Miniaturisierte Steckverbinder helfen dabei, trotz Platzeinschränkungen im Auto die elektronischen und elektrischen Systeme zuverlässig zu verbinden und neue Funktionen zu etablieren. (Bild: K illustrator Photo - stock.adobe.com)
Die heutigen Außenspiegel sind ein gutes Beispiel für beschränkten Platz: Es ist nicht ungewöhnlich, dass diese Geräte Motoren, Anzeigen zur Überwachung des toten Winkels, Blinkleuchten, Heizelemente, Bodenleuchten, Antennen für schlüssellose Zugangssysteme und sogar Ultraschallwellengeneratoren zum Abblasen von Wassertropfen enthalten. Das ist eine Menge Elektronik – die alle wasserdicht und äußerst vibrationsbeständig sein müssen – in einem relativ kompakten Gehäuse.
Die Automobilindustrie befindet sich in einem massiven Umbruch, der durch die fortschreitende Computerisierung von Merkmalen und Funktionen sowie durch massive Investitionen von Regierungen und der Industrie zur Beschleunigung des Übergangs weg von Verbrennungsmotoren vorangetrieben wird.
Fahrzeuge sind zunehmend mobile Computersysteme, die den Automobilherstellern den Weg zu neuen, umsatzsteigernden vernetzten Kfz-Diensten ebnen sollen. Fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme (ADAS), autonomes Fahren, vorausschauende Wartung und gemeinsame Eigentumsmodelle tragen ebenfalls zur Verlagerung des Schwerpunkts auf softwaregesteuerte Fahrzeuge bei.
Diese Kräfte werden sich auch auf die Zulieferer auswirken, die sich in einer Zeit des Umbruchs anpassen müssen, da die Automobilhersteller ihre Strategien an die Erwartungen und Anforderungen der Verbraucher anpassen, die sich schnell ändern können. Mehrere Automobilhersteller haben beispielsweise ihre Pläne für die Umstellung auf Elektrofahrzeuge (EVs) beschleunigt oder verlangsamt, und das Lieferkettenmanagement ist nach wie vor ein Problem, das die Beziehungen zu den Zulieferern erschweren kann.
Eine Gewissheit, die man einplanen muss, ist die anhaltende Nachfrage nach der Miniaturisierung von Komponenten, da die Automobilhersteller versuchen, mehr elektronische Funktionen in ein Fahrzeug einzubauen, dessen Gesamtgröße sich von Jahr zu Jahr kaum ändert.
Die Anbieter müssen kleinere Produkte entwickeln, und sie müssen auch eine Leistungssteigerung dieser Produkte einplanen, da die Hersteller versuchen, die Vorteile von mehr Steuergeräten auf begrenztem Raum zu nutzen. Steckverbinder – an die bei der Planung neuer Produkte oft nur zuletzt gedacht wird – werden im Designprozess immer wichtiger, da die Hersteller nach kleineren Modulen und Kabeln suchen.
Kleiner und zuverlässiger
Kabel und Steckverbinder stellen im Wesentlichen das zentrale Nervensystem dar und müssen immer innovativer und kompakter werden, um die wachsende Rolle von Computern und Sensoren zu unterstützen. In einigen Fällen sind die herkömmlichen Steckverbinder in den heutigen Fahrzeugen größer als die Module, die von ihnen abhängen. Sie müssen kleiner und zuverlässiger werden und flexiblere Konfigurationen in engen und überfüllten Räumen ermöglichen, was ihre Wartung immer schwieriger macht.
Die Miniaturisierung von Steckverbindern wurde oft auf Kosten der Leistung erreicht, was für Hersteller, die strenge Prüfkriterien einhalten und Wettbewerbsvorteile anstreben, nicht akzeptabel ist.
