Robuste Steckverbinder trotzen dem Härtetest

Heutige elektronische Systeme haben in fast allen Branchen eine größere Rolle gespielt. In einem Fahrzeug verwalten sie Sicherheitsfunktionen wie Kameras und können Daten in Echtzeit verarbeiten. In einer Großküche sorgen sie dafür, dass die Geräte trotz Hitze, Feuchtigkeit und ständiger Benutzung funktionieren. Diesen Anwendungen ist gemeinsam, dass ein Ausfall nicht in Frage kommt und dass die Komponenten zuverlässig den harten Bedingungen standhalten müssen.

Das Herzstück all dieser Systeme sind die Kabel und Stecker, die den Versorgungsstrom und Daten übertragen. Ohne sie würden die Sensoren ausfallen, die Steuerungen würden die Kommunikation verlieren und das gesamte System könnte nicht mehr funktionieren. Diese Kabel und Steckverbinder mögen klein und unbedeutend erscheinen - bis etwas schief geht. Kabel und Steckverbinder spielen eine wichtige Rolle für die Sicherheit und das einwandfreie Funktionieren von Maschinen. Und um eine einwandfreie und gleichbleibende Funktion zu gewährleisten, müssen sie unter den denkbar schwierigsten Bedingungen getestet werden.

Shunt oder Hall? EV-Strommessung im Härtetest

Präzision in EV-Batterien ist kein Detail, sondern essenziell für Sicherheit, Reichweite und Kosten. Shunt und Hall liefern sich ein Duell, das alte Gewissheiten zerlegt und die Architekturfrage ganz neu aufrollt.

Wouter Reusen

Die gleichen Anforderungen, die an Fahrzeuge gestellt werden, gibt es auch in zahllosen anderen Umgebungen, und die in der Automobilindustrie gewonnenen Erkenntnisse können auf andere Anwendungen übertragen werden. Dies ist die Idee hinter der Serie „Beyond the Garage“ von Molex, die für Ingenieure entwickelt wurde, die in Branchen außerhalb der Automobilindustrie arbeiten, in denen die Systeme ständig rauen Bedingungen ausgesetzt sind.

Kürzlich sprach ich in einem Videointerview der Serie „Let's Talk Technical“ mit dem Branchenexperten Kirk Ulery, Distribution Business Development Manager bei Molex, um zu erfahren, wie Innovationen in der Automobilbranche branchenübergreifend eingesetzt werden.

Als führender Distributor von elektronischen Bauteilen spielt DigiKey eine Schlüsselrolle bei der Unterstützung von Ingenieuren in allen Branchen bei der Suche nach und dem Zugang zu den richtigen Lösungen. Das Angebot reicht von Steckverbindern für Fahrzeuge bis hin zu Bauteilen, die für industrielle, landwirtschaftliche und kommerzielle Anforderungen ausgelegt sind. Diese Bauteile sind die Grundlage fast aller elektronischen Systeme.

Bordnetze: 5 Fragen & Antworten zur Zukunft des Kabelbaums

Automatisierung, digitale Zwillinge und Nachhaltigkeit verändern das Bordnetz radikal. Der Fachkongress Bordnetze im Automobil in Ludwigsburg lieferte fünf Fragen und Antworten, an denen sich die Zukunft des Leitungssatzes entscheidet.

Dr. Martin Large

Automobil als Testfeld

In Fahrzeugen sind die Erwartungen an elektronische Systeme besonders hoch. Genau aus diesem Grund werden neue Technologien oft in der Automobilindustrie getestet. Fahrzeuge arbeiten nicht in kontrollierten Umgebungen. Die Temperaturen können extrem hoch oder niedrig sein, Feuchtigkeit ist häufig vorhanden, und die Vibrationen beim Fahren belasten die Komponenten ständig.

Die elektronischen Systeme in Fahrzeugen sind für lebenswichtige Funktionen zuständig, bei denen ein Ausfall nicht in Frage kommt. „Es gibt einen alten Witz zwischen den Computerexperten und den Automobilfachleute“, sagt Ulery. „Die Computerexperten sagen, sie seien innovativer, worauf die Automobilfachleute entgegnen: Wenn bei 130 km/h der Computer abstürzt, ist man tot.“

Da diese Systeme sehr kritisch sind, ist die Automobilindustrie zu einem perfekten Testfeld für die Entwicklung und Prüfung elektronischer Systeme geworden.

Die Technologie aus der Werkstatt hinausbringen

Die spezifischen Herausforderungen, mit denen Ingenieure rechnen müssen, unterscheiden sich zwar von Branche zu Branche, aber die Belastungen, die auf die Komponenten einwirken, und die Notwendigkeit, rauen Bedingungen standzuhalten, sind ähnlich, und die Ingenieure müssen bei der Umwelt ansetzen. Um das richtige Produkt für die jeweilige Anwendung zu finden, muss man wissen, welchen Anforderungen ein Bauteil genügen muss, sei es Hitze, Feuchtigkeit, Vibrationen oder all diese Faktoren.

