Verbindungstechnik Das war der zehnte Anwenderkongress Steckverbinder

Redakteur: Kristin Rinortner

Gut 300 Teilnehmer und 40 Aussteller informierten sich in vier Grundlagenseminaren, 15 Vorträgen, sieben Workshops über aktuelle Entwicklungen und Routinen in der Verbindungstechnik.

Firmen zum Thema

Steckverbinderkongress 2016: Rund 300 Teilnehmer pilgerten von 6. bis 8. Juni 2016 nach Würzburg.
Steckverbinderkongress 2016: Rund 300 Teilnehmer pilgerten von 6. bis 8. Juni 2016 nach Würzburg.
(Bild: VBM)

Im Juni wird Würzburg traditionell zum Mekka der Steckverbinderei. Zum 10. Anwenderkongress Steckverbinder fanden sich vom 6. bis 8. Juni 2016 gut 300 Interessierte und 40 ausstellende Firmen der Branche im Würzburger Convention Center ein. Sie erwarteten vier Grundlagenseminare zu wichtigen Kennwerten und Begriffen im Steckverbinder-Alltag sowie zur Kontaktphysik und zur Beschichtung von Kontaktwerkstoffen. An den beiden Kongresstagen boten 15 Vorträge, sieben Workshops und acht Postervorträge Einblicke in Trends und Entwicklungen sowie in die Hands-on Praxis.

Anwenderkongress Steckverbinder 2016
Bildergalerie mit 342 Bildern

Gehen Deutschland die Innovationen aus?

Eröffnet wurde der Kongress von Dr. Frank Ansorge vom Fraunhofer IZM, der in seiner Keynote „Gehen Deutschland die Innovationen aus? Ein Ausblick auf die Entwicklungen in der Elektrotechnik mit besonderem Fokus auf die Verbindungstechnik.“ aktuelle und zukünftige Entwicklungen beleuchtete: Bis zum Jahr 2020 werden 40 Milliarden Geräte mit dem Internet vernetzt sein. Egal wie hip, schnell, strahlend und leistungsfähig das Internet of Things dargestellt wird, nichts davon funktioniert ohne Steckverbinder. Denn elektrische Anschlusstechnologien spielen eine zentrale Rolle bei der Vernetzung in der Produktion.

Die Integration von Intelligenz in die Verbindungstechnik führt zu einer Reihe von Innovationspotenzialen, die zu Effizienzsteigerungen, besserer Zuverlässigkeit, optimaler Verfügbarkeit und stabilen Produktionsprozessen beitragen. Dabei geht es nicht nur um die Integration von Sensorik- und Anzeigefunktionen sowie dezentraler Intelligenz in den Steckverbinder über innovative Aufbau- und Verbindungstechniken. Ziel der Entwicklungen ist ein Steckverbinder, der seine Funktionen und Anzeigeparameter eigenständig überwacht und weitere Funktionen aus der Automatisierungstechnik integriert. Ein Steckverbinder, der intelligent agiert. Das ist momentan allerdings noch nicht der Fall.

Ansätze für ein intelligent agierendes Steckverbindersystem

Aber es gibt einige Ansätze, wie man das realisieren kann. In diesem Spannungsfeld stehen u.a. eine miniaturisierte Aufbau- und Verbindungstechnik, 3-D-Druckverfahren für komplexe System (gedruckte Steckverbinder liegen bereits im Bereich des Möglichen) oder auch Wearables mit dehn- und waschbarer Elektronik und Anschlusstechnik.

Intelligenten Werkstoffen wie Formgedächtnislegierungen, Self-Repair-Materialien sowie der Mikro- und Nanomodifizierung kommt hier eine maßgebliche Rolle zu. Auch Nanomaterialien wie Graphene, Mikro- und Nanopartikel, Thixotropie und Dilatanz im Festkörper sowie die Funktionalisierung von Oberflächen treiben neue Entwicklungen und Systeme voran.

