Hohe Zuverlässigkeit und einfache Konnektivität

Die weltweite Nachfrage nach Haushaltsgroßgeräten wächst laut einer Studie der Fredonia Group weltweit bis zum Jahr 2017 um 3,8 % und wird bis dahin 430 Millionen Einheiten überschritten haben. Verbraucher erwarten zunehmend umweltfreundliche Geräte mit neuen Funktionsmerkmalen. Dadurch ergeben sich neue Herausforderungen für Entwicklungsingenieure, die zusätzliche hochentwickelte elektronische Steuerungen unterbringen müssen, was die Komplexität der Verbindungen zwischen den elektrischen und mechanischen Elementen in vielen Geräten beträchtlich erhöht.

TE Connectivity

Steckverbinder werden oftmals unterschätzt. Die grundlegende Konstruktion von Steckverbindern hat sich in den letzten 25 Jahren nicht wesentlich verändert, obwohl die Gerätehersteller selbst die Entwicklung von automatisch gesteuerten und Geräten mit Internetanschluss vorantreiben. Häufig verwenden sie den gleichen Steckverbinder für Leistungs- und Signalleitungen. Dies macht es erforderlich, Leistungs- und Signalverbindungen zusammenzulegen, um Konnektivität und Montage zu vereinfachen. Während die Handhabung der Signalaspekte relativ unproblematisch ist, stellt die Leistungsübertragung die größere Herausforderung dar, da beispielsweise Pumpen und Motoren höhere Stromstärken als andere Systemkomponenten erfordern.

Anhand einer umfangreichen Befragung von Geräteherstellern und deren Hauptzulieferern haben die Entwickler von TE Connectivity eine detaillierte Liste mit Anliegen, Fragen und Verbesserungswünschen für Verbindungselemente zusammengestellt. An erster Stelle steht die Zuverlässigkeit der Verbindung, gefolgt von einfacher Konnektivität und Handhabung, hoher Flexibilität sowie einer robusten Konstruktion der Steckverbinder. Dies beinhaltet eine verbesserte Kontakthaltung und die Möglichkeit zur Überprüfung des korrekten Sitzes der Kontakte im Steckverbindergehäuse. Weiterhin erwarten die Gerätehersteller ein verbessertes Einstecken und Verriegeln sowie die Möglichkeit, das Einrasten der Verriegelung überprüfen zu können, die Positionssicherung des Gegenverbinders, einen dauerhaften Bedienkomfort, ergonomische Eigenschaften und eine ausreichende Haltbarkeit. Beim Verriegelungsmechanismus ergeben sich häufig Probleme, weil sich die Kabel verhaken. Zieht man an den verhakten Leitungen, führt dies unter Umständen zum Bruch der Verriegelung, sodass sich insbesondere bei starken Vibrationen der Stecker lösen kann. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Kraft, die nötig ist, um Steckverbinder mit immer mehr Leistungs- und Signalpins zusammenzustecken. Die Umsetzung all dieser Design-Änderungen sollte sich natürlich auch innerhalb eines gewissen Kostenrahmens bewegen. Da Gerätehersteller ihre Steckverbinder über viele Designzyklen hinweg verwenden, müssen sie zukunftssicher sein und sich auf lange Sicht bewähren.

Verbesserte Zuverlässigkeit

Als Antwort auf die Bedürfnisse und Anliegen der Geräteindustrie hat TE den Power-Triple-Lock-Steckverbinder entwickelt. Dieser besitzt drei eingebaute Mechanismen. Die beiden bisherigen Einzelverriegelungen reduzierten die Entwickler auf eine einzige robuste Verriegelung, die das Einstecken vereinfacht und die Zuverlässigkeit erhöht. Eine vollständige Verrastung des Steckverbinders gewährleistet die optionale Steckerlagesicherung (Connector Position Assurance – CPA), außerdem hält sie die Verbindung auch während des Transports, der Installation oder beim Betrieb des Gerätes aufrecht. Ein weiterer optionaler Mechanismus, die Kontaktlagesicherung (Terminal Position Assurance – TPA) ermöglicht eine zusätzliche Verriegelung des Kontakts im Steckverbindergehäuse mit einer Kontakthaltekraft von mindestens 65 N.

Die Power-Triple-Lock-Produktlinie wurde als einheitliche Lösung für unterschiedliche Verbindungen wie freihängende Kabel, Schalttafel- und Leiterplattenverbindungen entwickelt. Bild 1 zeigt die Komponenten eines zweireihigen Steckverbinders der Power-Triple-Lock-Serie mit zwölf Polen. Durch einen hörbaren „Klick“ signalisiert die Verriegelung des Steckverbinders, dass die beiden Hälften vollständig eingerastet sind. Ausgestattet sind die Power-Triple-Lock-Steckverbinder mit Schutzrippen neben der Verriegelung, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass sich die Kabel verfangen.

