Suchen

Besonderheiten von Nano-D-Steckverbindern

Autor / Redakteur: Bob Stanton * / Kristin Rinortner

Nano-D-Steckverbinder sind gut geeignet für kleine, robuste Anwendungen wie nicht-industrielle Robotik. Sie punkten durch eine extreme Belastbarkeit und lange Lebensdauer.

Firmen zum Thema

Kollege Roboter: Steckverbinder geben Roboter den richtigen Halt, damit sie dem Kollegen Mensch verlässlich zur Seite stehen.
Kollege Roboter: Steckverbinder geben Roboter den richtigen Halt, damit sie dem Kollegen Mensch verlässlich zur Seite stehen.
(Bild: Omnetics)

Für kleine, erschwingliche Roboter finden sich in den Bereichen Fertigung, Vertrieb, Sicherheit, Gesundheitswesen und Haushalt zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Kostengünstige, lernfähige, arbeitsteilige Roboter können nun sicher neben Menschen in Fabriken oder Verpackungsbereichen arbeiten. Mobile Roboter übernehmen lästige Kommissionierungs- und Beförderungsaufgaben in Distributionszentren und Roving- oder fliegende Roboter (Drohnen) können bald autonom Lieferungen zustellen.

Im Gesundheitswesen wird Robotertechnik für die Fernchirurgie und die Steuerung von Prothesen eingesetzt. Hausbesitzer nutzen bereits täglich kleine Roboter zum automatischen Staub saugen und Rasen mähen. Immer mehr digitale Assistenten werden in naher Zukunft für noch mehr Robotik im Haushalt sorgen.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Immer leistungsfähigere Prozessoren zu niedrigeren Preisen sorgen mit jeder neuen Generation nach dem Moore'schen Gesetz dafür, dass erschwingliche und flexible Robotertechnik zur Verfügung steht. Dieser Fortschritt bringt zwar für kleinere, leistungsfähigere, gewandte und mobile Maschinen hervor – setzt aber Hardware voraus, z.B. Kabel und Steckverbinder, die hochpräzise sein muss.

Nano-D-Steckverbinder sind in den heutigen agilen Robotern weit verbreitet. Hersteller bieten verschiedene Produkte an, die klein und leicht sind und hohe Sicherheit sowie Robustheit bieten. Dank enger Pin-Abstände von 0,64 mm und verschiedener Konfigurationen haben Entwickler die Möglichkeit, Steckverbinder mit nur wenigen bis zu mehr als 60 Pins zu verwenden – in einreihigen oder schmalen, zweireihigen Formfaktoren mit geringer Bauhöhe.

Eine vielfältige Auswahl leiterplattenmontierbarer oder flexibler Steckverbinder, Panel-Mount-, Kabel-zu-Leiterplatte-, Kabel-zu-Kabel- und verschiedener anderer Montageoptionen wie vertikale oder gerade Ausrichtung sowie SMD- oder THR-Montage steht zur Verfügung.

Obwohl zahlreiche Steckerkonfigurationen zur Verfügung stehen, müssen Entwickler die Umgebung und den Betrieb des Roboters mit berücksichtigen, was zusätzliche Anforderungen an die Steckverbinder stellt. So können extreme Temperaturen oder schnelle Erwärmungs-/Abkühlzyklen auftreten. Mobile Roboter können Stößen und Vibrationen ausgesetzt sein, müssen korrosionsbeständig sein oder einer Oxidation Stand halten, wenn der Roboter Chemikalien ausgesetzt ist. In der Medizintechnik ist zudem eine extrem hohe Zuverlässigkeit erforderlich.

Unter Berücksichtigung dieser Einflüsse müssen Entwickler auch bedenken, dass die Bestellung von Standardkomponenten in der Regel günstiger ist und eine schnellere Abwicklung ermöglicht als das Design spezieller oder kundenspezifischer Steckverbinder. Alle Aspekte des Steckverbinders sollten beachtet werden, z.B. das Design des Pin- und Sockelaufbaus sowie die Qualität der vernickelten oder vergoldeten Kontakte. Damit ist sichergestellt, dass die gewählten Standardkomponenten langfristig hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit bieten.

