Anwenderkongress Steckverbinder 2023: Rückblick Die Industrie baut auf nachhaltige Verbindungen

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Daten, Signale, Leistung – Steckverbinder bilden das Rückgrat elektronischer Systeme. Von Kunststoffen und Beschichtungen über DC-, Hybrid- und SPE-Steckverbinder bis zu 3-D-Druck und Kabelkonfektion reichten die Themen, die Mitte Juni auf dem Steckverbinderkongress in Würzburg diskutiert wurden. Auch die Frage der „Nachhaltigkeit“ nahm einen breiten Raum ein.

„Wir sind Oberflächenspezialist, doch Steckverbinder sind bisher nicht in unserem Fokus gewesen – aber dieser Kongress ist eine tolle Gelegenheit, um sich umfassend über das Thema zu informieren und gleichzeitig vielversprechende neue Kontakte zu knüpfen“, fasst Jacko Pijper, Global Business Manager von dem kanadischen Unternehmen Optimum Anode Technologies, seine Erfahrungen aus drei Tagen Steckverbinderkongress zusammen.

422 Teilnehmer sowie 56 Referenten und 56 ausstellende Firmen trafen sich auf dem 17. Anwenderkongress Steckverbinder im Vogel Convention Center in Würzburg, um sich auf Europas größter Veranstaltung zu diesem Thema über aktuelle Trends, Praxiserfahrungen, Forschungen und Entwicklungen zu informieren.

Neben Werkstoffen, Oberflächen und Beschichtungen, High-Speed- und Gleichstrom-Steckverbindern, Single Pair Ethernet, 3-D-Fertigung und Kabelkonfektionierung, Messmethoden und Normen nahm das Thema „Nachhaltigkeit in der Steckverbinderindustrie” breiten Raum ein.

Podiumsdiskussion: Der PCF-Wert von Steckverbindern

So widmete sich der erste Kongresstag nach den etablierten und immer wieder gut besuchten Basisseminaren zu Kennwerten und Einsatz von Steckverbindern, Kupferwerkstoffen und Oberflächenbeschichtung, Kontaktphysik und der Auswahl von Kunststoffen für Steckverbinder am Nachmittag ausführlich dem Thema „Product Carbon Footprint” (PCF) von Steckverbindern.

Georg Steinberger, Vorsitzender des Vorstands des FBDi e.V., stellte seinen Impulsvortrag unter das Motto „Nachhaltigkeit – Totgeschwafelte leben länger”, und in der anschließenden Podiumsdiskussion diskutierten Dr. Simon Althoff (Weidmüller), Jan Van Cauwenberge (TE Connectivity), Christian Eckert (ZVEI), Ilhan Körbulak (OTMK), Carsten Niermann (Akro-Plastic), Wiebke Speckels (BASF Polyurethanes), Dr. Martin Schäfers (Phoenix Contact) und Georg Steinberger über Nachhaltigkeit in der Steckverbinderindustrie: Denn der CO₂-Abdruck auf Produktebene ist ein sehr komplexes Thema, bei dem momentan sehr viel im Umbruch bei den Produktionsprozessen ist. Schon heute besteht Handlungsbedarf auf Seiten der Hersteller und Lieferanten, aber auch den OEMs. Die acht Experten versuchten Antworten darauf zu geben, worauf sich Hersteller und Kunden einstellen müssen und wie Vorgaben und Daten zu interpretieren sind und wie man die Daten erhält.

Steckverbinderkongress 2023, Tag 1

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Poster Slam mit Zuschauer-Award

Den Abschluss des ersten Tages bildete ein Poster Slam mit anschließendem get together: Angelehnt an einen „Poetry Slam“ (Wettbewerb, bei dem selbstverfasste Texte innerhalb kurzer Zeit vorgetragen werden), konnten zehn Referenten in 3-minütigen Kurzvorträgen ihre Poster den Zuhörern vorstellen – die dann jeden Vortrag bewerteten:

• Gut gecrimpt – trotzdem schlecht verbunden; Alexander Walter (HTV Conservation).

• Board-to-Board design for High-Speed Signal Chains; Baptiste Bouix (Würth France).

• Die Bedeutung des Digital Twins auch für smarte Steckverbinder; Andreas Huhmann (Harting Stiftung).

