Der Bedarf an kompakten und modularen Steckverbindern im Luftfahrtmarkt

Das Verkleinern des Flugzeuggewichts ist essentiell für die effiziente Verwendung des Treibstoffs. Dies senkt nicht nur die Kosten sondern erhöht auch die Reichweite der Maschinen, die so auf längeren Distanzen eingesetzt werden können. Nicht nur neue Materialien unterstützen diesen Prozess. Die Anzahl von Bauelementen durch die Vereinfachung der Struktur und Zusammensetzung der Elektroniksysteme zu reduzieren, ist ebenfalls ein sehr wirkungsvoller Ansatz. Diese Reduktion hat noch einen weitern Vorteil: Einfache und vereinheitlichte Strukturen führen zu einem einfacheren Ausrüstungsprozess und einer einfacheren Wartung.

Eine der wesentlichen Tendenzen ist, die Anzahl von Steuereinheiten zu verkleinern. Dies erforderte die Entwicklung von Verarbeitungseinheiten, die in der Lage sind bis zu vier Aufgaben in Echtzeit auszuführen. Auf diese Art entstand die Notwendigkeit, verschiedene Signale zu verarbeiten und sie von einem Elektronik-Board zu einem anderen zu senden: Digitalsignale, Analogsignale, Spannungsversorgung, Hochfrequenz, Ethernet, usw, mit ständig wachsender Bandbreite von bis zu 10 Gbit/s. LWL-Verbindungen werden aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Übertragungsgeschwindigkeit auch immer mehr bevorzugt. Dies erfordert verschiedene Arten von Steckverbindern (Mehrfachsteckverbinder, zusätzliche Anschlussmöglichkeiten, usw.), was wiederum das Risiko von Fehler erhöht sowie die Komplexität und das Gewicht der Anlage steigert. Die Entwicklung eines Steckverbinders für diese Signale wurde zu einer kritischen Angelegenheit.
Der Steckverbinder muss das Merkmal bieten, die meisten dieser Verbindungen in einem einzigen Anschluss in einer sehr kompakten Bauform herzustellen. Da es zu kostspielig wäre, einen Steckverbinder für jede einzelne Anwendung zu entwickeln, muss dessen Struktur modular sein. Dieser Steckverbinder mit einer hohen Kontaktdichte besteht aus Bausteinen, die frei kombiniert werden können. Die Bausteine können mit traditionellen elektrischen Signalkontakten, koaxialen oder Leistungs-Kontakten sowie LWL-Anschlüssen ausgestattet werden, wie es die Entwicklungsplanungen erfordern. Für diesen Steckverbinder wurden die klassischen mechanischen Grenzen für die Isolierung der elektrischen Kontakte neu überdacht. Das Prinzip der Stapelbausteine halbiert die Dicke der Seitenwände zwischen den äußeren Kontaktsockeln (Bild 1) von 0,45 mm auf 0,21 mm.

Um all dies zu erreichen hat Amphenol Socapex den neuen Steckverbinder HILINX entwickelt. Er verwendet ein spezielles S-förmiges Layout, bei dem die Module ohne Kontaktverlust zusammengesteckt werden können (gleich bleibender Abstand zwischen den Anschlüssen). Die Module werden von zwei rostfreien Klammern – eine auf jeder Seite – gehalten.

Für diese Vorgabe musste ein Block aus Kunststoff mit sehr dünnen isolierenden Wänden entwickelt werden, der für alle militärischen und aeronautischen Umgebungen (Vibrationen, Temperaturschocks, usw.) geeignet ist. Die Teile müssen frei von allen Fehlern sein, die bei der Verwendung von Kunststoff entstehen können – keine Injektionsblitze und keine unvollständigen Füllungen der Druckgießform – um die mechanische Festigkeit und den Schutz vor Durchschlägen zu gewährleisten (Spannungsfestigkeit 750 VRms bei 60 Hz gemäß dem Standard MIL-DTL-55302).

Die Toleranzen bei der Herstellung müssen ebenfalls sehr klein sein. Um alle Risiken einer Verschmutzung zu vermeiden, müssen die Bauelemente ohne jedes Gleitmittel eingefügt werden. Der Durchmesser der Kontakte muss bei bestimmten Größen innerhalb eines Toleranzbereichs von 0,03 mm liegen.

