elektrische Schnittstelle. Damit reduziert sich der elektrische Übergangswiderstand signifikant. Die Erwärmung des Gesamtsystems ist geringer und durch Eliminierung einer potenziellen Fehlerquelle sicherer. Schließlich ist SKEDD eine grüne Technik, argumentiert Wittig: „Die Steckverbinder sind wiederverwendbar, einfach zu recyceln und kommen ohne Chemikalien und geringen Energieverbrauch im Herstellungsprozess aus.“

Sichere Verbindung

Die Verbindungstechnik wurde umfassend in akkreditierten Labors qualifiziert. Dabei standen vor allem die hohe elektrische Zuverlässigkeit, die einfache Handhabung und die mechanisch sichere Verbindung zwischen Steckverbinder und Leiterplatte im Fokus. Unter anderem wurde die Lösung auf IEC 60512-2-1:2002-02, IEC 60068-2-14:2009-01 und IEC 60068-2-6, -2-27, -2-57 zertifiziert. Auch wurde das Steckverbindersystem nach der Norm ISO 16750 (Offroad-Vehicles) qualifiziert. Die dort verankerten Anforderungen im Hinblick auf Temperaturzyklen, Lagerung in warmer und kalter Atmosphäre, Lagerung in Feuchtigkeit, Industriegas-Tauglichkeit, Salznebelatmosphäre oder Vibrationsfestigkeit sind so hoch, dass damit auch die Eignung in sämtlichen relevanten Branchen nachgewiesen ist. Parallel dazu wurden durch Kunden Benchmark-Tests durchgeführt, um objektive und glaubwürdige Resultate zu erhalten. Die bisher erbrachten Nachweise und Erfahrungen bestätigen, dass SKEDD alle technischen Anforderungen an eine industrietaugliche Steckverbindung erfüllt, und in Einzelfällen sogar übertrifft. Diese Erfahrung hat beispielsweise René F. Oberhänsli, Geschäftsführer von S-Tec Electronics gemacht. Der Schweizer Hersteller von LED-Beleuchtungen und Steuerungen berichtet, dass die wesentlichen „Merkmale in der Anwendung die minimale Höhe, die schlanke Abmessung, die hohe Stromtragfähigkeit und die lötfreie Verbindungstechnik sind. Dadurch ist es möglich, LED-Streifen ohne störende Schatten miteinander zu verbinden. In den Beleuchtungsprodukten von Eigerlight hat sich diese Verbindungstechnik schon bewährt“.

Das Anwendungsspektrum ist groß und reicht vom Automobilbereich über die breiten Felder in der Industrieelektronik – hier vor allem in der Automatisierung oder in der Solarindustrie – bis hin zur Telekommunikation, bei Haushalts- und Küchengeräten oder in der Unterhaltungselektronik. Die Technik bietet eine Alternative für viele gängige Verbindungslösungen verschiedenster Anwendungskategorien wie Hochstrom-Steckverbinder (Automotive und Non-Automotive), Signal-Steckverbinder (niedrig- und hochpolig), Board-to-Board-Verbinder (vertikal, horizontal, gewinkelt), Flachbandkabel, oder sogar der Montage von Komponenten auf Leiterplatten (beispielsweise Sicherungen, Relais, LED – direktes Stecken der Komponenten anstatt Löten).

„Seit Anfang des Jahres 2012 sind wir mit unserer Technologie systematisch auf den Markt gegangen, um Referenzprojekte bei meinungsbildenden Kunden zu gewinnen“, merkt Wittig an. Um den Markteintritt von SKEDD besser zu fokussieren wurde die Technik in einen eigenen Unternehmensbereich gebündelt. Mittlerweile habe man mehr als 50 aktive Entwicklungsprojekte und sei „bei führenden Herstellern der Fokusbranchen in der realen Felderprobung. Ebenso laufen bereits Serienanwendungen bei Kunden in den Branchen Automotive und Industrieelektronik“. Die bisherigen Erfolge und Erfahrungen fließen in die Entwicklung von weiteren Standard-Steckverbinder-Familien ein, mit denen das Unternehmen den Einstieg in den Massenmarkt beabsichtigen will. Dieser Vermarktungsschritt erfordert jedoch die strategische Kooperation mit den etablierten Steckverbinder-Herstellern. „Durch meinungsbildende Kunden und eine flankierende Lizenzierungsstrategie möchten wir den Marktzugang beschleunigen“, blickt Wittig zuversichtlich in die Zukunft.

(mrc)