• Innovationen im Bereich grünerer Fertigung und Technologie; Ilhan Körbulak (OTMK).

• Die Oberflächentechnik in der digitalen Transformation; Thomas Frey (Gerweck).

• Auslegung der MDI bei Power over Single Pair; Simon Mark (Würth Elektronik).

• Anwendungen für nachhaltige und selektive Beschichtungen bei Steckverbindern; Heiko Mueller (Hugo Kern und Liebers).

• NiP – elektrolytisches Nickel-Phosphor für hohe Stromdichten; Steffen Habekuß (Technic Deutschland).

• Kopplungsdämpfung und Burstprüfung an symmetrischen Kabeln; Ralf Tillmanns (Weidmüller), Bernhard Mund (bda connectivity).

Beim Publikum kam der Poster Slam sehr gut an. Als bester Beitrag prämiert wurde der Vortrag „Die Oberflächentechnik in der digitalen Transformation“ von Thomas Frey, Vertriebsleiter der Gerweck GmbH Oberflächentechnik aus Bretten.

Die Idee zu dem Poster Slam hatte Kristin Rinortner, Fachredakteurin bei der ELEKTRONIKPRAXIS und verantwortlich für den Steckverbinderkongress: „Ich finde, ein Slam ist ein spannendes und sehr dynamisches Format – und das habe ich für den Kongress adaptiert. Damit erhalten die Poster nun deutlich mehr Beachtung.”

Das bestätigt auch Ilhan Körbulak, Geschäftsführer OTMK: „Wir sind seit 2015 beim Steckverbinderkongress dabei und stellen fest, dass die Themen Oberflächentechnik und Werkstoffe, in denen wir zuhause sind, immer breiteren Raum einnehmen – in den Vorträgen, in den Gesprächen und bei der Abendveranstaltung. Auch mit den Postern sind wir seit Jahren dabei, aber eine solche Resonanz wie nach dem Poster Slam hatten wir noch nie – das kam hervorragend an.”

Nachhaltigkeit: Der PCF-Wert bei Steckverbindern

Das Thema Nachhaltigkeit bildete auch einen Vortragsblock am zweiten Kongresstag: So gingen Alexander Hornung (ZVEI Arbeitskreis PCF Connectors) und Marion Graupner (ZVEI) in ihrer Keynote auf den CO₂-Fußabdruck von Steckverbindern und die Herausforderungen bei der Reduzierung anhand eines Anwendungsbeispiels ein. Der Vortrag gab einen Überblick über Begrifflichkeiten und regulatorische Vorgaben und stellte die Ergebnisse aus dem Arbeitskreis PCF Connectors vor. Bewertet wurden vorhandene Open-Source-Software-Systeme und Datenbanken und darauf aufbauend Ansatzpunkte für eine Berechnungsbasis definiert.

Ziel soll sein, ein einheitliches Berichtsformat von unterschiedlichen Kundenanforderungen zu etablieren sowie eine transparente Methodik zur Ermittlung, Analyse und Weitergabe von Emissionsdaten unter Wahrung unternehmensspezifischer Interessen zu gestalten.

„Der Product Carbon Footprint, kurz PCF, kennzeichnet den CO₂-Ausstoß, der bei der Produktion eines Produkts und des gesamten Lebenszyklus entsteht. So erfahren wir, ob ein Produkt klimaneutral ist oder nicht. Aktuell beschäftigt sich die Gesetzgebung in Europa intensiv mit diesem Thema – und damit muss sich auch die Industrie damit auseinandersetzen, um das Ziel der Klimaneutralität zu erreichen. Im ZVEI Arbeitskreis PCF Connectors haben wir einen Leitfaden zur Berechnung des CO₂-Fußabdrucks bei der Produktion von Steckverbinder erarbeitet – mit Beschreibung der Anforderungen und Herausforderungen sowie Tipps zur Umsetzung", erläutert Hornung.

Einen Leitfaden zu Anforderungen und Umsetzung der Berechnung gibt es beim ZVEI.

Und was der PCF-Wert eines Steckverbinders mit elf Tassen Kaffee zu tun hat, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Auch der Vortrag von Dr. Isabell Buresch und Jan Van Cauwenberge, beide TE Connectivity, behandelte den Product Carbon Footprint. Vorgestellt wurden Möglichkeiten, die Werkstoffausnutzung in Kombination mit dem Design und Produktionsprozess effizienter zu gestalten, Performance und Miniaturisierung bestmöglich zu kombinieren sowie neue innovative Oberflächenbeschichtungsprozesse und Schichtsysteme applikationsgerecht zu entwickeln.

