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Vorschau zur Electronica 2016

Geklemmt, gesteckt und eingehäust

7. November 2016, 10:48 Uhr | Alfred Goldbacher

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Weitere mechanische und elektromechanische Komponenten auf der electronica

Mezzanine-Verbindungslösung für Datenraten bis 56 Gbit/s

Die Firma Molex (Halle B3, Stand 137) wird ihren Kunden während der Messe unter anderem ihr überarbeitetes Neo¬Scale-Hochgeschwindigkeits-Mezza¬nine-System (Bild 6) vorstellen. Die modulare Mezzanine-Verbindungs¬lösung gewährleistet hohe Signalintegrität bei Datenraten bis 56 Gbit/s und eignet sich für kompakte Leiterplatten, bei denen der verfügbare Platz begrenzt ist – beispielsweise Telekommunikations-Hubs und Server.

Das aus einem vertikalen Stecker und einer vertikalen Buchse bestehende Mezzanine-System zeichnet sich durch ein patentgeschütztes, modulares Triaden-Wafer-Design aus, das eine anwendungsspezifische Leiterbahnanordnung auf der Leiterplatte bei sehr kompakten Anwendungen ermöglicht. Entwickler können wählen zwischen 85-Ω-, 100-Ω- und Leistungstriaden sowie Signalen mit niedrigen Geschwindigkeitsraten und so eine Mezzanine-Lösung erstellen, die exakt ihren Anforderungen entspricht. Außerdem kann der Steckverbinder blind steckbar ausgeführt werden.

Der modular aufgebaute NeoScale-Triaden-Wafer umfasst drei Pins pro Differenzialpaar – zwei Signalpins und einen Schirmpin. Jede einzelne Triade ist ein autonomes, geschirmtes 56-Gbit/s-fähiges Differenzialpaar mit 8-A-Energieversorgung.

Das wabenförmige Gehäuse leitet jede Triade so, dass Nebensprecheffekte minimiert und die Leitungen effektiv in einer oder zwei Schichten von der Leiterplatte heruntergeführt werden, wodurch der Platzbedarf gesenkt wird. Darüber hinaus schützen Stabilitätssäulen im Gehäuse die Steckschnittstelle sowie die flexiblen Kontakte und vermeiden damit eine Beschädigung der Kontakte. Das NeoScale-Hochgeschwindigkeit-Mezzanine-System wird in Steckhöhen von 12 bis 42 mm und mit Polzahlen von 8 bis 300 Triaden-Wafern in zwei-, vier-, sechs-, acht- und zehnreihigen Konfigurationen mit Impedanzen von 85 oder 100 Ω angeboten.

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microQSFP-Standard ermöglicht höhere Datendurchsatzraten

Bei der Entwicklung von I/O-Komponenten, die in Rechenzen¬tren u.a. bei Switches und Servern Verwendung finden, müssen die Aspekte Größe, Geschwindigkeit und Wärmeentwicklung sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Dies gilt umso mehr für einen Hochgeschwindigkeits-I/O, bei dem ein optischer Transceiver in einen Cage gesteckt wird, um optische Signale in elektrische Signale umzuwandeln. Dabei wird Wärme erzeugt. Normalerweise stammt diese Wärme von einem internen Modul, und sie wird zur Außenwand bzw. zum Cage des Transceiver, vom Cage zum daran angebrachten Kühlkörper und von dort aus in den Luftstrom innerhalb des Gehäuses geleitet.

Allerdings steigt mit zunehmender Dichte auch die Wärmeentwicklung. Werden ohne entsprechende Vorkehrungen immer mehr I/O-Steckverbinder auf einer Frontplatte untergebracht, so führt dies schnell zu einer thermischen Überlastung, bei der sich die benachbarten Module gegenseitig aufheizen. Dieses Übermaß an erzeugter Wärme kann nicht ausreichend abgeleitet werden. Bei einer Steigerung des Durchsatzes von 3,2 Tbit/s auf 6,4 Tbit/s in einem Switch von 1 HE verdoppelt sich die Anzahl der I/O-Module von 32 auf 64, und hinter diesen Modulen stehen zahlreiche weitere Komponenten, die ebenfalls Wärme erzeugen. Dem Gerätehersteller bleibt nur die Möglichkeit, die Einheit und die Komponenten durch einen besseren Luftstrom über mehr Löcher in der Frontplatte zu kühlen. Dadurch wird natürlich wertvoller Platz verschenkt.