Mythos und Realität von USB-C

Dem Mythos um USB-C widmete sich Carsten Thiele von Texas Instruments. Der im Jahr 1994 entwickelte USB-Konnektor ist mit den Anforderungen des Internet of Things gewachsen. Bei der aktuellen Version USB-C handelt es sich um einen neuen Steckverbinder, der die Leistungsübertragung (Ströme bis 3 A) in beide Richtungen unterstützt und auch in beiden Orientierungen gesteckt werden darf. Die neuen Standards definieren auch neue Steckerbelegungen mit Kodierung für unterschiedliche Ausbaustufen. Hier sollte man die Datenblätter sicherheitshalber konsultieren und sich darüber im Klaren sein, dass nicht unbedingt alles korrekt sein muss.

Anwenderkongress Steckverbinder 2016
Bildergalerie mit 342 Bildern

Mit USB-PD lassen sich Leistungen bis 100 W in beide Richtungen über das Kabel übertragen. Stromstärken sind bis 5 A und Spannungen bis 20 V definiert. Sogenannte Alternate Modes (Gastprotokolle für Display Port, Thunderbold und PCI-Express) runden das aktuelle Angebot USB ab.

Kontaktlose Energieübertragung

Die kontaktlose Energieübertragung gehört, obwohl sie schon seit Jahren auf dem Markt ist, zu den Technologien, die sich schwer durchsetzen können. Warum gibt es nur sehr wenige Anwendungen mit kontaktloser Energieübertragung? Mit dieser Frage beschäftigte sich Markus Rehm (IBR) in seinem Vortrag „Vorteile der kontaktlosen Energieübertragung“. EMV-Vorgaben, die Nachfrage nach höherer Leistung und skalierbarem Design setzen hier Grenzen.

Die Lösung von WPC heißt Qi und ist auf eine feste Kopplung von Sende- und Empfängerkreis und konstante Last angewiesen. Andere Varianten verstellen die Generatorfrequenz in einer geschlossenen Schlaufe, so dass der Generator auf der Resonanzfrequenz der gekoppelten Resonanzkreise arbeitet. Hier ist die Stabilität zweifelhaft. Der Standard A4WP arbeitet bei 6,678 MHz, wodurch der Wirkungsgrad beschränkt ist.

UniWP ist unabhängig von dynamischen Kopplungsbedingungen und lässt sich an der physikalischen Leistungs- und Effizienzgrenze mit kostengünstigen Bauelementen betreiben (Ausgang: 24 V, 4,5 A). Bei dieser Lösung steuert ein Mikrocontroller einen regelbaren Kondensator im Sender. Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 80%, die Leistung geht bis 200 W und die Störstrahlung liegt bei 66 dbµA/m (etwa 10 dB weniger als bei diskreten Lösungen).

Weitere Themen waren „Zuverlässige Steckverbinder für Power over Ethernet“ (Bernd Horrmeyer, Phoenix Contact), und „UL-Normen für die Leistungs- und Signalverkabelung“ (Pawel Strzyzewski, UL International).

Warum PCN-Prozesse zu Steckergräbern führen

Warum PCN-Prozesse zu Steckergräbern führen erläuterten Dr. Thomas Sänger (Carl Zeiss AG) und Herbert Endres (Molex) in ihrem Vortrag „PCN-Prozesse und Produktabkündigungen aus Sicht der Anwender und Hersteller“. Veränderungen bei Produkten sind nicht nur für den Endverbraucher ärgerlich. Insbesondere in der weiterverarbeitenden Industrie müssen die eingesetzten Bauteile rückverfolgbar sein. Deshalb sollten Änderungen dem Kunden vom Lieferanten im Voraus angekündigt und in Absprache durchgeführt werden.Das ist nicht immer einfach.

Anwenderkongress Steckverbinder 2016
Bildergalerie mit 342 Bildern

Die Lösung von Molex „PCN“ löst Probleme der Direktkunden und Distributoren, allerdings hat das Unternehmen auf diese Art keinen Einfluss, ob diese Informationen beim Design-in-Kunden ankommen. Da die Informationskette (Hersteller – Distributor – EMS – Carl Zeiss AG) lang ist und Verzögerungen insbesondere bei Produktabkündigungen kritisch sind, regte Sänger an, eine interaktive Datenbank (zum Beispiel IHS, Silicon Expert, Total Part Plus), die von den Lieferanten bedient wird und Informationen zu Produkten im BOM interaktiv an den „Endverbraucher Zeiss“ weiterleitet, zu nutzen.

