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Bild 4: Die geschirmten Microspeed-Steckverbinder im 1,0-mm-Raster sind für Datenraten bis zu 25 Gbit/s ausgelegt. (Bild: Erni Electronics)

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Bild 1: Für die hohen Vibrations- und Schockanforderungen in SPS-Anwendungen hat die doppelseitige Kontaktgabe Vorteile – sie wurde auch für sehr kleine Raster skaliert. Erni Electronics

Eck-Daten

Gerade Steckverbinder im SPS-Marktsegment müssen robust, zuverlässig und platzsparend sein. Flexibilität und Langlebigkeit sind weitere wichtige Kriterien. Erni Electronics bietet Steckverbinder für SPS- sowie auch DCS- und Remote-I/O-Systeme.

In der Fertigungsautomation kommen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Industrie-PCs (IPCs) zum Einsatz, während in der Prozess-Automation meist geschlossene dezentrale Steuerungssysteme (DCS) vorzufinden sind. Die Nachfrage nach SPS- und DCS-Lösungen wächst. Gründe hierfür sind unter anderem der Bedarf nach höherer Energieeffizienz, höherer Maschinenproduktivität (Industrie 4.0), verbesserte Produktionsgenauigkeit, engere Prozessüberwachung, integrierte Sicherheitsfunktionen sowie zunehmende Vernetzung.

Die Kriterien für eine moderne, robuste SPS sind eine spezielle Hardware in Industriequalität, sehr lange MTBF-Zeiten (> zehn Jahre) und ein proprietäres Echtzeit-Betriebssystem. Darüber hinaus verlangen die Kunden modulare und möglichst kompakte speicherprogrammierbare Steuerungen. Ein wichtiges Kriterium sind schnelle Verarbeitungszyklen (< 10 ms). Bei schnellen IPC-basierte Systemen liegen die Zykluszeiten oft schon bei 25 bis 30 µs.

DCS-Steuerungssysteme sind ein geschlossenes System verteilter Controller, E/As und Netzwerke. Die grundlegenden Eigenschaften der modularen DCS-Controller entsprechen denen von SPS, dazu kommt noch die hohe Systemverfügbarkeit (redundante Architektur). Dezentrale Steuerungssysteme oder Prozessleitsysteme zielen auf die Prozessautomation. Ein wesentliches Merkmal ist die hohe Zahl von E/A-Punkten (> 10.000). Die Verarbeitungszeiten sind mit 100 bis 500 ms weniger anspruchsvoll als bei SPS.

Robuste, zuverlässige Steckverbinder sind gefragt

Entscheidend für Steckverbinder im SPS-Marktsegment ist, dass sie robust, zuverlässig und platzsparend sind. Besonders hoch ist die Nachfrage nach Steckverbindern für die Kommunikation. Zunehmende Geräte-Funktionalität/Integration erfordert höhere Datenraten, höhere Polzahlen und kleinere Rastermaße. Bei DCS-Applikationen entfallen dabei etwa 70 Prozent auf Leiterplatten-Steckverbinder.

Viele Kunden bevorzugen SMT als Anschlussart und Reflow-Lötprozesse. Beim Einsatz von Steckverbindern mit kleinem Raster muss insbesondere auf die sichere Verarbeitung geachtet werden. Bei den Datenraten erfordern das Gros der Applikationen 10/100 Mbit/s bis zu einigen Gbit/s. Für die meisten Anwendungen sind Steckzyklen von 10 bis 50 ausreichend. Nur im Sicherheitsbereich sind Steckzyklen von bis zu 250 gefordert. Im Hinblick auf die EMV und bei höheren Datenraten können geschirmte Steckverbinder erforderlich sein.

Für die industriellen Vibrations- und Schockanforderungen bietet die doppelseitige Kontaktgabe (mit Vibrations-/Schocktests bis zu 20 g/50 g) unbestrittene Vorteile. Der doppelschenklige Kontakt wurde bei Erni für kleine Raster bis zu 0,8 mm skaliert (Bild 1). Besonders für hochpolige Steckverbinder ist eine hohe Robustheit gefordert. Diese wird durch dickere Wandungen und ausgeprägten Vorführungen beziehungsweise -zentrierungen erreicht.

Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Flexibilität, angesichts der vielfältigen Automatisierungssysteme. So sollten neben den Standard-Varianten Produkte mit abweichenden Polzahlen und Bauhöhen verfügbar sein. Auch eine flexible Kontaktbestückung (vor- und nacheilend, eventuell zur Hot-Swap-Unterstützung) bietet Differenzierungsmerkmale. Eine Grundvoraussetzung ist jedoch die Langzeitverfügbarkeit von mindestens 15 Jahren.

Applikationen in SPS-, DCS- und Remote-I/O-Systemen adressiert Erni Electronics beispielsweise mit den Familien SMC (1,27 mm Raster), Microcon (0,8 mm), den geschirmten Microspeed-Steckverbindern (1,0 mm) und der Minimez-Produktserie (1,27 mm).

