Wie die MIL-SPEC-Steckverbindertechnologien sich an die täglichen Herausforderungen angepasst haben

Mechanische und umweltbedingte Belastungen erfordern eine anspruchsvolle Leistungsfähigkeit von elektrischen Verbindungen. Die Industrie wendet sich an Hersteller mit Erfahrung in der Herstellung von MIL-SPEC-Verbindungen für robuste und zuverlässige Lösungen. Die Interoperabilität von MIL-SPEC-Verbindungen für militärische und kommerzielle Märkte ist hoch, ermöglicht Kosteneinsparungen, verkürzte Wartungszyklen und erleichtert die Fehlersuche.

Die Herausforderungen rund um „alltägliche“ kommerzielle Anwendungen

Kommerzielle und industrielle Anwendungen sind zunehmend extremen Betriebsumgebungen ausgesetzt, die die Grenzen traditioneller Spezifikationen überschreiten. Diese Anwendungen in rauen Umgebungen erfordern Standards für Steckverbinder und Kabel, die diese erhöhten Anforderungen an Zuverlässigkeit und Robustheit erfüllen können. Militärische Organisationen auf der ganzen Welt haben sich dieser Art von Herausforderungen seit Jahrzehnten gestellt und eine breite Palette von Stecker- und Kabelstandards formuliert, um die Zuverlässigkeit in den anspruchsvollsten Umgebungen zu gewährleisten. Die Nutzung der militärtauglichen Technologien von Lieferanten, die für militärische Anwendungen entwickeln und produzieren, kann kommerziellen Anwendungs- und Systemintegratoren zugute kommen, die unter Zuverlässigkeits- und Wartungsproblemen von Steckverbindern leiden.

In diesem Artikel werden die Vorteile erörtert, die gewerbliche und industrielle Hersteller durch den Einsatz von Verbindungs- und Kabeltechnologien nutzen können, die für militärische Anwendungen entwickelt, aber an kommerzielle Anwendungen angepasst wurden.

MIL-SPEC in Kürze

Militärische Spezifikationen und Standards (MIL-SPEC und MIL-STD) entstand aus der Notwendigkeit, eine gemeinsame Plattform für Qualität, Interoperabilität und Rückverfolgbarkeit von Komponenten, Geräten und Systemen über mehrere militärische Organisationen hinweg zu schaffen. Mit strengen Qualitätsstandards, Inspektionsprotokollen/-methoden und der Fähigkeit, Ausfällen auf eine Grundursache zurückzuverfolgen, konnte sich das US-Militär auf diese Technologie verlassen, während die Interoperabilitätsspezifikationen die Flexibilität bieten, Komponententypen zu verwenden, die eine Spezifikation für eine Vielzahl von erfüllen Systeme, ohne dass eine Komponente für jede Anwendung neu konstruiert werden muss.

Der Wert der Interoperabilität sowohl für den militärischen als auch für den kommerziellen Markt ist extrem hoch und ermöglicht erhebliche Kosteneinsparungen, verkürzte Wartungszyklen, schnelle Reparaturen und erleichtert die Fehlerbehebung/Schulung. Da die Anforderungen an elektrische Verbindungen vielfältig sind, gibt es eine Vielzahl von Spezifikationen und Standards, die sicherstellen, dass die Komponenten interoperabel, mechanisch robust, widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse und in einem großen Temperaturbereich einsetzbar sind und ein hohes Maß an Qualität aufweisen.

MIL-SPECs für Steckverbinder schreiben alles vor, einschließlich der genauen Geometrie und Toleranz jedes Konstruktionsmerkmals, des verwendeten Materials, der Materialbeschaffung, der Herstellungsmethode, der Inspektions- und Testprozesse, der mechanischen und elektrischen Leistung und der Rückverfolgbarkeit. Es gibt auch zusätzliche Spezifikationen, die bestimmte Verbindungseigenschaften definieren, wie z. B. die Umweltbeständigkeit von Steckverbinder- und Kabelmantelmaterial und -beschichtungen, hermetische Dichtungen, Steckkraft und Aspekte der Montage.

Wie MIL-SPEC-Steckverbinder an kommerzielle Anwendungen angepasst werden können

Die Anpassung von MIL-SPEC-Verbindungen für kommerzielle und industrielle Funktionen wird immer häufiger. Anwendungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Medizin, Instrumentierung, Öl und Gas, Bohrlochbergbau und kommerzielle unbemannte Fahrzeuge (Luft, Land und Wasser) verwenden seit mehreren Jahren erfolgreich MIL-SPEC-basierte Produkte. Die Verwendung des MIL-SPEC-Verbindungsdesigns für nichtmilitärische Anwendungen ist für kommerzielle Unternehmen von Vorteil, da sie allgemein verfügbar sind und keine neue Designzeit oder Tests für die Herstellung erfordern, es sei denn, es sind spezifische Änderungen erforderlich.

