Verbindungstechnik als elektrische Lebensader

Steckverbinder stellen die Schnittstelle von der elektronischen Baugruppe zur Außenwelt und zur internen Verdrahtung dar. Faktoren, wie die zunehmende Komplexität und stetig kürzere Produktlebenszyklen bei gleichzeitig steigenden Qualitätsanforderungen, erschweren die richtige Auswahl entsprechender Steckverbindungen. Vermeintlich simple Lösungen können beträchtliche Risiken für auftretende Fehlinformationen bergen, deren Folgewirkungen mitunter sehr teuer und zeitaufwändig in der Fehlerbehebung sein können. Eine ausfallsichere Steckverbindung ist daher unabdingbar. Allerdings kann sich die Verwendung einer Verkabelung als problematisch erweisen. Das liegt nicht nur am komplexen Aufbau der Steckverbinder, sondern auch an den derzeitigen Anforderungen. Dazu zählen die immer höheren elektrischen und mechanischen Ansprüche, höhere Packungsdichte bei steigender Miniaturisierung der Kabel und Steckverbinder sowie die Diskrepanz zwischen den Forderungen nach Halogenfreiheit und der geringen Entflammbarkeit der Kabel und Steckverbinder.

Rasche Markteinführung im Fokus

Doch welche Anforderungen werden an heutige Kontaktierungslösungen tatsächlich gestellt? Globales Cloud-Computing, Simulationen und der zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz erleichtern es Entwicklern, neue Serien und Geräte schneller zur Produktreife zu bringen. Dass eine signifikant verkürzte Entwicklungszeit nicht nur den geplanten Markteintritt eines Produkts beflügelt, sondern auch Vorteile gegenüber dem Wettbewerb sichert, liegt auf der Hand. Trotzdem darf dies nicht zu Lasten von Qualität und Sicherheit gehen.

Die Praxis zeigt jedoch, dass Kabel oft die letzten Bauteile sind, die Entwickler während ihres Systemdesigns auswählen. Tatsächlich sind Kabel die Lebensader von elektrischen Systemen. Die Zuverlässigkeit eines Kabels basiert sowohl auf seiner Haltbarkeit und Robustheit, als auch auf seiner Signalintegrität. Sie beginnt bei der Materialauswahl und muss sowohl bei der Kabelherstellung als auch bei der Kabelverarbeitung sichergestellt sein. Das ideale Kabelsystem sollte somit so konstruiert sein, dass es in jeder beliebigen Umgebung über die gesamte Lebensdauer des Produkts hinweg ordnungsgemäß funktioniert. Dreh- und Angelpunkt ist die Crimptechnik für Steckverbinder.

Crimptechnik als unerlässliches Bindeglied

Das Fügeverfahren Crimpen ermöglicht es, zwei Komponenten durch einen Pressvorgang miteinander zu verbinden – idealerweise als homogene, schwer lösbare Verbindung zwischen einem Leiter und einem passenden Verbindungselement. Crimpen gilt als Alternative zur Löt- oder Schweißtechnik und sorgt für eine hohe elektrische und mechanische Sicherheit. Wesentliche Anforderungen an Crimpverbindungen sind in der Norm DIN EN 60352-2 definiert. Diese beschreibt auch Prüfverfahren und gibt wichtige Anwendungshinweise. Bei korrekter Ausführung des Crimpverfahrens, entsteht eine nahezu gasdichte Verbindung, da durch die Verformung der Crimphülse und der Litzen eine Struktur entsteht, die weitgehend von Sauerstoff abgeschottet und somit im Inneren gut vor Oxidation geschützt ist. In der Großserienproduktion kommen meist Crimpvollautomaten zum Einsatz, die eine Vielfalt von Verarbeitungsprozessen erlauben.