Ein gutes Beispiel für die Praxis ist laut Ulery der Steckverbinder MX150 von Molex, der Teil der größten Molex-Produktlinie ist, die auf der DigiKey-Website verkauft wird. Es handelt sich dabei um ein System für mittelhohe Stromstärken und Spannungen, das in der Automobilindustrie eingesetzt wird, z. B. bei Einspritzmodulen für Verbrennungsmotoren und Antiblockiersystemen, die direkt an den Rädern eines Fahrzeugs angebracht sind. Diese Komponenten sind regelmäßig rauen Bedingungen ausgesetzt, darunter Vibrationen, extreme Temperaturen, Feuchtigkeit und allgemeine Abnutzung.

Obwohl der Steckverbinder MX150 traditionell in der Automobilindustrie eingesetzt wird, trat ein Hersteller an Molex heran, um den Steckverbinder in gewerblichen Geschirrspülern zur Abdichtung der Steuerplatine in seinen Maschinen einzusetzen. Diese Geschirrspüler laufen sieben Tage die Woche in Umgebungen mit hoher Hitze und Feuchtigkeit, und früher konnte ein Leck eine ungeschützte Leiterplatte freilegen, was zu kostspieligen Reparaturen und zum Ausfall der Maschine führte. Durch die Verwendung eines versiegelten Anschlusses, der speziell für die rauen Bedingungen entwickelt wurde, der auch eine gewerbliche Spülmaschine ausgesetzt ist, ist das System nun geschützt. Eine nasse Leiterplatte bedeutete bisher verschmorte Bauteile und eine teure Reparatur. Aber jetzt wird nur die Außenseite der Maschine nass, und das ist kein großes Problem. Das ist ein großer Wert für den Hersteller.

Datenzentren auf Rädern

Heutige Fahrzeuge sind vollgepackt mit Kameras, Sensoren und Sicherheitssystemen, die alle gleichzeitig miteinander kommunizieren müssen. Dadurch werden die Steckverbinder und die Verkabelung, die alles miteinander verbinden, stark beansprucht. Mehrere Technologien treiben diese Entwicklung voran und greifen auf andere Branchen über.

• 48-Volt-Systeme: Die meisten Fahrzeuge werden heute mit 12 Volt betrieben. Die Umstellung auf 48 Volt reduziert den Strombedarf, was zu dünneren Kabeln, leichteren Komponenten, einer einfacheren Verlegung und geringeren Kosten führt. Höhere Spannungen stellen neue Anforderungen an die elektrische Sicherheit, aber der Nutzen ist beträchtlich, und diese Entwicklung wird auch in anderen Branchen getestet. Überall dort, wo die Elektrifizierung die Systemspannung erhöht, von kommerziellen HLK-Anlagen bis hin zu Industrieanlagen, gelten dieselben Prinzipien.

• „Power over Coax“ und HFM: Frühe analoge Fahrzeugkameras benötigten jeweils fünf oder sechs Pins. „Power over Coax“ änderte dies, indem Strom und Daten über ein einziges Koaxialkabel zu einer Digitalkamera geleitet wurden. Heutzutage sind Fahrzeuge mit Rundumsichtkameras (Surround-View) und fortschrittlichen Sicherheitssystemen immer häufiger anzutreffen. Der Highspeed-Steckverbinder FAKRA-Mini (HFM) von Molex wurde entwickelt, um diese Anforderungen in einem kompakten Hochgeschwindigkeitspaket zu erfüllen. Die gleiche Lösung funktioniert überall dort, wo mehrere hochauflösende Feeds effizient über ein einziges Kabel laufen müssen.

• Single Pair Ethernet (SPE): Das Standard-Ethernet verwendet zwei Adernpaare. Eine einpaarige Version wickelt beide Richtungen über ein einziges Paar ab, und was sie über den Automobilbereich hinaus besonders nützlich macht, ist ihre Interoperabilität: ein für den Automobilbereich geeigneter Steckverbinder auf der einen Seite und ein SPE-Steckverbinder auf der anderen für die laufende Kommunikation. Das macht sie zu einer praktischen Brücke für die Verbindung von Industriesystemen mit fahrzeugtauglicher Hardware.

• Zonale Architektur: Anstatt jeden Sensor an einen zentralen Controller zu leiten, unterteilt die zonale Architektur ein System in lokal verwaltete Regionen, die über einen Highspeedbus miteinander verbunden sind. Das verkürzt die Verdrahtungswege, sorgt für Redundanz und erleichtert die Aktualisierung und Skalierung des gesamten Systems. Dieselbe Idee taucht überall dort auf, wo komplexe Systeme nicht mehr zentral gesteuert werden müssen.

Elektronische Bauteile: Die wichtigsten Typen erklärt

Mikroelektronik bildet das Fundament heutiger Technologie. Die präzise Steuerung und Leistungsfähigkeit dieser Geräte hängt von den verbauten Bauteilen ab. Sie ermöglichen die Miniaturisierung und Effizienzsteigerung, die Fortschritte möglich machen.

Zusammen sind diese Technologien wichtige Bestandteile aktueller Fahrzeuge. Und immer häufiger werden sie auch für andere industrielle und gewerbliche Produkte verwendet, die den gleichen robusten Anforderungen genügen müssen. Die Automobilindustrie hat bewiesen, dass es möglich ist, Systeme zu bauen, die über einen längeren Zeitraum hinweg beständig sind. Die Anwendung mag sich zwar ändern, die Leistungserwartung jedoch nicht, ganz gleich in welcher Branche.

Weitere Informationen und das Video aus der Serie Let's Talk Technical mit der kompletten Diskussion finden Sie auf DigiKey.de.