Neues Konzept für Leiterplatten-Steckverbinder

Redakteur: Kristin Rinortner

Weidmüller hat mit Omnimate 4.0 die Leiterplatten-Anschlusstechnik neu gedacht: Einzelscheiben-Konstruktion, modulares Produktkonzept und SNAP-IN-Anschlusstechnik, alles vollständig digitalisiert. Wir haben uns das Steckverbindersystem genauer angesehen.

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Leiterplattensteckverbinder: Die PCB-Steckverbinder der Reihe Omnimate 4.0 lassen sich individuell konfigurieren und werden innerhalb von drei Tagen ausgeliefert.
Leiterplattensteckverbinder: Die PCB-Steckverbinder der Reihe Omnimate 4.0 lassen sich individuell konfigurieren und werden innerhalb von drei Tagen ausgeliefert.
(Bild: Weidmüller)

Mit jeder neuen Generation werden elektrische Geräte kleiner, leistungsfähiger und sicherer in ihrer Anwendung. Im Zuge dessen schreitet die digitale Transformation in der Industrie weiter voran und benötigt für ihre Umsetzung zuverlässige und stabile Verbindungen. Gerätehersteller müssen diese Herausforderungen mit der richtigen Geräteanschlusstechnik lösen.

Weidmüllers Steckverbinderfamilie Omnimate 4.0 erfüllt die oben genannten Anforderungen. Die Grundlage dafür ist ein neuartiges Konstruktionskonzept und die Anschlusstechnik SNAP IN. Johann Klippenstein, Teamleiter Produktmanagement Geräteanschlusstechnik bei Weidmüller, vergleicht das neu gedachte Konzept der Leiterplatten-Steckverbinder gerne mit dem iPhone, das für eine Revolution bei der Handy-Nutzung gesorgt hat: „Omnimate ist das iPhone der Steckverbinder-Industrie“.

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Neben dem modularen Produktkonzept der Reihe Omnimate 4.0 und dem neuartigen Konstruktionsprinzip in Form von sogenannten Einzelscheiben geht der Hersteller auch bei der Geräteanschlusstechnik den Weg voran ins Industrial Internet of Things (IIoT).

Über eine einfache Auswahl mit Hilfe des Weidmüller Configurators (WMC) könnten langfristig nahezu alle Kombinationen für Signal-, Power-, Daten oder hybride und intelligente Schnittstellen geschaffen werden. Dabei erfolge die interne Zusammenführung der Einzelscheiben so schnell, dass der Versand in drei Arbeitstagen durchgeführt werden könne, selbst für individualisierte Produkte und vom Einzelmuster bis zu der Serienbestellung, erklärt Klippenstein.

Im Grundaufbau sind die Steckverbinder als vorgefertigte Einzelscheiben konstruiert und bieten damit dem Anwender vielfältige, flexible Möglichkeiten diese Scheiben zusammenzustellen. So stehen die Steckverbinder von der Polzahl Zwei bis Zwölf und ab der Losgröße Eins zur Verfügung. Je nach Anwendung und Bedarf des Geräteentwicklers werde der Steckverbinder kundenindividuell geplant und gefertigt inklusive Farbgebung – über einen Konfigurator, der sich nahtlos in den digitalen Kundenprozess integriert, mühelos konfiguriert, so Klippenstein.

Was bringt die SNAP-IN-Anschlusstechnik?

Die Verdrahtung von Geräten revolutioniert die SNAP-IN-Anschlusstechnik in Gerätesteckverbindern. Bei dieser Anschlusstechnik lassen sich flexible, feindrähtige Leiter ohne aufgecrimpte Aderendhülsen einfach in die offene Anschlussstelle einstecken. Die Klemmstelle muss dazu nicht geöffnet werden (wire-ready). Im Gegensatz zur Push-in-Anschlusstechnik, die eine Aderendhülse erfordert, braucht der Leiter nur abisoliert zu werden.

