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Die ODU AMC High-Density Steckverbinder erfüllen heutige Anforderungen an Bildverarbeitungssysteme und sind für kleinste Einbauräume konzipiert. Bild: ODU
Datenübertragung

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Steckverbinder im Dreiklang

Text: Günter Rohr, ODU
Für Bildverarbeitungssysteme sind schnelle, zuverlässige und verlustfreie Übertragungen essenziell. Hinzu kommen Miniaturisierung, hohe Poldichte und Stromversorgung. Herausforderungen, denen sich auch Steckverbinderhersteller stellen.

Das Wachstum der europäischen Branche der industriellen Bildverarbeitung wird auf zehn Prozent im Vergleich zum Vorjahr prognostiziert, zum Abschluss dieses Jahres werden acht Prozent erwartet, so der VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau). Die Branche zählt zu den Innovationstreibern. Kein Wunder, denn die Bildverarbeitungssysteme sind Multitalente, die in industrieller wie nicht-industrieller Umgebung zur Anwendung kommen. Die Vorteile liegen auf der Hand. Das Bildverarbeitungssystem ist integriert im Prozess, misst jedes Werkstück im Fertigungstakt und überprüft die Qualität der Einzelbauteile.

Wichtig für die einwandfreie Funktionalität sind die Schnittstellen der Bildverarbeitungssysteme, zum Beispiel die Steckverbindungen. Sie müssen die Signale und Daten schnell, zuverlässig und verlustfrei übertragen. Nur, wenn diese einwandfrei funktioniert, arbeitet auch das Vision-System ohne Ausfälle. In den vergangenen Jahren ist die Leistungsfähigkeit der Bildverarbeitungssysteme stetig gestiegen. Die höhere Auflösung der Kameras, wachsende Prozessorleistung sowie Mehrprozessortechnologie und hochentwickelte Software benötigen leistungsstärkere Komponenten. Zugleich schrumpft die Baugröße der Kamerasysteme. Aktuelle Bildverarbeitungssysteme weisen teilweise nur noch eine Baugröße von 29 auf 29 Millimeter auf. Für die Konzeption einer Steckverbindung erhöht sich damit die Komplexität. Die Baugrößen werden immer noch kleiner. Vor diesem Hintergrund agieren Steckverbinderhersteller wie ODU mit ihren Verbindungslösungen.

High-Density, High-Speed, High-Power

Die drei entscheidenden Schlagwörter für die Verbindungslösungen sind High-Density, High-Speed und High-Power. Allen drei Anforderungen gilt es mit Fertigungskompetenz zu begegnen, um diese passgenau für die Applikation umzusetzen. High-Density bedeutet dabei die höchstmögliche Packungsdichte auf kleinstem Raum. Gerade im Bereich der industriellen Bildverarbeitung werden platzsparende Lösungen bis zu ihrer technischen Umsetzbarkeit ausgereizt. Die Miniaturisierung betrifft sowohl den Steckverbinder als auch das Kabel und seine Anbindung. So müssen trotz hoher Poldichte die Zuverlässigkeit und einwandfreie elektrische Funktion der Steckverbindung garantiert sein. Neben dem Steckverbinder spielen andere Komponenten wie das Kabel und die Verarbeitung im Gerät eine entscheidende Rolle für die Funktionsfähigkeit des ganzen Systems. ODU setzt hierbei auf den Lötanschluss, bietet die Konfektion inklusive Umspritzung als Gesamtlösung an und hat Lösungen für die Geräteseite erarbeitet, zum Beispiel einen Anschluss über Starr-Flex-Systeme. Im Kontakt mit seinen Kunden hat ODU festgestellt, dass nicht mehr nur die Zulieferung der Steckverbindung gefordert ist.

Entscheidendes Feature auf Steckverbinderseite sind auch High-Power und High-Speed. Steckverbindungen müssen die Datenraten gängiger Datenprotokolle wie HDMI 2.0 und USB 3.0 übertragen. USB 3.0 bedeutet für die Schnittstelle jedoch nicht nur die Übertragung von mehr Daten in kürzerer Zeit, sondern auch die Einbindung der Stromversorgung. Eine Hybridlösung aus High-Power und High-Speed ist gefragt. Die Belegung der Kontakte und die Schirmung der Signalleitungen sind essenziell, um die einwandfreie Übertragung zu garantieren. Statt aufwändige Muster sowie zeit- und kostenintensive Entwicklungsschritte setzt ODU bei der Konstruktion der Steckverbindung auf die Simulation der Datenraten. Projektspezifisch fließen die Ergebnisse direkt in die Konstruktion des Bauteils mit ein.

