Wir wissen, dass die Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer und kostengünstigerer integrierter Schaltkreise mit jeder Generation – dank des Mooreschen Gesetzes – maßgeblich zur Entwicklung erschwinglicher und flexibler Robotik beiträgt. Da diese Fortschritte jedoch kleinere, leistungsfähigere, agilere und mobilere Maschinen ermöglichen, müssen Hardwarekomponenten wie Verkabelung und Steckverbinder die Spezifikationen präzise erfüllen.
Größe, Gewicht und weitere Aspekte:
Nano-D-Steckverbinder werden in modernen, agilen Robotern häufig eingesetzt. Hersteller bieten vielseitige, kleine und leichte Produkte an, die hohe Sicherheit und Robustheit gewährleisten. Dank des geringen Stiftabstands von 0,64 mm und verschiedener Konfigurationen können Ingenieure Mehrfachsteckverbinder mit wenigen bis über 60 Pins in flachen, einreihigen oder schmalen, zweireihigen Ausführungen wählen. Für die Montage auf Leiterplatten, flexiblen Schaltungen, Panels, Draht-zu-Leiterplatte, Draht-zu-Draht und weitere Montageoptionen wie vertikale oder gerade Enden, Oberflächenmontage oder Stecklöten ist eine große Auswahl an Steckverbindern erhältlich.
Obwohl zahlreiche Konfigurationsmöglichkeiten bestehen, müssen Geräteentwickler berücksichtigen, wie die Umgebung und der normale Betrieb des Roboters die Anforderungen an die Steckverbinder erhöhen können. Extreme Temperaturen oder schnelle Temperaturwechsel können auftreten. Mobile Roboter können starken mechanischen Stößen und Vibrationen ausgesetzt sein und benötigen eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion oder leichte Oxidation. Dies kann entscheidend sein, wenn der Roboter korrosiven Chemikalien ausgesetzt ist oder wenn ein hohes Maß an Zuverlässigkeit erforderlich ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten.
Neben der Berücksichtigung dieser Einflüsse müssen Ingenieure auch bedenken, dass die Bestellung von Standardkomponenten in der Regel wirtschaftlicher ist und kürzere Lieferzeiten bietet als die Entwicklung einer Spezifikation für einen speziellen oder kundenspezifischen Steckverbinder. Es ist wichtig, alle Aspekte des Steckverbinders, wie beispielsweise die Stift-Buchsen-Konstruktion und die Qualität der Nickel- oder Goldbeschichtung der Kontakte, detailliert zu prüfen, um sicherzustellen, dass die gewählten Standardkomponenten langfristig Leistung und Zuverlässigkeit bieten.
Standardmäßiges Hochleistungsdesign.
Beispielsweise bestehen die Pins der Omnetics Nano-D/Bi-Lobe®-Steckverbinder aus 17.200 ksi Berylliumkupfer und sind gehärtet, um dauerhafter elastischer Belastung standzuhalten. Darüber hinaus ist der Federstift so abgestimmt und geformt, dass er vier kontinuierliche Kontaktpunkte gewährleistet. Diese Konstruktion, die auch einen offenen Anschluss umfasst, ist extrem robust und langlebig und bietet gleichzeitig größere Kompressions- und Dehnungsreserven. Dies gewährleistet einen kontinuierlichen elektrischen Kontakt unter Bedingungen, die bei anderen Konstruktionen zu Unterbrechungen führen könnten. In Umgebungen mit starken Vibrationen weisen einige Steckverbinder eine Unterbrechungszeit von 10 ns auf, während die Federstiftkonstruktion der Nano-D/Bi-Lobe-Steckverbinder in Vibrationstests keine Unterbrechung zeigte.
Die Buchsen aus Kupferlegierung dehnen sich bei Erwärmung des Steckverbinders aus und erhöhen so den Anpressdruck. Beim Abkühlen ziehen sich die Buchsen zusammen und die Federenden schließen sich, um eine übermäßige Belastung der Feder zu verhindern und dadurch die Lebensdauer des Steckverbinders zu verlängern. Die Feder des offenen Stifts hat in Dauertests über 2.000 Steckzyklen überstanden.
Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, werden die Kontakte nach dem Formgebungsprozess vergoldet, wie in ASTM B488 Typ II für die galvanische Vergoldung vorgeschrieben. Jede Oberfläche weist eine 50 Mikrozoll dicke Nickel- und eine 50 Mikrozoll dicke Goldschicht auf, was mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) verifiziert und auf Porenfreiheit geprüft wurde.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Robustheit des Steckergehäuses. Kostengünstige Steckverbinder mit Kunststoffgehäuse ermöglichen es, neue Geräte zu einem wettbewerbsfähigeren Preis anzubieten, was im Robotikbereich angesichts seiner wachsenden Marktpräsenz von Bedeutung ist. Andererseits können Steckverbinder mit Kunststoffgehäuse in bestimmten Umgebungen spröde werden und sich nach dem Wiederverbinden nur schwer wieder abdichten lassen. Omnetics bietet eine Vielzahl von Metallgehäusen an, darunter leichte, metallisierte Aluminium- oder eloxierte Varianten sowie Gehäuse aus Edelstahl oder Titan. Diese eignen sich besonders für anspruchsvolle Umgebungen, wie beispielsweise für Flugroboter oder chirurgische Instrumente, und sind deutlich stoß- und vibrationsbeständiger als schwerere und größere Steckverbinder.
Die hohe Haltekraft beim Verbinden ist eine weitere Stärke der Standard-Nano-D-Steckverbinder, die vor allem auf die integrierten Schraubstifte zurückzuführen ist. Omnetics hat kürzlich eine neue Verriegelungsversion seiner Nano-D/Bi-Lobe-Steckverbinder vorgestellt, die eine schnelle und werkzeuglose Montage ermöglicht. Diese Steckverbinder übertreffen die strengen Anforderungen der Norm MIL-DTL32139 hinsichtlich Stoß- und Vibrationsfestigkeit und gewährleisten so ihre Langlebigkeit in nahezu allen Robotertypen, einschließlich unbemannter Luft- und Bodenfahrzeuge.
Fortschritte in neue Anwendungsbereiche:
Obwohl eine breite Palette robuster Standardsteckverbinder verfügbar ist, entwickelt sich die Robotik rasant weiter und dringt in neue Segmente vor. Daher benötigen manche Anwendungen spezielle Steckverbinder. Ein Beispiel hierfür sind sicherheitsorientierte Roboter, die für Überwachungszwecke spezielle Gehäuse und Verkabelungen benötigen, um Manipulationen oder das Durchtrennen von Verbindungen zu verhindern. In solchen Fällen unterstützt Omnetics die Entwicklungsteams der Kunden bei der Definition der Steckverbinderanforderungen und bietet schnell eine passende Lösung.
Autor: Bob Stanton, Chief Technology Officer bei Omnetics Connector Corporation