Neue spezielle Werkzeuge mit minimalen mechanischen Toleranzen wurden entwickelt. Der Heizzyklus wurde in einer geschlossenen Schleife optimiert, um eine ausgezeichnete Füllung der Druckgießformen und Oberflächengüte zu erreichen. Die Kunststoffteile bieten eine Toleranz von etwa 0,05 mm. Die Klammern, welche die Bausteine zusammenhalten und die Anschlusskontinuität liefern, werden mit Toleranzen von 0,03 mm hergestellt. Das Clip- und Stehbolzen-Fixierungssystem stellt einen perfekt angeordneten Baustein sicher. Eine lange Optimierung der Einstellungen war notwendig, um diese Ergebnisse zu erhalten. Das Herstellungsverfahren wird durch die Entnahme von Proben überprüft.

Die Klammern werden mit den konfektionierten Bausteinen mit Hilfe einer Zweikomponenten-Haftstruktur verbunden, welche der Wärmeausdehnung und Feuchtigkeit widersteht und aeronautischen Erfordernissen entspricht.

Das verwendete Isoliermaterial ist ein LCP (Flüssigkristallpolymer) Thermoplast. Es bietet verbesserte elektrischen Eigenschaften, eine hohe Hitzebeständigkeit, eine gute chemische Resistenz, eine ausgezeichnete mechanische Stabilität und eine gute Verarbeitbarkeit beim Spritzguss. Darüber hinaus widersteht steht es den Flammentests. Die Werte für die Feuchtigkeitsaufnahme sind auch sehr niedrig.

Die gestapelte Konstruktion ohne Verlust von Anschlüssen stellt die perfekte Kontinuität im Anschlussbild sicher. Dies bedeutet, dass der Steckverbinder 100%ig kompatibel (nur in der Signalkontaktversion) mit bekannten einteiligen aeronautischen Standardanschlüssen ist (M 55302/190 bis /193).

Der Abstand zwischen den Signalkontakten beträgt 1,905 mm in einer versetzten Anordnung. Die Module können in 2, 3, 4 oder 6 Reihen zusammengestellt werden. Die Signalkontakte bieten das Starclip-Prinzip, das eine einzigartige Zuverlässigkeit liefert. Diese wurde gemäß dem Standard MIL DTL 55302 und mit weiteren schwierigen Tests mit Vibrationen und Stößen überprüft. Die elektrische Verbindung wurde dabei mit einer Auflösung von 2 ns überwacht.

Amphenol liefert das breiteste Spektrum von Kontakten auf dem Markt: Kupfer (Signale, Leistung, HF, Quadrax, usw.) und LWL (Stirnflächenkopplungen, Linsen, usw.). Zum Beispiel können hybride Verbindungen mit RADSOK^®-Leistungskontakten ausgestattet sein. Die männlichen 2,4-mm-Kontakte können Ströme bis zu 35 A übertragen und benötigen nur wenig Platz in Modulen mit drei Reihen Signalkontakten.

Die Anschlüsse wurden für raue Umgebungen entworfen: Der zulässige Temperaturbereich beträgt –65 °C bis +150 °C und sie widerstehen Salzspray bis zu 96 Stunden. Sie überstehen auch Stöße und Vibrationen entsprechend den Testmethoden der Normen SAE AS 13441, 2004 und 2005 und auch anderen Vibrationsspektren, die dem aeronautischen Einsatzbereich entsprechen. Der maximale elektrische Widerstand der Signalkontakte beträgt 10 mOhm.

Die Anwendungen dieser neuen Art von Steckverbindern liegen hauptsächlich in Luftfahrt. Sie werden aber auch in der Medizintechnik, der Automation, der Bahntechnik, der Ölförderung und der Wehrtechnik eingesetzt. HiLinx erleichtert die Entwicklungsarbeit für Steckverbinder für gedruckte Schaltungen und verringert die Anzahl von Bauelementen während die Leistung und Zuverlässigkeit gesteigert wird. Sie liefern Lösungen die häufig kompakter und preiswerter sind.

Bild 2, 3 und 4: Beispiele für gemischte Signale im gleichen Steckverbinder.