Die militärischen Qualifizierungsprozesse für elektrische Verbindungen erhöhen die Kosten eines Produkts geringfügig, aber das Volumen der vom Militär bestellten Produkte senkt die Kosten für die zur Entwicklung und Herstellung erforderlichen Werkzeuge. Aus diesem Grund kann es sehr viel kosteneffektiver und zuverlässiger sein, Verbindungslösungen von Herstellern zu nutzen, die schon seit langem hochwertige MIL-SPEC-Verbindungen herstellen, als von Herstellern, die keine Erfahrung mit der Herstellung von Verbindungen nach solch hohen Qualitätsstandards haben.

Darüber hinaus können einige Herstellungsprozesse und Anforderungen für MIL-SPEC-Verbindungsprodukte für kommerzielle und industrielle Anwendungen angepasst oder rationalisiert werden – beispielsweise durch Verwendung des Basis-MIL-SPEC-Produktdesigns, aber Austausch aller kontrollierten oder gefährlichen Materialien gegen kommerziell sichere Alternativen. Die Verwendung handelsüblicher hochwertiger Materialien, die keine Rückverfolgbarkeit erfordern, oder der Verzicht auf zusätzliche Inspektions- und Qualifizierungsstufen, die nicht erforderlich sind, um sicherzustellen, dass das Produkt hohe Zuverlässigkeits- und Leistungsstandards erfüllt, kann sich für Handelsunternehmen als vorteilhaft erweisen. Industrieausschüsse beginnen oft mit SAE-Standards, die für militärische Anwendungen entwickelt wurden, und modifizieren und passen sie dann an die spezifischen Anforderungen ihrer Branche an und ändern Anforderungen, die nicht anwendungskritisch sind.

Verbindungslösungen basierend auf MIL-SPEC und entwickelt für kommerzielle/industrielle Anwendungen

Eine breite Palette von MIL-SPEC-Steckverbindern und Kabelkonfektionen wird derzeit in kommerziellen, industriellen und militärischen Anwendungen eingesetzt. Im folgenden Abschnitt werden einige dieser häufig verwendeten Steckverbindertypen erörtert, die von Militärstandards abgeleitet wurden, und wie sie an kommerzielle Anwendungen angepasst wurden, darunter Miniatursteckverbinder mit hoher Dichte, hermetisch dichte Steckverbinder, Glasfasersteckverbinder, Rundsteckverbinder, Twinax/ Triax-Anschlüsse und Hybrid-Layouts.

Medizinische Ausrüstung und unbemannte Fahrzeuge

MIL-DTL-83513 ist ein militärischer Standard für Mikrominiatur-D-förmige Steckverbinder, der die Spezifikation für eine Vielzahl von Leistungsanforderungen definiert. MIL-DTL-83513 Teile werden auch als „Micro-Ds“bezeichnet. Dabei handelt es sich um die halbgroße Version von D-Subs, einem Produkt, das ebenfalls auf dem kommerziellen Markt eingeführt wurde und als militärspezifisches Produkt entstanden ist. Diese Arten von Steckverbindern werden unter anderem häufig in der Luft- und Raumfahrt, Feuerleitsystemen, intelligenter Munition, eingebetteten Computern, SIGNIT-Sensoren (Signal Intelligence) (RADAR, SONAR, LIDAR) verwendet. Sie sind kompakt (0,025 Zoll Abstand), leicht und äußerst zuverlässig unter extremen Vibrations- und Schockbedingungen ausgelegt und sind auch in hermetisch abgedichteten und Hochtemperaturversionen erhältlich.

Zusätzlich, werden MIL-DTL-83513 Anschlüsse aufgrund ihrer überlegenen Zuverlässigkeit und Robustheit häufig für den Einsatz in robuster Industrie, Luft- und Raumfahrt, medizinischen Geräten, unbemannten Fahrzeugen und Robotikanwendungen eingesetzt. Diese Anwendungen umfassen GPS und Trägheitsnavigation – verwendet für alle unbemannten Fahrzeuge sowie RADAR- und LIDAR-Sensorarrays – medizinische Bildgebungsgeräte, Bohrlochausrüstung und tragbare Maschinen. Darüber hinaus führten die Vielseitigkeit und kompakte Größe dieser Micro-D-Steckverbinder zu ihrer Verwendung in der Tiefseeerkundung, geophysikalischen Forschung/Exploration, Hubschraubern und Motorsteuerungssystemen.