Eine neue Lösung für kleinere und schnellere Verbindungen könnte der microQSFP-Standard (micro Quad Small Form-Factor Pluggable) sein, der u.a. von Ingenieuren der Firma TE Connectivity (Halle B2, Stand 225) propagiert wird. Die bereits bestehende QSFP28-Lösung unterstützt zwar auch 3,2-Tbit/s-Switches – das Modul ist jedoch zu groß, um die erforderliche Dichte für eine neue Generation von 6,4-Tbit/s-Switches zu bieten.

Der Umstieg auf einen kleineren Steckverbinder gemäß microQSFP (Bild 7) bei gleichzeitiger Erhöhung der Bandbreite wäre also ein riesiger Schritt in die richtige Richtung. Allerdings stellt hier das Problem der Wärmeleistung die größte Herausforderung dar. Im Wesentlichen lässt sich die Anzahl der Verbindungen in der gleichen Höheneinheit mit microQSFP verdoppeln. Die doppelte Zahl an optischen Komponenten bedeutet auch doppelt so viel erzeugte Wärme. Bei microQSFP mussten sich die TE-Ingenieure also etwas grundlegend anderes einfallen lassen, um Wärme abzuleiten.
Zuerst versuchten sie es bei ihren Designprototypen mit Wärmerohren, Lüftern und thermoelektrischer Kühlung. Diese waren aber allesamt zu kostspielig und komplex. Die Lösung, die sie letztendlich wählten und die auch während der Messe allen Interessenten präsentiert werden wird, basiert auf der Integration des Kühlkörpers in den Transceiver oder Stecker anstatt in den Cage. Nur so konnten sie die Wärmekapazität gegenüber herkömmlichen Schnittstellen deutlich verbessern.

Hochstrom-Reihenklemmen für explosionsgefährdete Räume

Wer das Produktprogramm der Firma Wago Kontakttechnik (Halle B3, Stand 606) immer noch mit Klemmen für unterschiedlichste Einsatzfälle gleichsetzt, hat die Entwicklung des Unternehmens in Richtung Automatisierungstechnik schlichtweg verschlafen. Nichtsdestotrotz geht es bei dieser Messevorschau ausschließlich um elektromechanische und mechanische Innovationen. Und auch da hat der in Minden ansässige Betrieb einiges zu bieten: Das Hochstromprogramm Power Cage Clamp, das firmenintern als Serie 285 gelistet ist, steht für hohe Kontaktkraft bei energieintensiven Anwendungen – beispielweise im Maschinen- und Anlagenbau oder im Energiesektor.

Die Reihenklemmen in den Querschnittsgrößen 35 mm² und 50 mm² sind nun zusätzlich für explosionsgefährdete Bereiche zugelassen. Sie eignen sich damit auch für Anwendungen mit erhöhter Sicherheit „Ex e“. Die Zulassung gemäß DIN EN 60079-0 und DIN EN 60079-7 gilt für die 2-Leiter-Durchgangsklemmen in lichtgrauer Ausführung (285-935 und 285-950) sowie die grün-gelben Schutzleiterklemmen mit Anhangnummer (285-137/999-950 und 285-157/999-950).

Mit der Serie 297 brachte Wago zudem auch eine neue Through-Board-SMD-Leiterplattenklemme für den Leiterquerschnitt 0,5 mm² (AWG 20) auf den Markt (Bild 8). Das Besondere: Der Leiter wird von der Rückseite des LED-Moduls senkrecht zur Leiterplatte angeschlossen. Die rückseitige Verdrahtung sowie die kompakte und gehäuselose Bauform schaffen auf der Vorderseite der Platine eine größere Fläche für eine gleichförmige Lichtverteilung. Störende Schattenbildungen werden auf diese Weise minimiert.