Bild 1: Die Komponenten des Power-Triple-Lock-Steckverbinders. (hier zwei Reihen zu sehen, ein- und dreireihige Versionen sind hier nicht dargestellt). TE Connectivity

Um ein Verhaken der Leitungen unter der Verriegelung zu verhindern, sind die Power-Triple-Lock-Steckverbinder mit Schutzrippen neben der Verriegelung ausgestattet. Darüber hinaus verhindert das aktualisierte hakenlose Kontaktdesign, dass sich die Kontakte bei der Kabelkonfektionierung verhaken oder verfangen können. Für geringe Steckkräfte und eine bessere Montagefreundlichkeit verwenden die Steckverbinder das Fast-Tab-Design. Pro Kontakt ist eine maximale Steckkraft von 7 N erforderlich. Die maximale Einsetzkraft der Kontakte in das Gehäuse beträgt 13 N. Darüber hinaus sind die Kontakte der Flach- und Buchsenstecker in den Hohlräumen des Gehäuses polarisiert, was eine korrekte Orientierung beim Einsetzen der Kontakte ins Gehäuse sicherstellt.

Bild 2: Die CPA-Vorrichtung sowie ein- und zweireihige TPA-Vorrichtungen. TE Connectivity

Bild 2 zeigt einen genaueren Blick auf die CPA- und TPA-Vorrichtungen. Anhand der roten Farbe sind Vorhandensein und Position der CPA-Vorrichtung in der Verbinderbaugruppe leicht zu erkennen. Die TPA-Vorrichtung ist in ein- und zweireihigen Konfigurationen erhältlich.

Die Produktlinie umfasst eine umfangreiche Auswahl an Größen und Polzahlen in frei hängenden Konfigurationen, für die Schalttafelmontage oder als Stiftleistenausführung für Leiterplatten. Ein- und Doppelreihen sowie Matrixkonfigurationen mit Kennzeichnung von Pin 1 gibt es in vier Schlüssel- und Farboptionen, um eine visuelle Überprüfung bei der Montage zu ermöglichen. In Bild 3 ist eine kleine Auswahl aus den über 450 erhältlichen Konfigurationen zu sehen.

Polarisierungs- und Schlüsselnuten

Die Polarisierungs- und Schlüsselnuten in den Stecker- und Buchsengehäusen schließen die Möglichkeit einer Fehlsteckung aus. Zusammen verhindern sie einen Versatz nach rechts und links, nach oben und unten, einen Versatz in Richtung der Ecken sowie ein Verdrehen um 90 Grad.

Bild 3: Beispiele für PTL Positionskonfigurationen. TE Connectivity

Vier Schlüsselpositionen mit verschiedenen Farben für die visuelle Überprüfung der korrekt eingesetzten Buchsen und Stecker stehen zur Verfügung. Darüber hinaus lässt sich anhand der unterschiedlichen Farbe der TPA-Vorrichtung leicht erkennen, ob sich diese auf einem Steckverbinder befindet oder nicht. Bild 4 zeigt die Positionen der Schlüssel und Polarisationsschlitze.

Die vielfältigen Materialien für die Steckergehäuse, allesamt in Brandschutzklasse V0 gibt es in vier Stufen. Polybutylenterephthalat (PBT) ist das Standardmaterial. Dieser thermoplastische technische Kunststoff weist bei einer breiten Palette von Geräten eine bessere Leistung auf. Bei der zweiten Stufe handelt es sich um eine Glühdraht-Option (GWT, V0, NF 750C), die den Entflammbarkeitsanforderungen von IEC 60335-1 für unbeaufsichtigte Geräte mit Stromstärken von mehr als 0,2 A entspricht. Bei der 150-°C-Hochtemperaturlösung sind Gehäuse und Kontakte für 150 anstatt für 105 °C ausgelegt. Eine optionale Glühdrahtzündung (HWI) ist die vierte Stufe.

Bild 4: Polarisierungs- und Schlüsselnuten im Buchsengehäuse eines 15-poligen Steckverbinders.TE Connectivity

Da die TPA- und CPA-Vorrichtungen bei allen vier Materialstufen verwendet werden, bestehen diese ebenfalls aus Hochtemperaturwerkstoffen, die für 150 °C zugelassen sind. Eine schnelle visuelle Kontrolle erlaubt die Farbcodierung. So lässt sich sicherstellen, dass das richtige Material in der richtigen Anwendung zum Einsatz kommt.

Kombination von Leistung und Signal

Die für Leistungs- und Signalanwendungen entwickelte Power-Triple-Lock-Produktlinie umfasst sieben Anschlusssysteme für Leiterquerschnitte von AWG 22 bis AWG 12 sowie Doppel-AWG 18 und Doppel-AWG 20 mit einem maximalen Nennstrom von 20 A auf zwei Stromkreisen. Die Strombelastbarkeit von 20 Aermöglicht Hochstromanwendungen mit AWG-12. Auch sind die Power-Triple-Lock-Steckverbinder frei von scharfen Ecken und Kanten. Hochgeschwindigkeits-Terminierungs-, Hand- und Kontaktauszugswerkzeuge erleichtern die Implementierung. Die Tools unterstützen das Crimpen von Prototypen (in kleinen Serien) mit Handwerkzeugen bis hin zu HDE/Ocean-Applikatoren für halbautomatisches und automatisches Hochgeschwindigkeits-Crimpen von Drahtkontakten. Zusätzlich zu den erforderlichen Werkzeugen für den Übergang auf die neueste Generation von Gerätesteckern sind 3D-Ansichtsmodelle verfügbar, die die Außenabmessungen für Kabelkonfektionierung und Gerätedesign liefern.

(ah)