Die bereits erwähnten Außenspiegel veranschaulichen den Bedarf an anspruchsvolleren Funktionen, die die technischen Anforderungen an die Steckverbinder erhöhen. Automobilkunden und -zulieferer verlangen nach Steckverbindern, die platzsparend sind, hohe Ströme übertragen können, sich besser verarbeiten lassen und gegen Wasser und starke Vibrationen resistent sind.
JAE Electronics, einer der zehn weltweit führenden Anbieter von Steckverbindungen, nahm die Herausforderung an und entwickelte einen wasserdichten Steckverbinder für die Automobilindustrie, der die erforderliche Leistung, das Design und die Flexibilität bietet, um den Anforderungen im Hinblick auf technologische Fortschritte in der Automobilindustrie gerecht zu werden.
JAE hat die MX80-Serie von Inline-Stift- und Sockelsteckverbindern für die Automobilindustrie entwickelt, die für Kabelgrößen von 0,13 bis 1,0 mm2 geeignet sind und einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C aufweisen. Beginnend mit den Kontakten im Inneren der Steckverbinder wurden verschiedene Aspekte bewertet, darunter die Federgeometrie, das Stromverhalten, die mechanische Verriegelung, der Kabelquerschnittsbereich, die Crimp-Optimierung, die Vermeidung von Beschädigungen, der Zugang von Prüfspitzen, die Montage und Demontage, die breite Betriebstemperatur, die Abdichtung und die Vibrationsfestigkeit.
Nach der Festlegung dieser Anforderungen ging das JAE-Team an die eigentliche Konstruktion des Steckverbinders heran, einschließlich Formgebung, Materialauswahl und Montage. Unter Nutzung der Erfahrung des Unternehmens in der Herstellung hochwertiger miniaturisierter Steckverbinder machten sie sich an die Entwicklung eines kompakten und leistungsstarken Steckverbinders, der die hohen Anforderungen an Wasserbeständigkeit, hohe Ströme und hohe Zuverlässigkeit erfüllen kann.
Haltekraft und Miniaturisierung unter einem Hut
JAE entwickelte zwei Prototypen, von denen einer auf die ultimative Miniaturisierung ausgerichtet war und der zweite auf die durch die Miniaturisierung bedingte geringere Haltekraft. Im Anschluss an diese Bemühungen entwickelte JAE ein einzigartiges Design mit einem vor der Gummidichtung installierten Halter, um den Halt zu verbessern.
Das neue Design gewährleistet eine ordnungsgemäße Montage des Kabelbaums und einen sicheren Halt der Klemmen und erfüllt die Schutzklasse IPX7 für das Eindringen von Wasser, so dass es 30 Minuten lang einer Wassertiefe von 1 m standhält. Erhältlich ist auch eine Version mit vier Positionen nach IPX9K, die Wasserstrahlen mit hohen Temperaturen und hohem Druck standhalten kann.
JAE bietet 2-, 3- und 4-polige Inline-Stift- und Sockelversionen der MX80-Steckverbinder an. Eine 6-polige Version ist nur als Sockeltyp erhältlich. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und eine unvollständige Montage zu verhindern, sind die Steckverbinder mit einer Klemmenpositionssicherung (TPA) am Gehäuse ausgestattet, die ein unvollständiges Einstecken der Klemmen erkennt. Außerdem ist ein deutliches Klickgeräusch zu hören, um die vollständige Paarung zu bestätigen.