Auf die technischen Herausforderungen bei der Umstellung auf bleifreie Steckverbinder gingen anschließend Johann Ried und Martin Schäfers ein, beide Phoenix Contact. Bleifrei wird Mitte 2026 gesetzt sein und nicht zu unterschätzende Herausforderungen für die Metall- u. Elektroindustrie zur Folge haben.

Es wurde aufgezeigt, warum die essentiell wichtigen Eigenschaften der Zerspanbarkeit und der Kaltverformbarkeit bei Steckverbindern aus bleifreien Legierungen gegensätzlich sind. Neben dieser gibt es noch weitere Herausforderungen, denen durch technische Innovationen, Lieferantenkommunikation und stetige Weiterentwicklung von Materialien, Werkzeugen und Maschinen begegnet werden kann.

DC-Steckverbinder: Anforderungen und Lösungen

Mit der Frage nach den erforderlichen Qualitäten von Steckverbindern in Gleichstromnetzen beschäftigten sich Mathias Ohsiek und Marc Klimpel (beide Phoenix Contact) in ihrem Vortrag nach: Denn bei Gleichstromnetzen ist zu berücksichtigen, dass beispielsweise kapazitive und induktive Lasten die Lebensdauer der Steckverbindungen beeinflussen können.

Denn unterschiedliche Lastkollektive haben unterschiedliche Auswirkungen auf ihre Funktionsfähigkeit. So führt beispielsweise eine hohe kapazitive Last dazu, dass kurzzeitig hohe Inrush-Ströme fließen, welche die Kontakte schädigen. Eine hohe induktive Last hingegen gefährdet Material und Anwender beim Trennen. Entsprechend müssen die Steckverbinder darauf abgestimmt werden.

Steckverbinderkongress 2023, Tag 2

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Florian Vogel (Beckhoff Automation) ging in seiner Präsentation auf standardisierte Steckverbinder mit Zukunftsorientierung ein – denn Maschinen und Anlagen müssen immer häufiger flexibel aufstell- und umrüstbar sein, um eine Segmentierung von Maschinenmodulen, One-Piece-Flow und Individualisierung von Konsumgütern kostengünstig zu ermöglichen.

Neben Plug-and-play-Lösungen bei Steckverbindern und Software ist der dezentrale Ansatz bei Geräten wie Servoantriebe, Netzteile oder SPS-Steuerungen einer der Treiber. Das IEC-Standardisierungsvorhaben 61076-2-118 soll Geräte- und Steckverbinderherstellern sowie den Maschinen- und Anlagenbauern eine Plattform bieten, um aktuelle und zukünftige Problemstellungen dezentraler Technologie aufzuarbeiten, zu lösen und neu zu denken. „Wo wir bei Beckhoff hinwollen, ist die Schaltschrank-lose Maschine“, denn ein Kabel ist immer nachhaltiger als zwei Kabel.

Elektrothermische Kenngrößen: Simulation und KI

Hybride Versuchssimulationen und KI-gestützte Modelle zur Bereitstellung elektrothermischer Kenngrößen von Steckverbindern stellte Dr. Wilhelm Rust von Wago vor. Als Alternative zur klassischen Versuchsreihe beschrieb er, wie sich elektrothermische Kenngrößen in einem hybriden Prozess aus Laborversuch und Simulation ermitteln lassen. Ausgehend von dem virtuellen Modell werden Methoden der künstlichen Intelligenz genutzt, um die Datenbasis auf individuelle Lastprofile und Umgebungstemperaturen zu erweitern. Anstelle eines starren Datenblattes ermöglicht solch ein Modell dem Planer eine individuelle und interaktive Abfrage von Produktdaten beim Hersteller des Steckverbinders.

„Das Eckige muss ins Runde“ – so überschrieb Gert Havermann von Harting seinen Vortrag zu den Herausforderungen bei der Qualifizierung der HF-Eigenschaften von Datensteckverbindern. Denn die Messtechnik ist bei hohen Frequenzen und Datenraten bezüglich der elektrischen Schnittstellen sehr eingeschränkt. Es gibt nur wenige Mess- und Testgeräte, die eine Alternative zum Koaxialanschluss bieten.

