Die Anlagen- und Maschinentechnik wird in Zukunft, ebenso wie die Gerätetechnik, die Tendenz zur weiteren Miniaturisierung fortsetzen. Als Folge davon sollen immer mehr Funktionen in einem Gerät oder einer Applikation verbunden werden. Applikationen übernehmen zusätzliche Aufgaben und werden zunehmend leistungsfähiger. Einzelgeräte werden immer kleiner, ohne Abstriche an Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit.
Nicht zuletzt hat dies mit der Implementierung elektronischer Steuerungselemente zu tun, die die Geräte flexibler und ihren Einsatz präziser machen. Als Inselsysteme werden sie breiter einsatzfähig. Zugleich lassen sie sich in komplexe Systeme implementieren und können dort unterschiedliche Funktionen erfüllen, als Speicher, Messinstrument und Steuergerät, dezentral und zentral. Immer präziser einsetzbare Geräte und Systeme können auf Umweltbedingungen reagieren und lassen sich kontextuell steuern.
Die Vorteile, die sich Industrie, Nutzer und Verbraucher von dieser Entwicklung erwarten, sprechen für sich: Mit der massiv gesteigerten Leistungsdichte und den geringeren Abmaßen von Geräten erhöhen sich die Einsatzbereiche und Einsatzmöglichkeiten. Selbst für einfache Anwendungen, die noch vor kurzem mit simplen Ein/Aus-Schaltungen einsetzbar waren, werden heute stufenlose Regelungen und Datenerfassungen erwartet.
Aber nicht nur im Bereich Einzelgerät, auch in Unternehmen oder Institutionen ist die Miniaturisierung ein zentrales Thema. Die systematische Erschließung und Vernetzung von unterschiedlichen Datenwelten lässt etwa im Bereich der Steuerung von Produktion, Energie und Zahlungsflüssen von Unternehmen eine deutlich höhere Präzision der Unternehmens- und Kostensteuerung zu. Service- und Wartungsarbeiten lassen sich effektiver gestalten, der Kosteneinsatz minimieren.
Selbst bei konventionellen Service- und Wartungsarbeiten führen die gestiegenen Anforderungen dazu, dass Module und Geräte, die im Feld eingesetzt werden, schnell und einfach austauschbar sein müssen. Die Modularisierung, die dieser Anforderung gerecht wird, setzt jedoch eine einfache und schnelle Feldkonfektionierbarkeit ohne Spezialausbildung und Spezialwerkzeug voraus.
Die Miniaturisierung reicht bis in die Einzelgeräte und in die Peripherie selbst, sogar bis in die Leiterplattentechnik und Anschlusstechnologie. Leistungsfähige Miniaturgeräte benötigen leistungsfähige Anschlusskonzepte, die zudem kostengünstig umsetzbar sind. Einzelanfertigungen, aufwändige Produktionstechniken oder komplizierte und fehleranfällige Konfektionsverfahren im Feld sind in einer Ökonomie, die auf effektiven Mitteleinsatz beruht und kostengünstige Lösungen bevorzugt, kaum durchsetzbar.
Miniaturisierung ein zentrales Thema
Aus diesem Grund hat die Harting Technologiegruppe für die Einzeladerverdrahtung von Leiterplatten nach neuen Konzepten und Lösungen gesucht, die auch im Miniaturbereich leistungsfähig und zuverlässig, kostengünstig und einfach konfektionierbar sind. Das Resultat heißt har-flexicon.
Es handelt sich dabei um den derzeit kleinsten feldkonfektionierbaren Leiterplattensteckverbinder für Einzelleiter im Markt. Mit der Halbierung des Rastermaßes konventioneller Anschlußtechnik baut er im Raster 1,27 mm äußerst klein und ist universell im Bereich von Sensorik und Aktorik zur Übertragung von I/O-Signalen einsetzbar.
Aus einem Guss
Dieses Konzept für den Anschluss von Leiterplatten in industriellen Geräten bietet einige Vorteile gegenüber konventionellen Lösungen: schneller werkzeugloser Einzeladeranschluss für die flexible Verarbeitung im Feld, rationelle Oberflächenmontagetechnik (SMT), miniaturisiertes Rastermaß und hohe Stabilität.
