Viele Branchen setzen heute sogenannte Superkunststoffe oder Hochleistungskunststoffe ein. Diese finden auch immer häufiger in der Steckverbinder-Industrie Anwendung. Um ihr gesamtes Potential nutzen zu können, erfordern diese neuen Kunststoffe Prozessänderungen in Entwicklung und Produktion.

Viele der heute in der Steckverbinder-Industrie verwendeten Materialien wurden bis vor wenigen Jahren hauptsächlich in der Automotive-Industrie eingesetzt. Hier werden hohe Ansprüche an die Optik und Haptik neuer Kunststoffe gestellt. Diese Eigenschaften sind in der Steckverbinder-Industrie aber eher nebensächlich. In den letzten Jahren hat in der Steckverbinder-Branche allerdings ein Umdenken stattgefunden und mittlerweile nähert man sich dem Technologieführer an. Das ist ein Resultat der immer spezieller werdenden Kundenansprüche. Gerade Hersteller wie Escha - die Rundsteckverbinder für die industrielle Umgebung herstellen und dabei besondere Ansprüche an die Dichtigkeit und Beständigkeit ihrer kundenspezifischen Lösungen und Innovationen haben - können Dank der neuen Kunststoffe viel besser auf individuelle Kundenwünsche eingehen. So war es beispielsweise lange Zeit nicht möglich, eine zufriedenstellende Kunststoff-Metall-Verbindung herzustellen. Diese Verbindung ist allerdings für einen zuverlässigen Hochtemperatur-Steckverbinder unabdingbar. Erst durch den Einsatz spezieller Kunststoffmaterialien und der Entwicklung neuer Produktionsverfahren war es möglich, ein sehr gutes Ergebnis zu erzielen. Die Herausforderung bestand darin, einen Kunststoff zu finden, der sich dehnen kann, aber auch steif genug ist, um Hochtemperatur-Anwendungen standzuhalten. Den Ingenieuren von Escha ist es nun aber gelungen, durch den Einsatz neuer Materialien und Produktionsprozesse einen Steckverbinder zu entwickeln, der Temperaturen von -20 °C bis +150 °C standhält.

Breiter Temperatureinsatz möglich

Ähnlich verhält es sich beim Schnellanschluss-System S12x1. Hierfür mussten Kunststoffe gefunden werden, die einen breiten Temperatureinsatz von -30 °C bis +80 °C zulassen und ein sicheres Rückstellverhalten nach dem Lösen der Verbindung gewährleisten. Unter Einsatz von FEM-Berechnungen (Finite Elemente Methode) hat Escha Kunststoffe ausgewählt, die diese Anforderungen erfüllen. Durch ihre spezielle Konstruktion gewährleisteten Kupplung und Stecker der Schnellanschluss-Familie die gleiche Anzahl von Steckzyklen wie die bisherige verschraubte Lösung. Des Weiteren benötigen die S12x1-Steckverbinder keine modifizierte Gegenkontur und sind somit universell einsetzbar. Erst durch die Entwicklung neuer Kunststoffe in den letzten Jahren ist die Substitution von einem Metallgewinde hin zu einem Kunststoffgewinde möglich geworden.

Beständigkeit gefragt

Eine Branche, die besondere Ansprüche an die verwendeten Materialien stellt, ist die Getränke- und Lebensmittelindustrie. Viele Hersteller bieten hierfür Lösungen an, die durch die Materialien Edelstahl und PVC die nötige Beständigkeit gewährleisten sollen. Die Praxis zeigt jedoch, dass der Kunststoff PVC als Material eines Kabelmantels und einer Steckverbinder-Umspritzung für die in der Lebensmittelindustrie vorherrschenden Bedingungen nicht geeignet ist. Hierdurch kommt es bereits nach wenigen Monaten oder sogar Wochen zu Ausfällen. Escha bietet mit „Food & Beverage Plus" ein PVC-freies Produkt, in dem ausschließlich auf Polypropylen basierende Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die besondere Zusammensetzung und Auswahl der Kunststoffe bezieht sich durchgängig auf das Kabel, die Kontaktträger und die Griffkörper der unterschiedlichen Steckverbinder. Durch einen exzellenten Verbund zwischen Kabel und Steckverbinder bei der Umspritzung, können die Schutzklassen IP67 und IP69K sichergestellt werden. Der eingesetzte Kunststoff bietet die geforderte Medienbeständigkeit und stellt in Verbindung mit bewährtem Edelstahl lange Standzeiten in der Anwendung sicher. PVC-bedingte Eigenschaften, wie das Verhärten oder Verfärben, gehören ebenfalls der Vergangenheit an.