Die Verteilung dieser Informationen und der Zugriff darauf ist jedoch aus Sicht der Hersteller nicht mehr nachvollziehbar. Das führte zwangsläufig zu großen Diskussionen in der Kaffeepause, da Hersteller sehr viel offenlegen. Sänger postulierte am Schluss, dass Zeiss in Zukunft nicht mehr mit Anbietern zusammenarbeiten würde, die sich nicht an dieser Datenbank beteiligen würden.

Lichtwellenleiter, Hochzeiten und Abendveranstaltung

Die Vorträge „Kriterien zur Auswahl von Lichtwellenleiter-Steckverbindungen“ (Peter Wicht, Metz Connect) und „die Hochzeit von Schneidklemmtechnik und Käfigzugfederanschluss“ von Jaspar van der Krogt (TE Connectivity), der ein eine Anschlusstechnik vorstellte, die beide Verfahren kombiniert und so auch deren Vorteile verbindet, schlossen die Präsentationen des ersten Tages.

Auf der Abendveranstaltung im Weinkeller der Würzburger Residenz konnten die Themen vertrieft und Networking in entspannter Atmoshäre betrieben werden oder einfach nur der Weinprobe Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Der zweite Kongresstag

Simulation und Optimierung mechanischer Eigenschaften von Steckverbindern (Thomas Iberer, CADFEM) war das Thema der Eröffnungspräsentation am zweiten Tag. Daran schloss sich ein Vortrag zur Parameteridentifikation bei der Simulation (René Kallmeyer, Dynardo) an.

Automatisierung in der Kabelsatzfertigung

Die Session „Automotive“ eröffnete Roland Liem (Komax) mit seiner Präsentation „Automatisierung in der Kabelsatzfertigung – Anforderungen an die Komponenten“. Im Automobilbereich werden die Kontakte immer kleiner. Aus diesem Grund wird gefordert, dass Kontaktteile automatisch in Gehäuse gesteckt werden.

Anwenderkongress Steckverbinder 2016
Bildergalerie mit 342 Bildern

Dabei werden Geschwindigkeiten erreicht, die etwa 1000 Mal höher sind als die laut Prüfvorschrift LV 214 geforderten. Hier führen schon kleinste Hindernisse im Gehäuse zu Prozessfehlern.

Die Bestückung mit Maschinen wie dem NanoMQS (TE Connectivity) ist Stand der Technik und funktioniert zuverlässig. Allerdings nur in dem Fall, wenn bei den Komponenten die Anforderungen für die automatische Bestückung bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Die goldene Mitte zwischen Leichtbau und Leistung

Der Einsatz von Aluminium als elektrischer Leiter in den Bereichen Automobil, Solar- und Windkraft nimmt seit einigen Jahren stark zu. Allerdings erfordert dies einen Übergang in die „Kupferwelt“. Klassische Verbindungen wie Schrauben oder Klemmen sind dafür nicht geeignet.

Ein Kontaktelement aus einem Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff kann das Bindeglied zwischen diesen Welten sein. Arno Marto (Innovan) stellte in seinem Vortrag „Aluminium-/Kupferverbundwerkstoffe die „goldene“ Mitte zwischen Leichtbau und Leistung?“ einen kaltwalzplattierten Werkstoff vor, bei dem die Ausbildung spröder intermetallischer Phasen minimiert ist.

Neben mechanischen und chemischen Eigenschaften wurde der Einfluss der Dicke der Diffusionszone (intermetallische Phasen) untersucht. Bei den Diffusionszonen treten die negativen Effekte der intermetallischen Phasen kaum in Erscheinung. Die mechanischen Eigenschaften werden durch die Festigkeit der Aluminiumseite bestimmt.

Somit steht der Verwendung dieser Verbundwerkstoffe in der elektrischen Verbindungstechnik nichts im Weg und sie können als „goldene Mitte“ angesehen werden.

Werkstoffantworten auf die Trends in der Einpresstechnik

Dr. Robert Zauter (Wieland Werke) stellte in seinem Vortrag „Neue Kupferwerkstoffe für Einpresskontakte“ die Werkstoffgruppen Reinkupfer sowie naturharte und ausscheidungshärtende Kupferlegierungen vor und legte dar, welche Legierungen welche Anforderungen besonders gut erfüllen und was bei der Werkstoffauswahl für Einpresskontakte zu beachten ist.

