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07.04.2020

Robuste Miniatur-Steckverbinder für extrem kompakte Steuerungen

SMC-Steckverbinder von ERNI verbinden und versorgen S-DIAS-Module von Sigmatek.

Bei der Entwicklung des hoch kompakten Steuerungssystems S-DIAS von Sigmatek galt es den Bauraum im Schaltschrank bzw. in den Maschinen möglichst effizient und anwendungsoptimiert zu nutzen. So hat man sich, neben der außerordentlich kompakten Bauweise, für ein modulares Konzept entschieden. Das Resultat sind sehr schmale Steuerungsmodule mit nur 12,5 mm Breite. Die Versorgung sowie die Busverbindung der extrem schlanken Module erfolgt über robuste, miniaturisierte Mehrfachkontakt-Steckverbinder. Untereinander kommunizieren die Hutschienenmodule über den schnellen Echtzeit-Ethernet-Bus Varan mit 100 Mbit/s. Dafür und für die Spannungsversorgung wurde ein passender kompakter Steckverbinder gesucht, der sowohl dem anspruchsvollen Platzkonzept als auch den Geschwindigkeits- und Robustheitsanforderungen entspricht. Eine hohe Pinzahl auf kleinem Platz war dabei eine Grundvoraussetzung und die Impedanz-kontrollierten Signale sollten störungsfrei und sicher übertragen werden. All diese Anforderungen erfüllte der SMC-Steckverbinder von ERNI im 1,27-mm-Raster. 

 

Hochdicht, zuverlässig und robust 

Das S-DIAS-Steuerungssystem vereint schnelle Signalverarbeitung, einfache Handhabung, hohe Vibrationsfestigkeit und skalierbare Modularität in einer extrem kompakten Bauform. Damit können auch platzkritische Anwendungen adressiert werden, wo bisher oftmals nur spezielle Leiterplatten-Lösungen mit eingeschränkter Erweiterbarkeit eingesetzt wurden. Mit der hohen Packungsdichte werden Maschinen- und Anlagenbauer darin unterstützt, die wachsende Komplexität ihrer Maschinen zu beherrschen, bei gleichbleibendem Schaltschrankvolumen. Möglich wurde das Konzept durch den Einsatz der sehr kompakten SMC-Steckverbinder, die nicht nur die Module untereinander zuverlässig und mit hohen Datenraten verbinden, sondern auch eine sichere Versorgung der Module gewährleisten. So erfolgt die Varan-Busverbindung zwischen den verschiedenen S-DIAS-Modulen über die zweireihigen SMC-Steckverbinder so, dass die Performance des Varan-Busses ohne Einschränkungen genutzt werden kann. 

Für das modulare S-DIAS Konzept sind nicht nur die Module mit hoher Packungsdichte entscheidend, sondern auch deren sichere und robuste Verbindung untereinander. Daher war ein Steckverbinder gesucht, der mehrere - oftmals gegenläufige - Kriterien erfüllen musste. Grundsätzlich musste der Steckerbinder natürlich die in Bezug auf das Raster von 12,5 mm benötigte Stapelhöhe bieten und eine Datenrate von 100 Mbit/s (Varan Bus) mit ausreichender Marge unterstützen. Ein weiteres wichtiges Kriterium waren die Anforderungen an die Schock- und Vibrationsfestigkeit mit 15 g bzw. 1 g im Bereich von 8,4 bis 150 Hz. Der Stecker sollte sowohl für den Modulbus differentielle Signale, als auch die Spannungsversorgung (+ 24 V/max. 1,6 A; +5V /max.1,6 A) der I/O-Module verwendet werden. Also war auch eine entsprechende Stromtragfähigkeit gefordert. Letztendlich musste die Impedanz des Modulbusses mit 100 Ohm erfüllt werden. Die Wahl von Sigmatek fiel auf den SMC-Steckverbinder von ERNI, der mit seinen Spezifikationen alle genannten Kriterien erfüllt. 

 

Kompakt ohne Einschränkungen 

Beschränkter Platz, aber dennoch hohe Performance-Anforderungen kennzeichnen viele industrielle Steuerungen, wie eben auch die S-DIAS Familie. Dem müssen auch die Steckverbindungen Rechnung tragen. Entsprechend sind kompakte, sichere und zuverlässige Steckverbinder mit hoher Signalintegrität und hoher Strombelastbarkeit gefragt. Zunehmende Geräte-Funktionalität/Integration erfordert höhere Datenraten, höhere Polzahlen und kleinere Rastermaße. Das umfangreiche SMC-Portfolio vereint all diese oft gegensätzlichen Anforderungen und bietet vielfältige Lösungen. Die wesentlichen Design-Kriterien der SMC-Serie sind das doppelschenklige Federkontaktprinzip für sehr gute Kontakteigenschaften und äußerst zuverlässige Kontaktsicherheit, ein hochtemperaturbeständiger Isolierkörper mit Polarisierung und Einführschrägen und die sehr große Überstecksicherheit. Das optimierte Kontakt-Design zeigt einen nahezu kontinuierlichen Impedanzverlauf und erlaubt bei entsprechender Design-Auslegung die sichere Übertragung (differentiell) von Datenraten bis zu 3 Gbit/s.  

Viele Kunden bevorzugen SMT als Anschlussart und Reflow-Lötprozesse. Beim Einsatz von Steckverbindern mit sehr kleinem Raster muss hier insbesondere auf die sichere Verarbeitung geachtet werden.  

Für die industriellen Vibrations- und Schockanforderungen bietet die doppelseitige Kontaktgabe (mit Vibrations-/ Schocktests bis zu 20 g/50 g) unbestrittene Vorteile.  

Die hochzuverlässige Small Multiple Connector (SMC)-Steckverbinderfamilie gibt es in  verschiedenen Bauformen, wie geraden und abgewinkelten Messer- und Federleisten sowie einer Low-Profile-Ausführung. SMC-Steckverbinder benötigen wenig Platz bei hoher Kontaktdichte. Ein Vollmetall-SMT-Winkel nimmt auch hohe Steck- und Ziehkräfte auf. Die Kombination von verschieden hohen Messer- und Federleisten ergibt unterschiedliche Board-to-Board Abstände (8 mm bis 40 mm). Die verfügbaren Polzahlen reichen von 12 bis 80. 

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