Ergebnisse aus dem Labor

Bei der Hochfrequenz-Simulation wird unter anderem der Wellenwiderstand überprüft, gegebenenfalls Kompensationsbereiche eingefügt und aus den entstandenen Lösungen die Streuparameter sowie die elektromagnetische Verträglichkeit berechnet. So prüft und optimiert der Steckverbinder-Hersteller die Konstruktionen, die auf raue Umgebungsbedingungen ausgelegt sind, schnellstmöglich auf ihre Verwendung für die Datenübertragung. Zusätzlich steht ein Netzwerkanalysator für das Messen von Durchgangs- und Reflektionsdämpfung, Impedanz- beziehungsweise TDR-Messungen (Zeitbereichsreflektometrie) zur Verfügung. Hier kann an Koaxial- oder auch an mehrpoligen Steckverbindern die Signalintegrität und das Hochfrequenzverhalten bis zu 8,5 Gigahertz messtechnisch abgesichert werden.

Der Abgleich der Laufzeit sowie des Nah- und Fernübersprechen mit den geltenden Normen ist ebenfalls fester Bestandteil im Entwicklungsprozess. Das Design-to-Cost Verfahren spielt trotz gesteigerter Funktionalität und kurzer Entwicklungszeit eine große Rolle. Die Simulation und Analyse ermöglichen es nachzuvollziehen, welche Features für den Kunden zwingend notwendig und welche ein Nice-to-Have sind. Damit lassen sich die Kostenvorgaben berücksichtigen. In fast allen Fällen kann bereits mit den ersten Prototypen der Serienstand erreicht werden. Am Ende der Laborphase steht damit eine kurze Entwicklungsphase und eine schnelle Lieferzeit.

Neben den schon genannten Punkten stehen für die Kunden aus der Bildverarbeitung weitere Parameter im Fokus. Die Steckverbindung muss also noch mehr können, als hohe Datenraten zu übertragen.

Bei der Verriegelung greifen die Kunden je nach Einsatzfall zu einer Push-Pull-Verriegelung oder der Abreißfunktion. Wichtig für den Markt ist hier, dass das Trennen der Verbindung einfach und schnell bei kleinsten Abmessungen der Steckverbindungen durchzuführen ist. Bei der Push-Pull-Verriegelung sichert sich diese Steckverbindung von selbst – so bleibt die Verbindung vor ungewolltem Lösen geschützt. Sie öffnet erst, wenn sie es soll: durch einfaches Zurückziehen der Außenhülse am Stecker. Die Steckverbinder mit Abreißfunktion ermöglichen eine schnelle Trennung; das schützt teure Kamerasysteme bei unbeabsichtigtem Zug am Kabel.

Die fertige Steckverbinderlösung

Für diesen Anforderungskatalog kann ODU unterschiedliche Produktreihen anbieten. Die neueste Entwicklung heißt ODU AMC High-Density. Der zwei bis 40-polige Steckverbinder ist in vier Baugrößen erhältlich und hat einen Durchmesser von kleiner als 10 bis 18,5 Millimeter. In seiner Abmessung zählt der AMC High-Density zu den platzsparendsten Steckverbindern am Markt. Er passt damit in kleinste Bauformen und Einbauräume. Auch das IP 68 robuste, bis zu 5.000 Steckzyklen geeignete, langlebige Design ist für den Bildverarbeitungsmarkt interessant. Das Produkt ist derzeit mit Abreißfunktion erhältlich.

Für die Branche ebenso entscheidend wie die Technikseite ist die Weiterverarbeitung des Geräteteils. Sie erfolgt meist hochautomatisiert durch Pick-and-Place-Verfahren. Für ODU endet das Know-how nicht bei der angebotenen Steckverbindung, sondern geht darüber hinaus. Eine fertigungsoptimierte Lösung ist entscheidend. Daneben steht auch in Zukunft die Miniaturisierung im Vordergrund. Der Steckverbinderhersteller ist sich sicher, dass die Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit und die Leistung weiter steigen. Schon heute werden höhere Datenraten im Testcenter simuliert und den wachsenden Markt und die Kundenanforderungen im Auge behalten.

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