Har-flexicon ist die Fortsetzung der Produktfamilie har-flex, der robusten und wirtschaftlichen Board-to-board-Verbindungstechnik. Beide Baureihen setzen als neue Generation an Leiterplattensteckverbindern den zukünftigen Maßstab rationeller Leiterplattenanbindung und robuster Miniaturisierung, wie State-of-the-art-Geräte in industriellen Anwendungen es fordern. Die Steckverbinder-Baureihen bilden in ihrer Gesamtheit das Spektrum vom Geräteanschluss über die geräteinterne Verdrahtung bis hin zu Board-to-board-Verbindungen. Mit einem einheitlichen Steckverbinder-Design entstehen so Geräte aus einem Guss.
Das neue Anschlusskonzept ist maschinell verarbeitbar und kann im selben Verfahren (SMT, Surface Mount Technology) auf die Leiterplatte gebracht werden wie alle anderen Bauteile der Leiterplatte, ohne dass es zu Einbußen bei der Stabilität kommt. Mit anderen Worten, bei der Leiterplatte als Kernbauteil von Industriegeräten wird die einheitliche und maschinelle Verarbeitung der Komponenten zum unumgänglichen Standard. Das neue Anschlusskonzept setzt diese Anforderung souverän um: Elektronische Bauteile wie Kondensatoren oder integrierte Schaltkreise (IC) werden standardmäßig auf der Leiterplatte als SMD-Bauteile im SMT-Verfahren (Surface Mount Technology) montiert.
Die Steckverbindungen waren bislang jedoch meist das letzte bedrahtete Bauteil auf der Leiterplatte, nicht zuletzt deshalb, weil verlötete Anschlüsse bei Durchkontaktierung eine höhere Festigkeit aufweisen. SMT-Verbindungen weisen im Vergleich dazu eine geringere Stabilität auf. Dieses Problem wurde durch seitliche, großflächige SMT-Fixierungen gelöst. Die Verbindung ist robust ausgelegt und kann auf diese Weise größere Zug- und Steckkräfte aufnehmen. Gerade für lösbare Steckverbindungen ist dies ein zentraler Punkt. Hier muss die wiederholte und einfache Steckung gesichert sein. Auf diese Weise wird es möglich, die Leiterplattenklemmen im selben Arbeitsschritt und Prozess sowie mit dem gleichen Equipment wie die übrigen elektronischen SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) zu verarbeiten, da die notwendige Stabilität gesichert ist.
Damit können nicht nur deutliche Vorteile durch eine schnelle und einheitliche maschinelle Verarbeitung gesichert werden. Auch die Schwachstellen der singulären Löttechnik, wie die Begrenzung des Wärmeeintrags auf die Leiterplatte oder Schwankungen in der Verarbeitungsqualität, können vermieden werden.
Die maschinelle serielle Verarbeitung wird durch die Lieferung der SMT-Komponenten in einer Gurtverpackung ermöglicht. Die Hochtemperaturwerkstoffe der Isolierkörper lassen eine sichere Verarbeitung im Reflow-Verfahren zu.
Leiterplattensteckverbinder im Detail
Über har-flexicon können flexible Einzelleiter ohne gesondertes Abisolieren mit Schneidklemm-Schnellanschlusstechnik (IDC) kontaktiert werden. Statt einer aufwändigen Neukontaktierung ist so eine einfache Lösung oder Fixierung des Steckverbinders möglich. Der Steckverbinder hat gemessen von der Oberkante der Leiterplatte eine Höhe von nur 5 mm bei einem Rastermaß von 1,27 mm. Trotz der kleinen Bauform ist har-flexicon sehr einfach und schnell zu bedienen. Die Stecksicherheit ist durch die fehlervermeidende Kontaktsicherung äußerst hoch, die Mehrfachsteckung oder -lösung unproblematisch. Die Lösung oder Steckung von har-flexicon ist im Feld werkzeuglos durchführbar. Das senkt gerade im Wartungs- und Servicebereich die Kosten deutlich, zumal die Steckverbindung auch unter schwierigen Umfeldbedingungen schnell ausführbar ist.
Lennart Koch
(ah)
