Sie sind überall. Sie versorgen Ihren kabellosen Lieblingsbohrer mit Strom, signalisieren Ihrem Anti-Blockier-Bremssystem, dass es gebraucht wird, und liefern den Strom für die Server im Datenzentrum, das diese Website hostet. Steckverbinder sind zwar kleine Bauteile, spielen jedoch eine große Rolle für die zuverlässige Funktion von elektrischen Geräten und elektronischen Systemen.
Im Durchschnitt beinhaltet ein Auto mehr als siebenhundert Verbinderbaugruppen, die tausende einzelne Verbindungen unterstützen. Steckverbinder spielen schon lange eine wichtige Rolle bei der zuverlässigen Stromversorgung für Bauteile wie den Motor, Scheinwerfer, Bremslichter, Blinker, Scheibenwischer und Unterhaltungssysteme. Doch mit jedem zusätzlichen Steckverbinder, der in ein Fahrzeug eingebaut wird, entsteht eine neue potentielle Fehlerquelle. Bei autonomen und elektrischen Fahrzeugen können Ausfälle zu viel größeren Problemen als nur einem schweigenden Radio führen. Heute sind Steckverbinder bei der Übertragung einer ganzen Reihe von elektronischen Datensteuerungssignalen äußerst bedeutsam, die für Sicherheitseinrichtungen wie Fußgängererkennung, Spurhalteassistent, automatisches Notbremssystem und Blind-Spot-Erkennung benötigt werden. Denn all diese müssen einwandfrei funktionieren. Im Bereich Elektromobilität, der immer mehr an Fahrt aufnimmt, übernehmen zudem Hochstromverbinder die Stromübertragung zwischen Batterie und Elektromotor.
Wenn es um autonome Fahrzeuge geht, ist Sicherheit von größter Bedeutung für Fahrer. Die Gewährleistung, dass Steckverbinder zuverlässig funktionieren, ist ein wichtiger Schritt dahin.
Steckverbinder müssen zuverlässig sein
Herkömmliche mechanische und hydraulische Systeme werden bereits durch elektronisch gesteuerte Systeme wie Brake-by-Wire- und Steer-by-Wire-Technologie ersetzt. Für diese Umstellung müssen Automobilhersteller Vertrauen aufbauen und die Zustimmung der Verbraucher gewinnen. „Wenn es um autonome Fahrzeuge geht, ist die Sicherheit von größter Bedeutung für die Fahrer. Eine gewährleistete zuverlässige Funktionsweise von Steckverbindern ist ein wichtiger Schritt dahin“, erklärt Jeff Wheeler, Automotive Electrical Engineering Manager bei Nye Lubricants, einem Hersteller von synthetischen Spezialschmierstoffen, der sich 2020 dem FUCHS Konzern anschloss.
Von Kurzschluss zu Durchgangsverlust stellen Steckverbinderausfälle ein großes Problem dar. Die Schwierigkeiten reichen von ärgerlichen Rückrufaktionen und erhöhten Gewährleistungskosten bis hin zu kritischen Sicherheitsproblemen. Deshalb sollte die Vermeidung von Steckverbinderausfällen oberste Priorität für Entwicklungsingenieure haben. Vibration, Eindringen von Wasser, Schwingverschleiß, Korrosion und Oxidation sowie hohe Einsteckkraft sind alles Faktoren, die zu Steckverbinderausfällen führen können. Glücklicherweise können all diese Schwierigkeiten mit Spezialschmierstoffen für Steckverbinder verhindert werden (siehe Interview).