Ein konkretes Beispiel für die kommerzielle Nutzung von MIL-DTL-83513 Anschlüssen, können wir uns die in der Öl- und Gasindustrie verwendeten Bohrgeräte ansehen. Sensorische Komponenten in der Nähe der Spitze des Geräts, das zum Bohren verwendet wird, sind über MIL-DTL-83513 Verbindungskabel mit der Kommunikationshardware verbunden, um Messungen während des Bohrens (MWD) zu ermöglichen. Das Ergebnis ist ein verbessertes Situationsbewusstsein, das zu effizienteren Bohrungen und einer optimierten Bohrlochplatzierung führt.

Ein weiteres kommerzielles Beispiel für MIL-DTL-83513 Steckverbinder, die technologische Herausforderungen auf dem neuesten Stand der Technik lösen, ist ihre Verwendung in mikrochirurgischen Geräten. Der Wunsch, diese Steckverbinder zu verwenden, führte zur Entwicklung eines Micro-D-Steckverbindergehäuses aus Kunststoff, d.h. nicht magnetisch, anstelle des Standardmetalls, was zu einer Kostenreduzierung von 30 % bis 40 % führte. Da alle medizinischen Fortschritte extrem preisgetrieben sind, ermöglichte diese kundenspezifische kommerzielle Lösung den Einsatz hochwertiger und zuverlässiger Verbindungstechnologie ohne Einbußen bei Zuverlässigkeit oder Leistung.

Luft- und Raumfahrtanwendungen

MIL-DTL-26500 spezifiziert einen Miniatur-Rundsteckverbindertyp, der besonders umweltbeständig für Luft- und Raumfahrtanwendungen ist. Ihre Robustheit, kompakte Größe und leichte Bauweise machen sie ideal für extreme Anwendungen, einschließlich Luft- und Raumfahrt, Allzweckflugzeuge, Raketensysteme und Flugzeugtriebwerke. Da diese Art von Steckverbinder üblicherweise in kommerziellen Flugzeuganwendungen verwendet wird, sind einige der MIL-DTL-26500 Anschlüsse sind auch mit Boeing BACC45 und BACC63 Steckernormen kompatibel .

Die Hauptmerkmale dieser Steckverbinder sind überlegener Widerstand gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, Vibrations-/Erschütterungstoleranz, Umgebungsabdichtung und elektrische Abschirmung, daher werden diese Steckverbinder in Kabelbaugruppen des Kraftstoffmengenanzeigesystems (FQIS).verwendet . Diese Steckverbinder sind in der Regel in einer Vielzahl von Gehäuse- und Stiftkonfigurationen erhältlich, um eine Vielzahl von Verbindungsanwendungen zu ermöglichen, wobei einige Varianten auch Gehäuse mit niedrigem Profil und Designs speziell für flexible Schaltungen, gelötete Drähte und kundenspezifische Anwendungen für die Leiterplattenmontage aufweisen.

Industrielle Anwendungen

Die MIL-DTL-83526 Norm enthält die Spezifikationen für kreisförmige, hermaphroditische Glasfasersteckverbinder, die für in Reihe montierte Anwendungen gebaut wurden. Diese Art von faseroptischen Verbindern verwendet das Verfahren mit aufgeweitetem Strahl, um die allgemeine Anfälligkeit von faseroptischen Signalen für eine verschlechterte Leistung aufgrund von störenden Partikeln und anderen Oberflächenablagerungen zu mindern. Die Expanded-Beam-Technologie gewährleistet eine höhere Robustheit gegenüber Umgebungsbedingungen als herkömmliche Glasfaserverbindungen, indem die Strahloberfläche optisch von einer hundert- auf eine tausendfach größere Oberfläche vergrößert wird. Nichtsdestotrotz kann diese Art von Steckverbinder hergestellt werden, um eine vor Ort terminierbare und reparierbare Konstruktion mit standardmäßigen faseroptischen Terminierungswerkzeugen und -ausrüstung aufzunehmen.

Expanded-Beam-Glasfaser-Steckverbinder sind ideal für Netzwerkanwendungen im Innen- und Außenbereich und können als Singlemode oder Multimode betrieben werden. Da LWL-Verbindungen weniger störanfällig sind als herkömmliche leitergebundene elektrische Verbindungen, werden LWL-Verkabelungen mit MIL-DTL-83526 Steckverbinder zunehmend verwendet, um robuste und zuverlässige Netzwerke nicht nur im Militär und in der Luft- und Raumfahrt bereitzustellen; aber industrielle Anwendungen, erneuerbare Energien, Rundfunk und andere kommerzielle Anwendungen.