Standard- und Hochleistungsvarianten

Die Kontakte der Nano-D / Bi-Lobe-Steckverbinder von Omnetics werden aus Beryllium-Kupfer sind für 17200 ksi (118590 MPa) ausgelegt und für eine dauerhafte Federkraft gehärtet.

Darüber hinaus ist der Federstift verjüngt und entsprechend geformt, um kontinuierlich vier Kontaktpunkte aufrechtzuerhalten. Diese Konstruktion mit offenem Ende ist extrem belastbar und langlebig und ermöglicht mehr Kompressions- und Expansionsspielraum im Vergleich zu anderen Versionen.

Damit ist während des Betriebs ein kontinuierlicher elektrischer Kontakt garantiert. Andere Steckverbinderkonstruktionen weisen unter diesen Bedingungen unter Umständen Kontakt-Unterbrechungen auf.

In vibrationsbelasteten Umgebungen erlauben einige Steckverbinder eine Zeitspanne von 10 ns für offene Schaltkreise, während die Federstift-Ausführung der Nano-D / Bi-Lobe Steckverbinder bei Vibrationsprüfungen keinerlei Schaltkreisunterbrechung aufweist.

Die Sockel bestehen aus einer Kupferlegierung, die sich ausdehnt, sobald sich der Steckverbinder erwärmt, was den Kontaktdruck erhöht. Ist der Steckverbinder kalt, zieht sich der Sockel zusammen und die Federenden schließen sich, vermeiden aber eine übermäßige Belastung der Feder und verlängern so die Lebensdauer des Steckverbinders. Der offene Federstift garantiert mehr als 2000 Ein-/Aussteckzyklen, bestätigt durch Belastungstests.

Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, werden die Kontakte nach der Einformung entsprechend ASTM B488 Typ II für galvanisch abgeschiedene Beschichtungen vergoldet. Jede Oberfläche weist eine 1,27 µm dicke Nickel- und eine 1,27 µm dicke Goldschickt auf, was mittels Röntgenfluoreszenz-(XRF-)Messung überwacht und auf nicht poröse Oberflächen überprüft wird.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Robustheit der Steckerhülle. Kostengünstige Steckverbinder mit Kunststoff-Schalen sorgen dafür, dass neue Geräte zu einem wettbewerbsfähigeren Preis auf den Markt kommen können. Dies ist vor allem im Bereich Robotik entscheidend, da dieser Markt zunehmend kommerzialisiert wird. Andererseits können Steckverbinder in bestimmten Umgebungen brüchig und schwer zu verriegeln sein.

Omnetics bietet hier eine Auswahl an Metallhüllen, darunter leichte, aluminiumplattierte oder eloxierte Edelstahl- oder Titan-Hüllen. Diese eignen sich für anspruchsvolle Umgebungen, auch für Drohnen oder chirurgische Ausrüstung. Sie widerstehen Stößen und Vibrationen weit über das Maß hinaus, wie es schwerere und größere Steckverbinder bieten.

Hohe Haltekraft während der Verbindung ist ein weiterer wichtiger Aspekt von Standard-Nano-D-Steckverbindern. Dafür sorgen die integrierten Gewindeschrauben. Vor kurzem kündigte das Unternehmen eine neue Verriegelung an, die eine schnelle Montage ohne Werkzeug ermöglicht.

Die Steckverbinder erfüllen die strengen Stoß- und Vibrationsanforderungen nach der Norm MIL-DTL32139, was einen robusten Betrieb in den meisten Robotikeinrichtungen, einschließlich UAVs, Roving-Geräten und UGVs (Unmanned Ground Vehicles) gewährleistet.

Anforderungen neuer Einsatzumgebungen

Obwohl eine große Auswahl an robusten Standard-Steckverbindern zur Verfügung steht, expandiert die Robotik-Branche schnell in neue Bereiche, so dass einige Anwendungen spezielle Steckverbinder erfordern. Ein Beispiel ist die sicherheitsorientierte Robotik, die eine überwachte Verpackung und Verkabelung erfordert, um Fehler und versehentliche Verbindungstrennungen zu verhindern.

Hier arbeitet das amerikanische Unternehmen mit seinen Kunden zusammen, um die richtigen Anforderungen des Steckverbinders zu definieren und schnell eine passende Lösung zu liefern.

* Bob Stanton ist Chefentwickler bei Omnetics Connector in Minneapolis / U.S.A.

(ID:45048072)