Upgrades bei Steckverbindern Miniaturisierung ist weit mehr als nur Verkleinerung

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Bei Steckverbindern ist Miniaturisierung ein entscheidender Faktor, um technische, ökologische und wirtschaftliche Ziele zu vereinen. Anwendungsspezifische Entwicklungen und spezielle Konstruktionen für miniaturisierte Steckverbinder sind hier unumgänglich.

Der Wunsch nach kompakteren Bauformen ist in vielen Bereichen der Elektronik längst zur Notwendigkeit geworden. Die Reduktion von Größe und Gewicht elektronischer Baugruppen geht oft einher mit dem Anspruch, mehr Funktionalität auf engerem Raum zu integrieren, ohne dabei Abstriche bei Zuverlässigkeit oder Langlebigkeit zu machen. Insbesondere Steckverbinder stehen dabei vor der Herausforderung, mechanische Stabilität und elektrische Performance auf kleinstem Raum zu vereinen.

„Miniaturisierung wird oft mit der bloßen Reduktion physischer Abmessungen gleichgesetzt. Tatsächlich ist sie aber weitaus vielschichtiger“, erläutert Tibor Kovacs, Managing Director bei Suyin Europe, einem Spezialisten für Entwicklung und Fertigung maßgeschneiderter Steckverbinderlösungen. „Sie beginnt bei der Reduktion der Anzahl benötigter Komponenten und reicht bis zur Integration verschiedenster Funktionen in einem Steckverbinder.“ So lassen sich nicht nur Platz und Gewicht sparen, sondern durch geringere Packungsbedarfe auch Logistikkosten und der CO₂-Fußabdruck signifikant reduzieren.

So kombiniert beispielsweise ein kundenspezifischer Multi-Interface-Steckverbinder verschiedene Kontakttypen in einem einzigen Bauteil, statt mehrere Einzelverbinder zu verwenden. Das spart nicht nur 12 mm Bauraum, sondern vereinfacht auch Montage und Abdichtung und reduziert Fehlerquellen. In vielen Fällen verbessert sich durch diese Modularisierung auch die Wartungsfreundlichkeit im Feld, da weniger Schnittstellen auf Dichtigkeit und Kontaktgüte geprüft werden müssen.

Konstruktive Herausforderungen bei der Miniaturisierung

Miniaturisierung verlangt jedoch eine ganzheitliche Betrachtung mechanischer, elektrischer und ergonomischer Parameter. „Gerade bei hohen Steckzyklen oder bei starker Vibration müssen Kontaktmaterialien, Geometrien und Beschichtungen perfekt aufeinander abgestimmt sein“, betont Kovacs. Entscheidend sei beispielsweise, dass trotz reduzierter Abmessungen ausreichende Luft- und Kriechstrecken eingehalten werden können – insbesondere bei hohen Spannungen.

Weitere Aspekte sind die Ergonomie und Anwendersicherheit: Geführtes Blindstecken, Codierungen zur Vermeidung von Fehlsteckungen (Poka Yoke) sowie individuelle Steckwinkel erleichtern die Montage und reduzieren Fehler. Insbesondere bei Anwendungen mit begrenztem Sicht- oder Zugriffsraum – etwa in Fahrzeugdachkonsolen oder medizinischen Wearables – ist eine intuitive Handhabung essenziell.

Standardisierte Prozesse stoßen bei Miniaturisierung oft an ihre Grenzen. „Anwendungsspezifische Entwicklungen erfordern nicht nur technisches Knowhow, sondern auch die Leidenschaft, individuelle Lösungen wirklich realisieren zu wollen“, betont Kovacs.

Daher arbeitet das Engineering-Team aus Pfarrkirchen bereits in der Vorentwicklungsphase eng mit den Anwendern zusammen. Vor-Ort-Beratung in der jeweiligen Landessprache, ein hohes Verständnis für branchenspezifische Anforderungen und ein strukturiertes Entwicklungsmodell (SPDP) ermöglichen eine zielgerichtete Umsetzung. „Es muss dabei darum gehen, nicht nur Anforderungen zu erfüllen, sondern Ideen konsequent zu verwirklichen.“ Der Wille zur engen Zusammenarbeit muss sich dabei auch auf angrenzende Partner der Anwender erstrecken – etwa PCB-Designer, Zulieferer oder Montagetechnik-Verantwortliche.

Eigene Fertigungslinien für maximale Kontrolle

Im Fall von Suyin nimmt eine hohe Fertigungstiefe eine zentrale Rolle ein: Werkzeuge werden mit Mikrometer-Präzision selbst gefertigt, Produktionslinien intern (weiter-)entwickelt. Insert Molding, automatische Inline-Inspektion und ISO-17025-zertifizierte Prüflabore gewährleisten Qualität von der Prototypenfertigung bis zur Serie. Auch die Verpackung wird kundenindividuell angepasst, etwa für Tape-and-Reel- oder Stangenverpackungen.

„Gerade in Krisenzeiten wie während der Pandemie oder der Ukraine-Krise hat sich gezeigt, wie wichtig Kontrolle und Flexibilität sind. Best Practices haben ergeben, dass kein Anwender wegen fehlender Komponenten den Betrieb stoppen musste“, sagt Kovacs.