Die Entwicklungen bei Einpressverbindungen sind durch die Miniaturisierung und die Übertragung höherer Ströme geprägt. Der Miniaturisierung wird durch steigende Pincounts (Anzahl Steckerstifte/Bauteil) Rechnung getragen, die kleinere Stifte und geringere Steckkräfte pro Einpressstift erfordern. Diese werden aus Bändern aus ausscheidungshärtenden Kupferlegierungen oder feinkörnigen Bronzen mit Dicken von 0,4 mm und kleiner gestanzt.

In der Leistungselektronik werden zunehmend Einpresskontakte verwendet, z.B. Stromschienen mit angearbeiteten Einpresskontakten. Zur Herstellung werden 2,0 mm dicke Bänder verwendet, die eine hohe Leitfähigkeit und Relaxationsbeständigkeit aufweisen. Das sind auf elektrische Leitfähigkeit spezialisierte ausscheidungshärtende Kupferlegierungen wie Wieland-K75 und K88. Weiterentwicklungen sind denkbar, so Zauter.

Miniaturisierung bei Leistungssteckverbindern

Im Jahr 2012 wurden im Bereich der Leistungsübertragung die IEC 61076-2-111 für M12-Steckverbinder ins Leben gerufen. Der M12 Power (in den Kodierungen S, T, K, L und M) ermöglicht nicht nur eine standardisierte Signal- und Datenübertragung, sondern jetzt auch eine Industrie-4.0-taugliche Energieübertragung. Zudem ist der Steckverbinder deutlich kleiner als gängige 7/8-Zoll-Verbinder und besitzt das Potenzial diese zu verdrängen.

Der Beitrag von Tobias Dietel (Phoenix Contact) zeigte bisherige Lösungen im Vergleich zu den Entwicklungsstufen der M12 Power Kodierungen seit 2011.

Anwenderkongress Steckverbinder 2016
Bildergalerie mit 342 Bildern

Vom Steckverbinder-Chaos zum Steckverbinderkongress

Steckverbinder haben eine lange Geschichte und unser Kongress jetzt ebenfalls eine zehnjährige. Deswegen haben wir ein Museum eingerichtet, in dem historische Exponate einiger Hersteller sowie spannende Applikationen vorgestellt wurden.

Als interessanteste „Steckverbindervariation in der Anwendung“ wurde die „Schwimmende Steckverbindung“ für einen ferngesteuert koppelnden Messaufbau zum Nachweis von Redaktionsprodukten bei der Kollision im Teilchenbeschleuniger HERA (Hamburg) von Hans Henschel (Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY) prämiert. Verbaut wurden 12 ODU-Bus-Steckverbinder.

Hermann Strass (Techcon) blickte im Abschlussvortrag auf die letzten 50 spannenden Jahre Steckverbindergeschichte zurück und kommt zu dem Schluss, dass lange Zeit kein weit verbreitetes Grundlagenwissen in der Branche vorhanden war und Probleme nicht gelöst sondern eher als rätselhaft angesehen wurden. Diese Wissenslücken spitzten sich Anfang der 2000er Jahre zu. Ein öffentliches Forum für Hersteller und Anwender wurde notwendig, um viele Probleme schon vor ihrer Entstehung zu umgehen. Das geschah mit dem 1. Anwenderkongress Steckverbinder im Jahr 2007, der genau diese Kommunikationsplattform bietet.

Auch nach zehn Steckverbinderkongressen sind nicht alle Probleme gelöst. Alte Problemstellungen tauchen in neuem Umfeld wieder auf und neue ergeben sich aus der ständigen Weiterentwicklung wie z.B. „intelligente Steckverbinder“ oder Korrosion im Outdoor-Einsatz. Das diskutieren wir vielleicht auf dem 11. Anwenderkongress Steckverbinder vom 26. bis 28. Juni 2017.

Einen ausführlichen Rückblick und unsere Bildergalerie sowie die Historie der Steckverbinder finden Sie auf der Homepage des Kongresses unter dem Reiter Rückblick.

Sie können den ausführlichen Tagungsband (202 Seiten) mit der Langfassung aller Plenums- und Postervorträge kostenpflichtig für 99,- EUR zzgl. MwSt. bestellen: isabell.weisensee@vogel.de.

(ID:44125043)