Gehäuse für die Aufnahme von PCBs gemäß NUC-Formfaktor

Zum umfangreichen Verbindungstechnik-, Kühl-/Wärmemanagement- und Gehäuseprogramm der Firma Fischer Elektronik (Halle B1, Stand 155) gehören seit Kurzem auch weitere Ausführungen der speziellen Kühlrippengehäuse zur Aufnahme von Single-Board-Computern. Die bereits bestehenden Gehäuse für Embedded-PCs mit einem Mainboard im Mini-ITX-Formfaktor werden durch zusätzliche kleinere Gehäusevarianten (Bild 9) zur Aufnahme von Leiterplatten im NUC-Formfaktor (Next Unit of Computing) ergänzt. Die einseitig offenen, U-förmigen Aluminium-Gehäuseprofile der EMB-Gehäuseserie verfügen über integrierte, außenliegende Kühlrippen zur besseren Wärmeableitung sowie innenseitige Führungskanäle für schiebbare Vierkantmuttern oder Gewindestreifen, die einer Befestigung der Mainboard-Platine mittels längenvariabler Abstandsbolzen dienen.

Weiterhin gewährleisten die ebenfalls im Strangprofil integrierten, seitlichen Führungsnuten eine Aufnahme von ungenormten Leiterplatten, Elektronikkomponenten oder Montageplatten. Somit lassen sich weitere Mainboard-Formate wie EBX, Nano ITX, ETX/XTX und PC/104 in einen EMB-Gehäuse problemlos integrieren. Eine 2 mm starke Bodenplatte sowie stirnseitige, an die Profilkontur angepasste Deckelplatten runden den robusten und widerstandsfähigen Gehäuseaufbau ab.

Ausführungen mit einer speziellen Klammerbefestigung für eine Montage an den Tragschienen nach DIN EN 60715 oder mit anschraubbaren Befestigungslaschen für eine Wand- und Deckenmontage, sowie mit einer Monitorhalterung passend zu VESA MIS-D 75/100 werden ebenfalls angeboten. Beide Größenvarianten der Embedded-PC-Gehäuse sind standardmäßig in drei verschiedenen Oberflächenausführungen (naturfarbeneloxiert, schwarzeloxiert oder deren Kombination) sowie in vier Längen (105, 150, 200, 250 mm) erhältlich.

Extra flacher Ventilatorfür Heavy-Duty-Einsatz

Gezielt für Nutzfahrzeuge, ob im Hoch- und Tiefbau oder auch im normalen Straßenverkehr, hat die Firma ebm-papst (Halle B1, Stand 261) vor Kurzem einen besonders flachen Axialventilator für die Klimatisierung von Fahrerkabinen entwickelt (Bild 10). Dieser entspricht der Baugröße 250 und setzt mit seiner besonders flachen Bauweise von 50 mm Höhe neue Maßstäbe in Sachen Packaging.

Der Wandring besitzt vier Befestigungspunkte, über die der Lüfter wie gewohnt mit Schrauben befestigt werden kann. Als Neuheit ist zusätzlich ein Bajonettverschluss eingearbeitet; so kann der Ventilator einfach auf z.B. eine Hutze oder Halterung montiert werden. Durch den symmetrischen Aufbau des Wandringes erhält der Kunde mehr Flexibilität bei der Montage bzw. kann den Ventilator bequem für beide Förderrichtungen einsetzen. Ein Schutzgitter kann ohne Zunahme der Bauhöhe und ohne zusätzliches Befestigungsmaterial einfach eingerastet werden.

Weiterhin zeichnet sich der Ventilator aufgrund seines hohen Verbundwerkstoffanteils durch ein geringes Gewicht aus, was zusätzliches Gewicht am Fahrzeug reduziert und damit Treibstoff spart. Der Ventilator ist hochdruckreiniger- und staubfest ausgeführt und erfüllt somit die Anforderungen an die hohe Schutzart IP6k9k. Er ist für die Klimatisierung von Fahrerkabinen konzipiert worden und wird ab Herbst 2016 in einer 60-W- und einer 120-W-Ausführung verfügbar sein.