Sind Prototypen oder Kleinserien zu fertigen, führt kein Weg an Crimpzangen vorbei. Jedoch kommt es auf die richtige Auswahl des Werkzeugs an: Unterschieden wird hierbei zwischen Crimpwerkzeugen mit festen oder mit austauschbaren Gesenken. Überdies gibt es Ein- und Mehrstationswerkzeuge. Während sich mit Einstationswerkzeugen alle für das Werkzeug zugelassene Querschnitte, ohne weitere Einstellungen vorzunehmen, verarbeiten lassen, sind bei Mehrstationswerkzeugen mehrere Kavitäten für unterschiedliche Querschnitte im Einsatz. Bei Letzteren ist darauf zu achten, dass jeder Crimpkontakt in der passenden Kavität gecrimpt wird.

Was sich einfach anhört, ist alles andere als trivial: Schnell können Crimpfehler entstehen, etwa weil keine ausreichend hohe Kraft aufgebracht oder ein falsches Crimpwerkzeug verwendet wurde, was zu unzureichend verpressten Litzen führt. In der Folge erhöht sich der Übergangswiderstand zwischen Litzen und Crimpkontakt. Ebenso lässt sich womöglich die unvollständig verpresste Litze aus der Crimphülse ziehen, wodurch es zu Ausfällen des Produkts kommen kann. Andererseits birgt eine zu stark verpresste Crimpverbindung das Risiko, dass einzelne Litzenleiter abgeschert werden. Hierdurch nimmt die Stromtragfähigkeit der Verbindung aufgrund des verringerten Querschnitts unzulässig ab.

Systempartner im Schulterschluss

In der Regel übernehmen Hersteller die Gewährleistung für ihre Produkte über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg, weshalb die Verantwortung überaus hoch ist, Ausfälle im Feld möglichst zu vermeiden. Kernelement des Erfolgs ist somit die Zuverlässigkeit, Qualität und Sicherheit der Ausrüstung, gepaart mit fehlerfrei funktionierenden Komponenten. Dies betrifft in besonderer Weise die eingesetzten Kontakte samt deren Design und Funktion. Der Versuch, solcherlei Arbeit Inhouse zu lösen, kann daher eine Herausforderung darstellen. Soll beispielsweise eine einzelne Crimpverbindung erstellt werden, können sich die Kosten für das benötigte Crimpwerkzeug (zum Beispiel Handzange) auf mehrere Hundert Euro belaufen. Wenn lediglich kleine Chargen oder ein Prototyp anfallen, gilt es abzuwägen, inwiefern anfallende Werkzeugkosten, zusätzliche Schritte im Fertigungsprozess und Mitarbeiter-Schulungen für ein umfassendes Know-how in der Inhouse-Fertigung den erheblichen finanziellen Aufwand lohnen.

Würth Elektronik eiSos bietet als Systempartner vielfältige Lösungen aus einer Hand an. Gemeinsam mit dem Entwickler werden Fragestellungen geklärt, wie etwa, worauf es bei der richtigen Wahl der Verbindungstechnik ankommt und was bei der Kabelkonfektionierung zu beachten ist. Mit einer fundierten Beratung hält Würth Elektronik eiSos ein Portfolio von mehr als 2.000 Standardbauteilen bereit, damit Anwender kundenspezifische Verbindungslösungen realisieren können. Würth Elektronik bietet über seinen Service WE+ kleinere Kabelbaugruppen, vornehmlich als IDC-Schneidcrimpverbindung aber auch kundenspezifische Bedruckungen der Gehäuse an. Zudem werden individualisierte Crimp-Schulungen und kostenlose Webinare angeboten. Zudem lassen sich Würth-Handcrimpzangen kostenlos ausleihen, um Prototypen zu erstellen oder die Handzange vor dem Kauf ausgiebig zu testen.

Würth Elektronik eiSos verfügt über ein „Konfektionspool“ genanntes Netzwerk von geprüften Kabelkonfektionären. Ausgelegt für die Klein-, Mittel- und/oder Großserie, haben alle im Netzwerk vereinten Konfektionäre Werkzeuge, die eine einwandfreie Verarbeitung der Würth-spezifischen Verbindungstechnik ermöglichen. Dabei vermittelt Würth Elektronik den Kontakt zu den Konfektionspartnern, angepasst an die jeweilige Anforderung.