Neben der akustischen Bestätigung durch ein gut hörbares Klickgeräusch zeigt der nach außen springende Visual-Safety-Indicator den sicheren Anschluss des Leiters optisch an (Bilder 1 und 2). Ein Werkzeug ist nicht notwendig. Die Verbindung soll selbst schwierigen Umgebungsbedingungen mit starken Erschütterungen und Vibrationen widerstehen.

Durch einfaches Betätigen des Hebels lässt sich die Anschlussstelle wieder öffnen und der angeschlossene Leiter kann entnommen werden. Zeitgleich bewegt sich der Visual-Safety-Indicator dadurch zurück in seine Ursprungsposition. Der Anschluss ist wieder „Ready to Use“. In unterschiedlichen Positionen ist der Anschluss laut Klippenstein bis zu 50 Mal wiederbeschaltbar. Die Installation soll auch durch Roboter möglich sein (Ready to Robot).

Aufgrund der oben aufgeführten Eigenschaften ist SNAP IN in der Handhabung die schnellste und kosteneffizienteste Anschlusstechnik bei einer derartigen Verdrahtung. Anwender profitieren von einer zugleich einfachen, kompakten wie steckbaren Anschlusslösung für viele Geräte, dies gilt für Signalschnittstellen bei industriellen Steuerungen oder auch Applikationen in der Antriebstechnik.

Zulassungen gemäß IEC 61984 und UL 1059

Die Leiterplattensteckverbinder besitzen alle relevanten und gängigen Zulassungen gemäß IEC 61984 und UL 1059 für industrielle Anwendungen. Je nach Verschmutzungsgrad und Überspannungskategorie werden mit dem ersten verfügbaren Portfolio im Raster 5 mm Spannungen bis 400 V abgedeckt, bei Leitungsquerschnitten zwischen 0,75 bis 2,5 mm².

Die dazugehörigen Stiftleisten sind ebenfalls modular aufgebaut und erfüllen die Anforderungen an die Koplanarität der Stifte für einen automatischen Bestückungsprozess. Sie sind sowohl für das Wellen- als auch Reflow-Löten ausgelegt. Ein optional erhältlicher Verriegler am Buchsenstecker sorgt für eine robuste Verbindung, selbst unter anspruchsvollen Bedingungen.

Mit dem Konfigurator zum fachgerechten Leiterplatten-Design

Um ein schnelles und fachgerechtes Leiterplatten-Design umzusetzen, müssen neben den Komponenten auch die entsprechenden Daten in relevanter Form zur Verfügung stehen. Nur wer schnell und einfach auf technische Informationen, Software-Tools und fundiertes Anwendungswissen zugreifen kann, entwickelt passgenaue Produkte für die Zukunft.

Mit dem „Configurator für OMNIMATE 4.0“ stellen die Detmolder eine leistungsfähige Softwarelösung zur Verfügung, die die Auswahl, Konfiguration und Bestellung der Leiterplatten-Steckverbinder beschleunigt (Bild 3). Das Tool unterstützt den durchgängigen Engineering Workflow von der Planung bis zur Dokumentation.

Eine einfache Bedienung und übersichtliche Gestaltung mache die Konfiguration von Steckverbindern einfach, sicher und effizient, sagt Klippenstein. Die Produktdaten lassen sich in CAD-Tools zum rechnergestützten Konstruieren in 3D und EDA-Tools zum automatisierten Entwurf von Leiterplattenlayouts (z.B. von Mentor, Altium, Zuken etc.) vollständig integrieren. Eine 3D-Visualisierung im Konfigurator vereinfacht zusätzlich die Konfiguration des Steckverbinders.

Über den in der Software integrierten „Angebots-Dialog“ erhält der Kunde, wenn gewünscht, nach Abschluss der Konfiguration im WMC sein persönliches Angebot. Nach Annahme des Angebotes bekommt er seine individuell konfektionierten Steckverbinder innerhalb von drei Arbeitstagen zugesandt, von der individualisierten Mustermenge bis zur Serienbestellung.

Services für das effiziente Geräte-Design

Das Detmolder Unternehmen legt viel Wert auf die Unterstützung seiner Kunden im gesamten Prozess der Geräteherstellung und bietet individuelle Lösungen und Services für das Geräte-Design an. Dabei werde der Kunde in allen Projektphasen unterstützt, von der Erstellung des Lastenhefts über die Entwicklung und das Design bis hin zur Zulassung und Serienfertigung.