Kommerzielle Versionen der MIL-DTL-83526 Optische Steckverbinder mit erweitertem Strahl werden in industriellen Anwendungen, insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, für Anzeige- und Kommunikationssysteme auf Bohrinseln sowie für die Oberflächen-zu-Untergrund-Kommunikation im Bergbau eingesetzt. Darüber hinaus wurden kommerzielle Varianten dieser Steckverbinder auch in Mischpulten für Stadien- und Konzertanwendungen verwendet, um störungsfreie Audio- und Videosignale durch einen Veranstaltungsort zu führen. Miniaturisierte Versionen von kommerziellen 83256-Steckverbindern wurden auch in der Broadcast-Kommunikation für Veranstaltungen als Teil von Patching-Systemen eingesetzt.

Militärische Anwendungen

MIL-DTL-38999 Anschlüsse sind als kreisförmige Miniaturstrukturen spezifiziert, die für hohe Dichte und Umweltbeständigkeit ausgelegt sind. Dieser Steckverbindertyp verwendet abnehmbare Crimp- und hermetische Lötkontakte und ist in einer Vielzahl von Schnellkupplungsmethoden wie Bajonett, Gewinde und Verschluss erhältlich. Einige Steckverbinder des Typs 38999 sind speziell für Anwendungen auf Leiterplatten (PCB) mit hoher Dichte konzipiert, bei denen ein kleiner, aber umweltfreundlicher Steckverbinder aufgrund von Bauraumbeschränkungen unerlässlich ist.

Diese Art von Steckverbindern wird in einer Vielzahl von militärischen und industriellen Anwendungen auf der ganzen Welt eingesetzt, wo Anwendungen wie Flugzeugtriebwerke, elektrische Testgeräte, kommerzielle Geschäftsluftfahrt und Trägerraketen für die Raumfahrt positiv ausgerichtete und geklebte Verbindungen erfordern, die Probleme bei der Kontaktausrichtung beseitigen. MIL-DTL-38999 Steckverbindervariationen können in Umgebungen mit starkem Wind und hoher Feuchtigkeit sowie in Anwendungen eingesetzt werden, die von einer schnellen Trennkupplung profitieren.

Schwere Maschinerie

Es gibt viele andere Beispiele für Steckverbinder im Militärstil, die in kommerziellen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel MIL-DTL-26482 spezifiziert elektrische Rundsteckverbinder, die umweltbeständig sind. Diese Arten von Steckverbindern werden häufig in kommerziellen Anwendungen wie erneuerbaren Energien (Land- und Seewindparks), Roboterautomatisierung und Schienenverkehr verwendet. Kommerzielle Versionen dieser Steckverbinder wurden insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, der Industrierobotik, der Automatisierung, bei Werkzeugmaschinen, in Transportmitteln wie Zügen, Flugzeugen, Bussen und Lastwagen sowie als Strom- und Signalsteckverbinder für schwere Maschinen wie schwere Baumaschinen und Bahnsysteme eingesetzt.

Die MIL-DTL-26482-Steckverbinder wurden für extreme Umgebungsbedingungen und Hochdruck-/Vakuumanwendungen entwickelt und eignen sich perfekt für den Einsatz in der kommerziellen Luft- und Raumfahrt. Zu den kommerziellen/industriellen Anwendungen gehört ein Metallgehäuse-Steckverbinder, der für die Ethernet-Datenkommunikation in rauen Umgebungen verwendet wird und außerdem mit IEC 60603-7-7 kompatibel ist.

Varianten des Steckverbinders 26482 wurden als Strom- und Signalsteckverbinder für schwere Maschinenanwendungen wie schwere Baumaschinen und Schienensysteme verwendet. Es gibt auch eine breite Palette von Öl- und Gas- und kommerzielle Luft- und Raumfahrtanwendungen für 26482-Steckverbinder.

Zuverlässige Lösungen für kommerzielle Anwendungen

In einer Vielzahl von kommerziellen und industriellen Anwendungen erfordern die mechanischen und umweltbedingten Belastungen eine anspruchsvolle Leistungsfähigkeit der elektrischen Verbindung. Dies ist zunehmend der Fall, da mechanische Aktuatoren und Sensoren durch elektrische Systeme ersetzt oder ergänzt werden. Mit begrenzter Unterstützung durch gemeinsame Standards wenden sich diese Branchen an Steckverbinder- und Kabelhersteller, die Erfahrung in der Herstellung von MIL-SPEC-Verbindungen haben, um robuste und zuverlässige Lösungen anzubieten. Dieser Trend nimmt zu und wird sich wahrscheinlich fortsetzen, da elektrische Steuerung, Betätigung und Erfassung weit verbreitet sind.