Verbindung mit Zukunft
Nye Lubricants bietet ein umfassendes Sortiment an Schmierstoffen, die speziell für Steckverbinder entwickelt worden sind. Aufgrund der sich ändernden Anforderungen in der Industrie besteht hier nach wie vor ein Forschungsschwerpunkt. Elektrofahrzeuge beeinflussen die Formulierung von Steckverbinder-Fetten. Diese Fahrzeuge laufen heißer, leben länger und haben mehr Anschlusspunkte. Darüber hinaus erfordern immer „smarter“ werdende Technologien, die in Haushaltsgeräten und industriellen Automatisierungeinrichtungen stecken, mehr Sensoren und Steckverbinder, um eine nahtlose Übertragung von Informationen zu ermöglichen. All diese Trends müssen bei der Entwicklung von Schmierstoffen berücksichtigt werden, um die Technologien der nächsten Generation voranzubringen.
700 Steckverbinder-Baugruppen sind in einem durchschnittlichen Auto eingebaut - und es werden immer mehr.
Ob im Motor, in der Batterie oder in der Schaltung, ob in den Scheinwerfern, den Scheibenwischern, den Entertainment-Systemen oder in vielen anderen Komponenten: Steckverbinder sind enorm wichtig für die zuverlässige Versorgung dieser Komponenten mit Strom. Ein Überblick.
Die Schmierstoffe für Steckverbinder von Nye stützen sich auf im ADVT-Labor (Anwendungs-, Entwicklungs- und Validierungsprüfung) gesammelte Leistungsdaten. So wird sichergestellt, dass sie zuverlässig wirken und Leistung auf höchstem Niveau erbringen. All diese Daten stehen auch den Kunden zur Verfügung. „Wir haben zudem Testmethoden und -ausrüstung zur Messung von unter anderem Reibverschleiß, Wasserbeständigkeit und dielektrischer Leistung entwickelt. Mit unserer maßgeschneiderten Testausrüstung können wir Qualifikationstests durchführen, um sicherzustellen, dass die Leistungsanforderungen von Kundenanwendungen erfüllt werden,“ erklärt Wheeler. Er fügt hinzu:„Bei allem, was wir tun, birngen wir auch unsere jahrzehntelange Erfahrung zum Tragen.“
Weiter geht's – wie man USB-Stecker in LKWs vor Reibkorrosion schützt
Nutzfahrzeugflotten werden zunehmend elektrifiziert und digital vernetzt, um der steigenden Nachfrage nach zusätzlichen Sicherheits-, Tracking- und Komfortfunktionen nachzukommen. Wenn sie ordnungsgemäß funktionieren, können elektronische Fahrtenschreiber Unternehmen bei der Verwaltung ihrer Flottenlogistik helfen und die Ausfallzeiten minimieren. Doch wenn Steckverbinder versagen, verursachen diese Systeme kostspielige Ausfallzeiten für Reparaturen. Ein Anbieter von elektronischen Datenaufzeichnungssystemen wandte sich an Nye, nachdem sie eine hohe Fehlerrate ihrer USB-Stecker aufgrund von Reibkorrosion durch von Vibrationen verursachte Mikrobewegungen festgestellt hatten. Sie benötigten ein Schmierfett, das auch nach zehn Einsteckvorgängen über eine zehnjährige Lebensdauer hinweg Konnektivität gewährleistete. Weiter sollte es so verpackt sein, dass es vor Ort einfach aufgebracht werden konnte. Nye stellte dem Kunden eine Probe seines führenden Steckverbinder-Fetts NyoGel® 760G bereit. Zudem wurden dem Kunden auch Anwendungstests und Daten zur Vorvalidierung zur Verfügung gestellt, die die Leistung des Produkts sicherstellen. Das Schmierfett schützt Steckverbinder bis zu 6,7 Millionen Reibzyklen lang im Vergleich mit Steckverbindern ohne Fett, die bei etwa 0,5 Millionen Zyklen versagen. Eine unabhängige Validierungsprüfung hat die Eigenschaften unseres Schmierfetts hinsichtlich Reibung und Einsteckkraft verifiziert. Nye half dem Lieferanten, die angemessene Schmierfettmenge für jeden USB-Stecker zu bestimmen und verschiedene Verpackagungsoptionen zu wählen, die für Serviceeinsätze vor Ort und Massenfertigung geeignet sind.
