Innovative Steckverbindungssysteme

Bei dem neuen Schnittstellenstandard AK-2 handelt es sich um die erste Airbag-Steckverbindung mit einer kontaktgeschützten und montageoptimierten Schnittstelle für pyrotechnische Anwendungen. Diese Neuentwicklung erfüllt zwei Grundbedürfnisse der Automobilhersteller: Die Montage wird ergonomisch verbessert und die Steckverbindung wird sicherer.

Bei dem neuen Schnittstellenstandard AK-2 handelt es sich um die erste Airbag-Steckverbindung mit einer kontaktgeschützten und montageoptimierten Schnittstelle für pyrotechnische Anwendungen. Diese Neuentwicklung erfüllt zwei Grundbedürfnisse der Automobilhersteller: Die Montage wird ergonomisch verbessert und die Steckverbindung wird sicherer.

INHALT:
Neuer Schnittstellenstandard AK-2
Neue Problemlösungen für die Montage bei Steckverbindern
Erhöhte Übertragungswiderstände vermeiden
Einpressen statt Löten
Kostengünstiger abgeschirmt
Autor

In modernen Fahrzeugen gibt es immer mehr Funktionen und Features, die immer höhere Ansprüche an die Elektronik im Fahrzeug stellen. Die Bandbreite reicht hier von der Reduzierung des Benzinverbrauchs über Umweltschutz, Komfort und passive Sicherheit bis hin zu aktiven Sicherheitssystemen, Hybridantrieben und neuen Busstrukturen. Folglich sind immer mehr mechatronische, elektronische und elektrische Bauteile vonnöten – was wiederum sehr hohe Anforderungen an die zugrundeliegenden Steckverbindungen stellt.

In Sachen passiver Sicherheit im Auto hat sich der Airbag heute als unerlässliche Technik etabliert. Airbags sind Teil des Insassenrückhaltesystems im Fahrzeug, werden bei einem Unfall aufgeblasen und dämpfen den Aufprall der Insassen auf Fahrzeugteile. Crash- Sensoren erkennen einen für die Insassen gefährlichen Unfall. Die ermittelten Daten lösen im zentralen Airbagsteuergerät entsprechend der Unfallsituation die Zündung der relevanten – in die Airbags integrierten – Treibsätze aus. Durch diese werden dann Kissen in wenigen Millisekunden aufgeblasen. Da dieses Verfahren auf Pyrotechnik basiert, unterliegt der Ein- und Ausbau von Airbags und Gurtstraffeinheiten den Regelungen des Sprengstoffgesetzes.

Für den Anwendungsbereich Rückhaltesysteme fertigt der Hersteller FCI Connectors Steckverbindungen und Zündpillen-Schnittstellen (so genannte Retainer) für Airbags, Gurtstraffer oder den Fußgängerunfallschutz. Etwa die Hälfte der Fahrzeuge weltweit ist mit solchen Airbag-Steckverbindern des Unternehmens ausgerüstet.

Neuer Schnittstellenstandard AK-2

Vor einiger Zeit brachte das Unternehmen den neuen Schnittstellenstandard AK-2 auf den Markt. Dahinter verbirgt sich die erste Airbag-Steckverbindung mit einer kontaktgeschützten und montageoptimierten Schnittstelle für pyrotechnische Anwendungen. Diese Entwicklung erfüllt zwei Grundbedürfnisse der Automobilhersteller: Zum einen soll die Montage der Schnittstelle sicherer werden; zum anderen wünschen die Hersteller, dass sich die Ergonomie bei der Montage verbessert.

Der bisher praktizierte Arbeitsschritt bei der Fahrzeugmontage besteht im Einstecken des Steckverbinders in den Retainer (Bild 1), jenes Bauteil, das die Aufnahme für den Steckverbinder im ein- oder mehrstufigen Zündmechanismus des Airbags darstellt. Dabei muss in manchen Montagesituationen der Steckverbinder quasi „blind“ in den Retainer eingesteckt werden. In den bisherigen Ausführungen dieser Schnittstellen konnte dies zu beschädigten Kontaktteilen an den Airbagmodulen führen. Solche Beschädigungen verursachen einen sehr hohen Aufwand, da sie nur durch den später erfolgenden elektrischen Funktionstest festgestellt werden können; das betroffene Fahrzeug muss für die notwendige Nacharbeit aus der normalen Produktion ausgeschleust werden.

Mit AK-2 ist es dem Steckverbinder- Produzenten gelungen, diese Schnittstelle montagesicher zu gestalten. Die besondere Anforderung bestand darin, diese Neuentwicklung in bestehende Standardbauteile mit vorgegebenen Abmessungen und Eigenschaften zu integrieren. Gelöst wurde diese Aufgabe, indem die Steckverbinder- Elemente einen zylinderförmigen Schutz bekamen, der sowohl den Steckverbinder als auch das Gegenstück schützt und für die richtige Positionierung beider Komponenten sorgt.

Wichtige deutsche Automobilhersteller haben sich inzwischen auf diese Entwicklung als künftigen Standard festgelegt und entsprechende Vorgaben veröffentlicht. Auch die im USCAR zusammengeschlossenen US-Fahrzeughersteller haben diese Entscheidung getroffen und erarbeiten im Moment eine entsprechende USCARVorgabe.

Für die elektronischen Steuergeräte im Auto ist eine zuverlässige und kostengünstige Verbindung der Steckverbinder mit den Leiterplatten wichtig. In der Telekommunikationsbranche nutzt man dafür die Pressfit-Technik. Dabei wird ein kompletter Steckverbinder in einem Hub auf Leiterplatten gepresst. Auch in der Automobilindustrie kommt diese lötfreie Anschlusstechnik immer häufiger zum Einsatz, da sie geeignet ist, die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Komponenten im Motorraum zu erfüllen. Zudem ist die Pressfit-Technik kostengünstiger als die Löttechnik – bietet aber die gleiche Qualität.

Eine besondere Rolle kommt dabei der Einpresszone der Kontakte zu, die auf die Leiterplatten eingepresst werden. Sie weisen eine „elastische“ Zone im Bereich der verzinnten Bohrung der Leiterplatte auf. Die richtige Abstimmung der Bohrungstoleranzen mit dem Pressfit-Bereich des Kontaktes ist hier sehr wichtig für eine zuverlässige Verbindung. Um eine qualitativ hochwertige Montage sicherzustellen, werden entsprechende Verarbeitungswerkzeuge und Pressen für die präzise Ausrichtung der Komponenten benötigt. Die gebräuchlichsten Anwendungen sind für bleifreie Zinnoberflächen ausgelegt. Zudem ist dieser vollautomatisierbare Prozess kostengünstiger als das ansonsten gebräuchliche Schwalllöten. Auf Basis dieser Technik bietet der Steckverbinder-Produzent nun passende ABS-Gehäuse sowie Messerleisten für Motormanagement und Sensorgehäuse (Bild 3) an.