Wenn es nicht koaxiale Schnittstellen sind, handelt es sich fast immer um anwendungsspezifische Geräte wie Netzwerktester oder Kabeltestgeräte (USB oder LAN). Diese Geräte geben jedoch keine Einsicht in die Performance von zu einer Anwendung gehörenden Komponenten wie Steckverbindern oder Kabeln, hier muss auf generelle Hochfrequenzmesstechnik zurückgegriffen werden. So ergibt sich in diesen Fällen das Problem, dass das 'Eckige ins Runde muss' – also eine geeignete Brücke vom Testobjekt zum koaxialen Messanschluss gebaut werden muss.

SPE: Signalintegrität und Reichweite

Sebastian Stamm, Phoenix Contact, beschrieb in seiner Präsentation die Konsequenzen aus den ständig steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Verbindungstechnik: Denn mit der immer stärkeren Vernetzung moderner Geräte erhöht sich auch die Anzahl der Schnittstellen. Das Ziel ist eine möglichst hohe Signalintegrität, d.h. eine möglichst wenig beeinträchtige Datenübertragung.

Eine Steckverbinder-Eigenschaft, die in direktem Zusammenhang mit der Signalintegrität steht, ist die Impedanz. Abweichungen von der Nenn-Impedanz reflektieren das Datensignal zurück zum Sender. Werden die Reflexionen zu hoch, überlagern sich die reflektierten und gesendeten Signale. Dies kann zur Störung eines Übertragungssystems führen. Anhand praktischer Beispiele aus der Entwicklung des Single-Pair-Etherne-Portfolios bei Phoenix Contact erläuterte er, wie die Einflussgrößen während der Produktentwicklung gezielt zur Optimierung der Signalintegrität und Impedanz genutzt werden können.

Single Pair Ethernet: „Mit 100 MBit 100 Meter weit kommen, geht das?” Die Antwort darauf gaben Simon Seereiner, Weidmüller, und Matthias Karcher, Microchip Technology, in ihrem Referat: Die IEEE-Spezifikationen definieren Mindestanforderungen an die Reichweite von Single-Pair-Ethernet-Verbindungen. Im Fall von 100BASE-T1 verlangt die Norm 802.3bw mindestens 15 m. Praktische Implementierungen können diese Mindestanforderungen jedoch weit übertreffen.

Die richtige Auswahl von Kabeln, Steckverbindern und Halbleiterkomponenten führt zu Eigenschaften im Kommunikationskanal, die eine Reichweite über 100 m ermöglichen, wie in dem Vortrag anhand einer Beispielimplementierung gezeigt wurde. Damit können mit einpaarigen Ethernetübertragungen die gleichen Applikationen bedient werden wie mit heute weitverbreiteten zwei- oder vierpaariger Ethernetübertragung.

Fertigung: 3-D-Druck und Automatisierte Konfektionierung

Dr. Sonja Baumgartner, Cubicure, und Dr. Alexander Starnecker, Weisser Spulenkörper, erläuterten in ihrer Präsentation, wie „Hot Lithography: Flexibilität durch digitale Produktion“ Herstellern dabei helfen kann, kundenspezifische Anforderungen, eine große Bandbreite an Stückzahlen und kurze Lieferzeiten unter einen Hut zu bringen.

Additive Fertigung bietet die notwendige Produktionsflexibilität und Designfreiheit. Cubicures Drucktechnologie und umfangreiches Materialportfolio, in Verbindung mit einem skalierbaren Post Processing schaffen außerdem den Spagat vom Prototyping zur Herstellung von Millionen verkaufsfertiger Teile pro Jahr.

Mit ihren elektrischen und Isolationseigenschaften erfüllen FR-Materialien von Cubicure den Bedarf an flammgeschützten und hitzebeständigen Werkstoffen. Führende Anbieter haben das Verfahren Hot Lithography bereits als werkzeuglose Fertigungsalternative zum Spritzguss evaluiert und vielversprechende Anwendungsbeispiele verschiedener Hersteller konnten im Vortrag gezeigt werden.