Jeff Wheeler, Automotive Electrical Engineering Manager bei Nye Lubricants
3 Fragen an …
Jeff Wheeler
1. Steckverbinder müssen einiges aushalten. In Autos sind sie beispielsweise korrosiven Gasen, Treibstoff, schnellen Heiz- und Kühlzyklen, Straßenschmutz und Vibrationen ausgesetzt. Wie werden Steckverbinder mit Hilfe von Schmierstoffen gegen diese Bedingungen geschützt?
Auch in gemäßigteren Umgebungen wird die Leistungsfähigkeit der Steckverbinder mit der Zeit abnehmen. Schmierstoffe wirken wie ein Dichtungsmittel. Sie versiegeln die Kontaktmetalle und bilden eine Schutzbarriere. Insbesondere Vibrationen stellen eine große Herausforderung für Steckverbinder dar – nicht nur in Autos, sondern auch in Küchengeräten oder Waschmaschinen. Solche Mikrobewegungen, wie sie auch durch Wärmeausdehnung verusacht werden können, verschleißen das Metall, welches daraufhin oxidiert. Wenn sich diese Oxidschicht aufbaut und zunimmt, wirkt der Oxidfilm als Isolator zwischen den Kontakten, wodurch sich der Widerstand erhöht. Dies führt zu einem Spannungsabfall an der Klemme und schließlich zu einem offenen Stromkreis, was einen Stromausfall oder Signalverlust zur Folge hat. Steckverbinder-Fett verringert diesen Verschleiß und isoliert das System gegen die Umgebung, um so die Bildung von Oxidschichten zu verhindern.
2. Es ist kein Geheimnis, dass sich Wasser und Elektrizität nicht gut vertragen. Doch Steckverbinder in Fahrzeugen oder sonstige Geräten, die im Freien betrieben werden, sind stets irgendeiner Form von Feuchtigkeit ausgesetzt. Wie verhindert Schmierfett feuchtigkeitsbedingte Ausfälle?
Einmal aufgetragen, wirkt hydrophobes Steckverbinder-Fett wie eine Dichtung und weist Wasser von der Oberfläche des Steckverbinders ab. Zudem verhindert Steckverbinder-Fett die Ableitung von elektrischem Strom in leitenden Umgebungen wie Wasser, um eine gleichbleibende Konnektivität zu gewährleisten. Unser beliebtestes Steckverbinder-Fett, NyoGel® 760G, ist seit über 40 Jahren eine bewährte Lösung für die Industrie und wird von führenden OEMs wie Daimler, Ford, General Motors, Toyota und vielen anderen eingesetzt.
3. Die Einsteckkraft kann während der Montage zum Problem werden. Wie kann Schmierfett dazu beitragen, diese Probleme zu mindern?
Mehr Steckverbindungen bedeuten mehr Montagepunkte. Das Zusammenfügen von Steckverbindern ist sowohl für das Montagepersonal, die die Anschlüsse vornehmen, als auch für die Stecker selbst mit Problemen verbunden. Für Arbeitende, die repetitive Verdrahtungsaufgaben an Montagelinien vornehmen, besteht die Gefahr, ein Karpaltunnelsyndrom und andere Muskel-Skelett-Erkrankungen an Hand, Handegelenk und Arm zu entwickeln. Die Einsteckkraft kann auch Probleme mit der Zuverlässigkeit verursachen. Bei mehrpoligen Steckverbindern kann eine Fehlausrichtung aufgrund einer hohen Einsteckkraft zu Verschleiß oder Beschädigung der Kontakte führen, was sich negativ auf die Konnektivität auswirken kann. Ein Schmierstoff verringert den Reibungskoeffizienten zwischen den Kontaktflächen erheblich, was die Montage erleichtert und die Kontaktflächen schützt, so dass eine stabilere und effizientere Verbindung entsteht.
