Zmenšeno na správnou míru

Trend miniaturizace v průmyslových zařízeních je neodvratitelný. Tomuto dogmatu se musí podřídit zejména dodavatelé automatizační techniky a elektroniky. Technologická skupina HARTING pomocí svých miniaturních konektorů garantuje, že s tímto vývojem bude držet krok i spojovací technika. Za miniaturizaci je odpovědná celá řada vývojových trendů: počínaje integrací řízení výroby a firemního řízení přes neustálé zvyšování výkonnosti zařízení a strojů, převedení jednotlivých přístrojů do systémů až po přemístění řídicích funkcí na periferii.

Komponenty, které byly doposud z hlediska informační techniky slepé, se spojují s celkovým systémem a dodávají nejen data. Kromě toho stále častěji přebírají také dílčí úkoly klasických řízení. Důsledek: funkční a informační ostrůvky se mění na velké datové a výkonné celky.

Všechny tyto dílčí systémy a komponenty jsou vystaveny radikálnímu procesu miniaturizace nebo jsou vybaveny miniaturizovanými elektronickými komponentami, které teprve umožňují jejich integraci. Klíčová slova jako průmysl 4.0 ukazují, kam tato cesta vede.

Konektory podporují miniaturizaci

Technologická skupina HARTING si brzy uvědomila, že musí tento trend aktivně sledovat a spoluvytvářet, aby ukázala relevantnost technologie konektorů pro miniaturizaci.

Bez konektorů by flexibilní modulová struktura elektronických sestav nebyla vůbec možná. Stejně tak se strojní zpracování a integrace konektorů do přístrojů masivně projevuje na jejich kvalitě, výkonnosti a zatížitelnosti: spojovací technika je sice jen pasivní komponentou, přesto však díky vysokému přenosovému výkonu a provozní bezpečnosti významně přispívá k výkonnosti celého systému. Její vlastnosti při použití, konfekčním zpracování a také při servisu a údržbě významně ovlivňují hospodárnost celého systému: čím jednodušeji a rychleji je možné komponenty v případě poruchy vyměnit, tím menší jsou náklady. Často se opomíjí, že konektory musí vydržet výrazně větší zatížení z prostředí, ve kterém je přístroj provozován, než samotné přístroje a komponenty, které spojují. Kromě vlhkosti, horka, chladu, prachu, vibrací nebo extrémního slunečního záření musí vydržet také namáhání tahem a rázové zatížení, často společně s mnoha cykly zasunutí. Samozřejmě nesmí tyto faktory působit negativně na funkci a trvanlivost konektoru.

Konektory zabalené v pásech jsou chráněné před vnějšími vlivy a lze je integrovat do výrobních procesů. Pick-and- -Place-Pads umožňují plně automatické osazování desek s plošnými spoji. Rozsah možného použití je přitom obrovský: průmyslová připojovací technika se používá ve všech oblastech průmyslové elektroniky, v měřicí, řídicí a regulační technice a průmyslové automatizaci, např. pro procesní rozhraní, komponenty automatizace, čidla, I/O systémy, rozhraní human-machine, akční členy, řízení programovatelná z paměti, E/A moduly a přístroje techniky pohonu.

Modularita zavazuje

Centrální výměna paradigmat – znamená zaměření na modulovou konstrukci přístrojů. Pokroky v polovodičové technice na jedné straně umožňují umístit na desku s plošnými spoji stále více funkcí. Na druhé straně rostoucí požadavky na funkční rozmanitost řešení upřednostňují modulovou strukturu s více deskami s plošnými spoji, tak aby se daly funkce flexibilně doplňovat a navzájem přesně sladit. Tak se dají s jedním základním modulem a více funkčně rozdílnými rozšiřovacími moduly beze všeho vyvinout kompletní výrobkové řady, které se v jádru skládají pouze z několika málo komponent. Pomocí modulů lze obměňovat funkce, např. velikost datové paměti, nebo individuálně kombinovat různé funkce.