Die automatisierte Konfektionierung von Steckverbindern mittels Industrierobotern sowie Herausforderungen und Lösungen beschrieb Sven Dittus, ArtiMinds Robotics, in seinem Vortrag. Um trotz des höheren Lohnniveaus in Europa wettbewerbsfähig zu bleiben, entscheiden sich immer mehr Unternehmen ihre Prozesse zu automatisieren.

Die über viele Jahrzehnte hinweg entwickelten Prozesse und Komponenten im Bereich der Kabel- und Steckverbinderkonfektion waren für die manuelle Fertigung ausgelegt und optimiert und stellen Unternehmen bei der Automatisierung vor etliche Herausforderungen. Neben anwendungsbezogenen Lösungsansätzen gab es im Vortrag auch eine Handlungsempfehlung, welche Problemstellungen sich mittels flexibler Robotik lösen lassen und bei welchen Randbedingungen der klassische Sondermaschinenbau der geeignetere Weg ist.

Die Workshops

Neben den Vorträgen fanden am zweiten und dritten Kongresstag wieder Hands-on Workshops statt. Die Themen dieses Jahr:

• Dichtheitsprüfung von Steckverbindern im Produktionsprozess; Dr. Joachim Lapsien (Ceta Testsysteme).

• Messsystemanalyse zur Optimierung der Qualitätskontrollen mittels Röntgenfluoreszenzanalyse; Dr. Konstantinos Panos (Helmut Fischer).

• „Hands on SPE“: Steckverbinder, Systemkabel, Verkabelung und aktive Geräte im Einsatz; Matthias Fritsche (SPE Industrial Partner Network).

• Differentielle Datenübertragung in Datenbussen wie USB und Ethernet; Dr. Thomas Gneiting (Admos).

• „Hat es wirklich Klick gemacht?“ - Akustische Prüfsysteme für Steckverbindungen in der Automobilproduktion; Danilo Hollosi (Fraunhofer IDMT).

• Qualifizierung von Kabelkonfektionen für industrielle Anwendungen; Werner Häring (Lacon Electronic) und Joachim de Buhr (Euroconnectors).

Blick auf Würzburg: Die Abendveranstaltung im Nikolaushof

Zum Abschluss des zweiten Kongresstages bot dann die traditionelle Abendveranstaltung, die bei schönstem Wetter auf dem Nikolaushof in Würzburg mit einem einzigartigen Blick über die Stadt stattfand, nochmals viel Raum für den fachlichen wie persönlichen Austausch.

„Der Nikolaushof war eine sehr gute Wahl für die Abendveranstaltung”, konstatierte beispielsweise Andreas Zipser, Executive Consultant bei PGUB. „Wir hatten sehr gute Kontakte auf dem Kongress und konnten dann abends die Gespräche weiter vertiefen. Vor allem das Thema Nachhaltigkeit ist für unsere Kunden inzwischen von großer Bedeutung. Und dazu gab es ja auf dem Kongress viele technische Vorträge, Überblicke und Trends. Das Thema ist meiner Meinung nach nun komplett in der Industrie angekommen, speziell im für uns wichtigen Automotive-Bereich. Der Steckverbinderkongress hat mir gezeigt, wie der Stand ist und welche Entwicklungen noch auf uns zukommen. Das ist für zukünftige Gespräche mit meinen Kunden eine wichtige Basis, und auch bei der Abendveranstaltung wurde das Thema immer wieder aufgegriffen.”

Steckverbinderkongress 2023, Abendveranstaltung

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Ähnlich fiel das Urteil von Paola Hernandez, Product Development Engineer eProducts bei BorgWarner, zu dem Abend-Event wie auch der gesamten Veranstaltung aus: „Die tolle Location der Abendveranstaltung war ein entspannter Rahmen, um die Gespräche vom Kongress fortzusetzen. Ich war das erste Mal auf der Veranstaltung, und ich konnte viele Informationen und Anregungen mitnehmen. So ist Nachhaltigkeit bei uns in der Firma auch ein wichtiges Thema, daher waren die entsprechenden Vorträge sehr informativ, welche Möglichkeiten es im Bereich der Steckverbindungen inzwischen dabei gibt. Und besonders interessiert haben mich Kunststoffe im Steckverbinderbereich, auch dazu gab es sehr inhaltsstarke Vorträge und Basisseminare.”

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