Finite Elemente

Doch allein mit der richtigen Materialauswahl ist der Erfolg nicht garantiert. Um die Vorteile eines neuen Kunststoffs nutzen zu können, müssen Verfahren in der Produktion geändert und neue Prozesse in der Konstruktion eingeführt werden. Hierzu gehört beispielsweise die Finite Elemente Methode. Dabei handelt es sich um eine Methode, die Belastungen simuliert, welche bei bestimmten Bedingungen auf ein Produkt einwirken. Im Fall von Escha hilft es beispielsweise bei der Simulation von Torsionskräften und Temperaturen, die in der Applikation auf einen Steckverbinder einwirken. Dies trägt neben dem Prototypenbau dazu bei, die Entwicklungszeit zu verkürzen. Das langfristige Ziel ist eine parametrisierte Auslegung der Konstruktion. Hierfür baut Escha eine Datenbank auf, um für verschiedene Kunststoffe verschiedene Geometrien abbilden zu können.

Keine Alleingänge

Im Gegensatz zu früher ist kein Alleingang des Entwicklers mehr möglich. Schon zu Beginn des Entwicklungsprozesses müssen Mitarbeiter aus der Produktion hinzugezogen werden, damit die neuen Materialien später auch verarbeitet werden können. Denn andere Kunststoffe erfordern andere Prozessparameter. So reichten die übliche Produktion von fallenden Kunststoffteilen und die bis dahin verwendete Umspritzung von Steckverbindern nicht aus, um die Produktion des 360°-Schirmkonzepts von Escha zu realisieren. Hierfür mussten neue Technologien entwickelt (Zwei-Komponenten-Umspritzung) und bereits vorhandene Maschinen umgerüstet werden (neue Temperaturanforderungen). Insgesamt ist mehr Teamarbeit notwendig. Zu diesem Team gehören von Beginn an auch die Kunden. Diese werden heute viel früher in den Entwicklungsprozess einbezogen. Das regelmäßige Kundengespräch bildet den Grundstein für eine erfolgreiche Produktentwicklung und hilft, den richtigen Kunststoff auszuwählen. Für die Konstruktion und Materialauswahl sind viele Details notwendig, die nur der Kunde kennt. Hierzu gehört beispielsweise die Beantwortung der folgenden Fragen:

• Unter welchen Umweltbedingungen wird der neue Steckverbinder eingesetzt?
• Welchen mechanischen Belastungen ist der Steckverbinder ausgesetzt?
• Wie lange muss der Steckverbinder beispielsweise Öl, Wasser, Gasen oder anderen Medien standhalten?
• Erst wenn diese grundlegenden Informationen zusammengetragen worden sind, können maßgeschneiderte Lösungen entstehen.

Fazit

In der Zukunft könnte Silikon als neuer Werkstoff immer interessanter werden. Silikon bietet viele positive Eigenschaften: Es ist flexibel und schwingungssicher, es hält hohen Temperaturen stand und ermöglicht dichte Verbindungen mit Metall. Allerdings schließen viele Kunden den Einsatz von Silikon zurzeit aus. Jedoch hat es in der Silikonentwicklung innerhalb der letzten zwei Jahre erhebliche Fortschritte gegeben. Wenn diese Entwicklung weiter so voranschreitet und dadurch die Kundenanforderungen erfüllt werden, erlaubt der Einsatz von Silikon neue Möglichkeiten. (gro)