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Bild 2: SMC-Steckverbinder im 1,27-mm-Raster bieten mit unterschiedlichsten Bauformen und Polzahlen ein Höchstmaß an Flexibilität für industrielle Steuerungen und Automatisierungslösungen. Erni Electronics

Die hochzuverlässige SMC-Steckverbinderfamilie (SMC: Small Multiple Connector, Bild 2) bietet verschiedene Bauformen, wie gerade und abgewinkelte Messer- und Federleisten sowie eine Low-Profile-Ausführung. SMC-Steckverbinder benötigen wenig Platz bei hoher Kontaktdichte. Ein Vollmetall-SMT-Winkel nimmt auch hohe Steck- und Ziehkräfte auf. Die Kombination von hohen und niedrigen Messer- und Federleisten ergibt unterschiedliche Board-to-Board-Abstände (8 bis 20 mm). Verfügbare Polzahlen sind 12, 16, 20, 26, 32, 40, 50, 68 und 80.

Die wesentlichen Design-Kriterien der SMC-Serie im 1,27-mm-Raster sind das doppelschenklige Federkontaktprinzip für sehr gute Kontakteigenschaften und äußerst zuverlässige Kontaktsicherheit, ein hochtemperaturbeständiger Isolierkörper mit Polarisierung und Einführschrägen und die sehr große Überstecksicherheit. Das Kontakt-Design zeigt einen nahezu kontinuierlichen Impedanzverlauf. Die SMC-Steckverbinder ermöglichen eine sichere Signal- und Datenübertragung bis 3 Gbit/s und eine Stromtragfähigkeit von bis 1,7 A pro Kontakt. Damit lassen sich verschiedene Leiterplattenverbindungen wie gestapelt (Mezzanin), orthogonal und koplanar realisieren. Auch Wire-to-Board-Verbindungen (lösbare oder permanente Flachbandleitungen) können mit den SMC-Varianten umgesetzt werden.

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Bild 3: Einzigartig bei den Microcon-Steckverbindern ist die Verwendung von doppelschenkligen Federkontakten bei einem Raster von nur 0,8 mm und das robuste Design. Erni Electronics

Die Microcon-Baureihe ist prädestiniert für vielfältige anspruchsvolle Anwendungen in industriellen Antrieben. Trotz der geringen Baugröße im 0,8-mm Raster – die 50-polige Messerleiste misst nur 24,2 mm × 4,7 mm mit verschiedenen Bauhöhen – müssen keine Kompromisse bei der Robustheit und Zuverlässigkeit gemacht werden (Bild 3). Die Messerleisten haben schon in der Basisausführung eine verstärkte Außenwand. Neben der Codierung sorgt eine „Blind-Mate“-Vorzentrierung mit vergrößertem Fangbereich für ein sicheres Stecken. Einzigartig bei Steckverbindern in dieser Baugröße ist die Verwendung von doppelseitigen Federkontakten. Die Microcon-Steckverbinder sind für parallele (Board-to-Board beziehungsweise Mezzanin), rechtwinklige (90°) und koplanare Leiterplatten-Verbindungen ausgelegt. Durch Varianten mit verschiedenen Bauhöhen für die Feder- und Messerleiste lassen sich Board-to-Board-Abstände von 5 bis 10 mm für Mezzanin-Anwendungen realisieren.

Große Fangtoleranz beim Stecken

Trotz Miniaturisierung haben die Steckverbinder eine große Fangtoleranz beim Stecken mit einem zulässigen Mittenversatz in Längs- und Querrichtung von ± 0,7 mm. Der Winkelversatz beträgt ± 4°. Die Leiterplattenstecker sind verfügbar mit SMT-Anschluss. Das Kunststoffgehäuse der Federleiste widersteht sehr hohen Temperaturen und ist entwickelt für den bleifreien Reflow-Lötprozess. Die Gurtverpackung ermöglicht die vollautomatische Bestückung. Bei verfügbaren Polzahlen von 12 bis 140 bieten die Microcon-Steckverbinder eine Stromtragfähigkeit von bis zu 2,3 A je Kontakt und Datenraten bis zu 3 Gbit/s.

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Bild 4: Die geschirmten Microspeed-Steckverbinder im 1,0-mm-Raster sind für Datenraten bis zu 25 Gbit/s ausgelegt. Erni Electronics

Die Microspeed-Steckverbinderfamilie ermöglicht eine schnelle Datenübertragung, hohe Signalintegrität und hohe Zuverlässigkeit im dauerhaften Einsatz. Die geschirmten Microspeed-Steckverbinder im 1,0-mm-Raster sind für Datenraten bis zu 25 Gbit/s ausgelegt (Bild 4). Sehr gut eignen sich die Steckverbinder für moderne Kommunikationsstandards.

Mit dem optimierten Schirmkonzept lässt sich die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) deutlich verbessern. Die Steckverbinder weisen eine minimierte Störausstrahlung und sehr gute Störfestigkeit auf. Entscheidende Merkmale für den Einsatz im industriellen Umfeld sind die Rahmenbauweise mit polarisiertem Steckgesicht und die robuste Blind-Mate-Ausführung. Der doppelschenklige Federkontakt sorgt für die sichere und zuverlässige Verbindung in rauen Umgebungen und gewährt eine hohe Überstecksicherheit von 1,5 mm. Es sind zweireihige, dreireihige und siebenreihige Versionen mit bis zu 133 Kontakten verfügbar. Mit unterschiedlichen Bauhöhen können Leiterplattenabstände von 5 bis 20 mm realisiert werden. Neben Messer- und Federleisten (gerade und abgewinkelt) stehen auch Power-Module zur Verfügung.

Michael Singer

Marketingleiter bei Erni Electronics

(ah)

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