Hinzu kommen zertifizierte Qualitätssicherungsprozesse für medizintechnische (ISO 13485) und automotive (IATF 16949) Anwendungen. Kovacs: „Für viele Anwender ist vor allem eines entscheidend: Die langfristige Verfügbarkeit der individuell entwickelten Steckverbinder, ohne unerwartete Abkündigung.“

Indirekte Miniaturisierung: Mehr Leistung auf gleichem Raum

Miniaturisierung bedeutet nicht immer eine tatsächliche Verkleinerung des Bauteils. Auch die sogenannte indirekte Miniaturisierung bietet große Potenziale: Dabei bleibt der physische Formfaktor gleich, doch die Funktionalität oder Leistungsfähigkeit wird deutlich gesteigert. „In vielen Fällen ist es möglich, bei identischer Baugröße etwa die Strombelastbarkeit oder Datenrate signifikant zu erhöhen“, erklärt Kovacs.

Ein Beispiel dafür ist ein Steckverbinder aus dem Bereich Baumaschinen, der ursprünglich für 75 A ausgelegt war und durch gezielte Optimierungen bei Materialwahl, Kontaktdesign und Beschichtung auf 120 A bei gleichbleibendem Außengehäuse und Formfaktor aufgerüstet werden konnte. Solche Upgrades ermöglichen nicht nur technische Fortschritte beim Anwender bei gleichzeitiger Rückwärtskompatibilität zu den bereits im Markt befindlichen Ladegeräten, sondern reduzieren auch Entwicklungsaufwand, da keine Anpassung der umgebenden Baugruppen notwendig ist.

„Der bisherige Hersteller lehnte ab; wir konnten allerdings innerhalb von fünf Wochen einen Prototyp liefern und erfolgreich testen“, erinnert sich Kovacs. Die Serienwerkzeuge waren nach rund 12 Wochen einsatzbereit. Ergänzend wurden vorkonfektionierte Kabelsätze mitgeliefert, was eine zusätzliche Arbeitserleichterung für den Abnehmer darstellte.

Zuverlässigkeit, Ergonomie und Umweltschutz

Ein Best-Practice-Beispiel für direkte Miniaturisierung wiederum stammt aus dem Bereich E-Mobility: Hier konzipierte man einen Hochstromkontakt für Wallboxen so, dass der Typ-2-Stecker direkt auf die Leiterplatte ohne zwischengeschaltetes Kabel kontaktiert werden kann. Das spart Bauraum, Verpackungsvolumen und Material, was wiederum die CO₂-Bilanz verbessert. Gleichzeitig vereinfacht sich der Montageprozess für den Kunden erheblich.

In der Medizintechnik sollte ein kundenspezifischer Steckverbinder für EEG-Sensoren so flach wie möglich gestaltet sein, um auf dem Kopf des Patienten beim Schlafen nicht zu stören. Gleichzeitig musste das Material biokompatibel, nicht-allergen, temperatur- und chemikalienbeständig sowie sicher gegen Feuchtigkeitseintritt sein. Der entwickelte Inboard-Steckverbinder ähnelt optisch USB-C, ist aber kodiert und vollkommen individuell ausgelegt.

„In diesem Fall war auch die mechanische Belastung durch Bewegung im Schlaf sowie die Verträglichkeit mit menschlicher Haut ein wichtiger Faktor für die Entwicklung. Das gewählte Design erfüllt beides, wobei zugleich eine einfache Handhabung für medizinisches Personal gewährleistet bleibt“, so Kovacs.

Miniaturisierte, anwendungsspezifische Steckverbinder kommen in nahezu allen Industriebranchen zum Einsatz: Neben Medizintechnik, Maschinenbau und E-Mobility auch in den Bereichen Automotive, Industrieautomation oder Consumer Electronics. Hier steigen die Anforderungen an die Komponenten hinsichtlich Datenrate, Strombelastbarkeit und Funktionseinbettung stetig, während gleichzeitig die Geräte kompakter werden sollen.

„Individualentwickler stellen in diesem Zusammenhang grundsätzlich Partner dar, die nicht mit Anbietern von Kataloglösungen konkurrieren, sondern diese dort ergänzen, wo individuelle Anforderungen beginnen und umgesetzt werden müssen“, beschreibt Kovacs den Ansatz. In zahlreichen Fällen entstehen aus einmaligen Entwicklungen später auch modulare Produktfamilien – maßgeschneidert, aber dennoch skalierbar.

Wettbewerbsvorteile durch kundenspezifische Miniaturisierung

Standardprodukte reichen in vielen Fällen nicht mehr aus, um der steigenden Komplexität in Sachen Anforderungen an Steckverbinder gerecht zu werden. Individuell entwickelte Miniatursteckverbinder bieten genau hier den nötigen Anwendernutzen und Wettbewerbsvorteil. Sie verbessern nicht nur die Leistungsfähigkeit des Endprodukts, sondern tragen auch zu einer nachhaltigeren Produktion bei. Wer Miniaturisierung nicht nur als Verkleinerung, sondern als strategisches Optimierungsfeld begreift, kann Funktion, Ergonomie, Ökobilanz und Wirtschaftlichkeit messbar steigern.

Dabei ist entscheidend, dass Entwicklungspartner nicht nur Komponenten liefern, sondern diese ganzheitlich konzipieren: von der ersten Idee bis zur fertigungsgerechten Umsetzung. (kr)

* Nadja Müller ist Journalistin bei Wordfinder.

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