Zu den Serviceangeboten gehören im ersten Schritt grundlegende Informationen zu den Omnimate-Produkten. Der Anwender findet zielgerichtet Dokumentationen, die unter anderem Whitepaper, Angaben zu Luft- und Kriechstrecken, Normen und weiterführende Dokumente zum Download umfassen.

Der AppGuide gibt applikationsorientierte Produktempfehlungen. Mit wenigen Klicks eröffnet der AppGuide dem Nutzer eine Auswahl von Applikationen. Er findet für unterschiedliche Gerätefunktionen eine präzise Empfehlung für die am besten geeignete Anschlusslösung, die die Anforderungen an Handling, Baugröße, Sicherheit, Verarbeitungskosten und Normkonformität abdeckt.

Anschließend erfolgt das Leiterplatten-Design, bei dem die ausgewählte Anschlusstechnik auf die Leiterplatte gebracht wird. Hier profitiert der Anwender von einem umfangreichen Angebot an EDA-Bibliotheken für alle marktüblichen Formate. Produktindividuell wird bereits in der Vorschau sowohl das 3D-Bild, das Layout und die Symbolik für den Schaltplan angezeigt.

Um die Auswahl zu verifizieren, kann man den kostenlosen Musterservice nutzen. Dazu wird das gewünschte Muster aus dem Produktkatalog ausgewählt und die Bestellung abgeschlossen. Anwender erhalten das Produktmuster innerhalb von 72 Stunden weltweit. Durch QR-Codes auf den Produkten bzw. auf dem Karton, die einen direkten Link zu einem Handlings-Video schaffen, wird der Endanwender im Feld in seiner Tätigkeit unterstützt. Damit wird das gegenständliche Produkt mit einem weiteren digitalen Service verknüpft.

Buchtipp "Praxishandbuch Steckverbinder"

Das Nachschlagewerk richtet sich an Entwickler und Anwender, die sich mit Fragen der Geräteentwicklung und mit dem Einsatz von Steckverbindern befassen. Neben einem umfassenden Einblick in die Grundlagen, bietet das Buch praktische Auswahlkriterien und eine umfangreiche Steckverbinder-Datenbank.

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So ordnen wir Omnimate 4.0 ein

Weidmüller baut sein Produktportfolio und seine Services kontinuierlich aus, um die Geräteentwickler zu unterstützen. Dafür bringt das Unternehmen Omnimate 4.0 auf den Markt, ein modulares System zum Bau von Steckverbindern für Daten, Signale und Leistung. Anwendungsgebiete finden sich in Industriesteuerungen, Antriebssteuerungen und PV-Wechselrichtern.

Das Konzept weist drei wesentliche Vorteile auf:

  • SNAP-IN-Anschlusstechnik,
  • Globale Lieferung innerhalb von drei Arbeitstagen und
  • Konfigurator (digitaler Zwilling) für Designs ab Losgröße 1.

Durch das modulare Konzept ist das Portfolio auch für zukünftige Technologien, Systeme und Anschlüsse gerüstet. So bieten die Detmolder bereits für den Marktlaunch Mitte / Ende November 2020 eine hybride Variante mit dem Datensteckverbinder SPE an, der in zukünftige Antriebsteuerungen passt.

Das Start-Raster 5 mm (2,5 mm2) wird sukzessive erweitert: 7,5 mm (6 mm2) ab April 2022, 3,5 mm (1,5 mm2) ab April 2023 und 10 mm (16 mm2) ab April 2025.

Der Ausbau der Modulvielfalt, auch mit integrierter Funktionselektronik für den Einsatz in smarten und vernetzten Anwendungen im IIoT-Umfeld ist bereits in Planung (Sektorenkopplung, Power-to-X, DC-Struktur und Edge Devices). Damit werden individuelle Lösungen für völlig neue Applikationen, die bisher nur gedacht wurden, möglich.

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