Pro tuto strukturu jsou zásadní konektory desek s plošnými spoji, protože dosavadní struktura s velkou základní deskou a zásuvnými moduly už neposkytuje potřebný prostor pro umístění dalších funkcí na stejnou nosnou desku. Důvod: stále větší miniaturizace omezuje dostupné místo v přístroji, a stále více tak vyžaduje flexibilní umístění desek s plošnými spoji v přístroji, sladěné s geometrií krytu. Typickým protiopatřením je horizontální uložení více desek s plošnými spoji na sebe nebo jejich vzájemné vertikální seřazení a spojení pomocí páskového vedení a kabelů.

Teplotně stálé materiály izolačního tělesa společně s kontrolovanou planaritou kontaktů zaručují možnost pájení u konektorů metodou SMD Reflow.

Malý pouze formátem

Společnost HARTING vyvodila z těchto požadavků následující důsledky: S Har-flex a Har-flexicon byly vyvinuty dvě samostatné, ale navzájem sladěné výrobkové skupiny. Vývojový cíl: pomocí racionálního konceptu spojování desek s plošnými spoji miniaturizovat strukturu přístroje a připojení z přístroje a zároveň nabídnout kvalitu a robustnost, které jsou pro HARTING typické.

Výrobková řada Har-flexicon se používá pro techniku připojování jednotlivých vodičů a představuje další vývojový stupeň výrobkové řady Har-flex, výrobkovou řadu konektorů Board-to-Board. Modelová řada Har-flexicon vyvádí kontakty ven z přístroje, například I/O připojení. Z pohledu desek s plošnými spoji se však nic nezměnilo: Har-flexicon má stejné vlastnosti jako Har-flex, balení v pásech a vhodnost pro pájecí procesy Reflow například umožňuje plně automatizované osazování Pick-and-Place a zpracování jako SMD součásti.

Konektor Board-to-Board (Har-flex) v rastru 1,27 mm je dostupný v rovné a úhlové variantě s různými výškami ukládání na sebe, od 8 mm do 13,8 mm, a také s počtem pólů od 6 do 100. To dává projektantům velkou volnost při designování a konstrukci přístrojů. Podle použití a funkce lze desky s plošnými spoji téměř libovolně řadit, osazovat a umísťovat na sebe, buď kvůli vytvoření celé řady funkcí, nebo kvůli integraci doplňkových elektronických součástí. Dá se tak dosáhnout velké montážní hustoty, která je dnes na trhu vyžadována.

Ke zvýšení volnosti při konstrukci přístrojů existují ve výrobkové řadě Har-flex kromě konektorů typu mezzanine (Board-to-Board) i varianty pro připojení plochých kabelů pomocí IDC techniky (Insulation Displacement Contact). Přitom vrubová svorka proniká při výrobní operaci izolací vodiče a dostává se do kontaktu s pramenem kabelu.

Konektory obou dvou výrobkových řad lze zpracovávat strojově metodou SMT, a oproti vlnovému pájení obvyklému u běžných konektorů desek s plošnými spoji tak umožňují vyšší kvalitu zpracování při výrazně menších nákladech. Mechanická robustnost konektorů desek s plošnými spoji je zajištěna pomocí speciálního designu spoje SMT, který dosahuje právě tak vysoké pevnosti jako technologie Through-Hole.

Připojení jednotlivého vodiče: Dvojnásobná montážní hustota

K externímu propojení jednotlivých vodičů se používají konektory Har-flexicon, které s 1,27 mm prakticky zmenšují rastr na polovinu oproti běžně používaným konektorům desek s plošnými spoji. Pro rychlé komfortní připojení jednotlivých vodičů byla patentovaná technika rychlého zapojení Harax přizpůsobena menšímu rastru: navzdory miniaturizaci je díky kombinování vrubové svorky se speciálním vodicím prvkem vodičů možné konfekcionování vodičů na místě bez speciálních nástrojů.

Sám proces zpracování je srovnatelný s procesem u Har-flex: konektory se dodávají v pásu a lze je rovněž integrovat do SMT výrobních procesů. Navzdory miniaturizaci splňuje konstrukce všechny požadavky na průmyslové konektory a manipulace s nimi je stejně komfortní jako u větších konektorů.