MX80-Baureihe im Detail
Die MX80-Baureihe eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Automobil- und Transportbranche, darunter:
- Spiegel und Verglasung: Türspiegel, Dachsysteme, elektrochromes Glas und Verglasungsmodule
- Beleuchtung: vordere und hintere Stoßstange, Nebelscheinwerfer, Rückfahrscheinwerfer, Bremsleuchte, Kennzeichenbeleuchtung, Blinker, Pfützenleuchte, Umgebungsbeleuchtung
- Sensor: Parken, Bremspedal, Kamera, Module für schlüssellosen Zugang, Reifendruck und Flüssigkeitsbehälter
- Audio: Lautsprecher (klapperfrei und mit großem Leitungsquerschnitt), Mikrofon
- Sonstige: Aufhängung, Heckklappe, Türen und Motorhaubenschalter
Zu den von JAE angebotenen Komponenten gehören der 2-polige Inline-Stecker MX80B02PZ1A (Bild 1) und der Sockel MX80A02SZ1B (Bild 2). Ebenfalls erhältlich sind die 3-poligen Inline-Stecker MX80B03PZ1A und der Sockel MX80A03SZ1B, die 4-poligen Inline-Stecker MX80B04PZ1A und der Sockel MX80B04PZ1B und die 6-poligen Sockel MX80A06SZ1A. IPX9K-zertifizierte Steckverbinder sind als 4-polige Inline-Stecker MX80D04PZ1A und Sockel MX80E04SZ1A erhältlich.
Die Serie MX80 von JAE besteht aus kompakten, wasserdichten Inline-Steckverbindern mit einer breiten Palette an Stromübertragungsmöglichkeiten, je nach gewähltem Kabelquerschnitt: 0,75 bis 1,0 mm2, 0,3 bis 0,5 mm2 und 0,13 bis 0,22 mm2. Bei einem Leitungsquerschnitt von 0,13 mm2 sind die 2-poligen Steckverbinder für 4,2 A, die 3-poligen für 3,7 A und die 4-poligen für 3,6 A ausgelegt. Bei einem Drahtdurchmesser von 0,35 mm2 liegen diese Werte bei 7,1 A, 6,4 A bzw. 5,4 A, und bei einem Drahtdurchmesser von 1,0 mm2 bei 10,3 A, 10,0 A bzw. 9,5 A.
Die Steckverbinder werden unter Umweltgesichtspunkten gemäß der Leistungsnorm USCAR-2 V2 für elektrische Steckverbindersysteme in Kraftfahrzeugen und der Steckverbinderprüfnorm LV214 (Schweregrad 3) getestet. Sie verfügen über die ISO/JASO/EWCAP/VDA-Standardgröße von 0,64 mm, sind mit Stiftkontakten im Raster von 2,54 mm kompatibel und verfügen über eine integrierte Halterung an den Stiftgehäusen zur Unterstützung von Fahrzeugclips zur Fahrgestellbefestigung.
Hintere Abdeckungen, Gehäuse und vordere Halterungen sind aus Polybutylenterephthalat und Glasfasermaterial (PBT-GF10) gegossen. Die Dichtungen sind aus Silikonkautschuk. JAE bietet Kontakte (separat erhältlich und zum Zeitpunkt der Lieferung nicht integriert) an, darunter den MX80S08K3F1, der aus einer Kupferlegierung besteht und verzinnt ist. Blindstopfen zum Verschließen ungenutzter Hohlräume sind sowohl in IPX7- (MX80A000XD1) als auch in IPX9K-Ausführung (MX60A000XD2) erhältlich.
JAE bietet auch eine MX81-Serie von nicht wasserdichten Kompaktsteckverbindern an, die für den Anschluss von elektronischen Geräten im Fahrzeug wie Steuergeräten und Sensoren geeignet sind. Die MX81-Steckverbinder, einschließlich des MX81A002SF1, verwenden die gleichen Buchsen wie die wasserdichten Steckverbinder der MX80-Serie. Dies ermöglicht die Verwendung derselben Kontakte und Crimpwerkzeuge für eine breite Palette von wasserdichten und nicht wasserdichten Bereichen des Fahrzeugs.
Fazit
Die Kraftfahrzeughersteller wollen mehr elektronisch unterstützte Merkmale und Funktionen in die vorhandenen Räume einbauen. Entwicklungsteams, die eine neue Art von kompakteren und effizienteren Steckverbindern nutzen können, werden in der Lage sein, kleinere Komponenten mit höherer Leistung zu liefern, was den Herstellern mehr Flexibilität bei der Erfüllung der Marktanforderungen bietet. (na)