Små kontakters stora betydelse

Den ökande användningen av fordonselektronik ökar trycket på kontaktdon, skriver Roger Broughton på JAE Europe.

Roger Broughton är försäljningschef i Europa för JAE Europe. Han har tillbringat hela sin 32-åriga karriär inom kontaktdon för fordon och tillhörande elektronik. Han har varit europasäljchef för fordonsmarknaden på JAE Europe i fyra år. Före dess var han kontoansvarig för Siemens EC, och sedermera för Tyco som köpte nyss nämnda bolag. Tidigare har Roger arbetat för Carr Fastener (idag TRW), Pressac och AMP.

Vad driver utvecklingen av fordonskontaktdon?
Fordonssektorn är ett av de mest spännande områdena för elektronisk affärsverksamhet eftersom fordonstillverkare allt oftare använder elektronik för att differentiera sina produkter på marknaden och för att uppfylla kundkrav. Elektroniska system är också den enda praktiska vägen för att hantera säkerhets- och underhållssystem samt för att kunna uppfylla myndighetskrav på alla delar av ett bilinnehav: alltifrån avgasutsläpp till – i framtiden – övervakning för beskattning.

Men moderna fordon är mycket effektivt konstruerade och har mycket lite utrymme för den extra kabeldragning som nya fordonssystem behöver. Eftersom det krävs betydligt högre täthet på kontaktdonen måste dessa bli mindre och detta gör också samtidigt att delningen (pitch) i fleranslutningsdon blir mindre. Kontaktdonens vikt är också en viktig faktor för kabelstammarna. Tillverkare av kabelstammar måst försöka hålla nere vikten när de ökar antalet kontakter. Fordonstillverkare söker efter varje gram som kan sparas för att minimera drivmedelsförbrukningen och kunna uppfylla avgaskraven och andra föreskrifter.

Med stora kontaktdon måste chassikonstruktören kompensera för de försvagningar som stora hål medför i karossen. Det kommer i konflikt med kraven på att hålla vikten låg. Tätning av fordonet blir också en mer komplex och därmed dyrare och möjligen också otillförlitligare process.

Samtidigt är standardiseringen inte löst. Fordonstillverkare kräver ekonomiska skalfördelar när man köper kontaktdon vilket driver fram standarder. De viktigaste parametrarna att standardisera nu är delning och tvärsnittsarea för att hantera strömmen i vissa viktiga tillämpningar.

Bilden kompliceras av regionala skillnader: Europa och USA har olika standarder. Om en kontaktdonsstandard kunde definieras som uppfyller båda marknaderna vore stora besparingar möjliga. Å andra sidan måste varje ny, fysiskt mindre kontaktdonsgeneration vara robust och enkel att montera. Bland annat måste det finnas indikatorer som visar att kontaktdonet är riktigt hopsatt för att slippa hantera garantireparationer. Det är självklart att det är billigare att rätta till sådana fel tidigt i tillverkningsprocessen. Detta är några aspekter som måste beaktas vid konstruktion av nya kontaktdon.

Vid utveckling av nya kontaktdon måste man vara beredd på att kraven ändras. För en given kontaktdonstyp är kontakttätheten nära kopplat till delningen. Många kontaktdon för fordon har delningen 2,5 mm i dag men leverantörer och standardiseringsorgan blickar framåt mot nya standarder. Kontaktdonstillverkare med egen tillverkning av verktyg är bäst lämpade att påverka denna utveckling; behövliga tekniker, dimensioner och material har en tendens att kräva
hög kvalitet på verktygen för avancerade konstruktioner. JAE har till exempel utvecklat tunnväggsteknologi för sin kontaktdonsfamilj MX34 för att kunna minska delningen från 2,5 till 2,2 mm. Den tunnare väggen och stift i sicksackordning gör att ett MX34-kontaktdon med 24 stift blir lika liten som en äldre variant med 12 stift. Stift i sicksackordning förenklar också kretskortsdesignen.

Trots den påtagliga minskningen i väggtjocklek klarar MX34-kontaktdonen 3 A per stift. Utformningen är sådan att felaktigt montage förhindras vilket annars kan leda till att kontaktstiften förstörs.

Många tillämpningar kan mycket väl fortsätta att använda kontaktdon med 2,5 mm delning. I själva verket är standarderna USCAR för don med 2,54 mm (0,1”) delning. För tillämpningar som högtalartilledningar med hög ström och andra kablage är kontaktdon med 2,54 mm delning enklare att använda för kablage- och fordonstillverkare. Systemet JAE MX41 uppfyller till exempel standarderna USCAR Cat 0 och Cat 1 i kåpor som är 30 procent mindre än ett Cat 2- kontaktdon som kräver bladstorlek på 1,5 mm. Samtidigt är MX41-terminalens honkontakt kompatibel med europeiska standarder som har konverterat till 1,2 mm blad. Avancerad termineringskonstruktion, med flersektionsdesign som gör att varje honkontakt klarar 300 N tryck, kan med denna större delning fås att uppfylla kraven på båda sidor av Atlanten.

Andra innovationer är ”Low Insertion – High Normal Force”-sammanfogning vilket garanterar att varje kontaktstift ligger an med tryck för att klara maximal ström för kontaktdonet och garantera att det klarar stora vibrationer. Lågt sammanfogningsmotstånd skyddar stiften vid sammanfogning genom att inte behöva överdriven kraft i axiell riktning i vilken stiften är mindre starka. Samtidigt som kontaktdonsdimensionerna krymper är tätning ett måste och då inte bara för utanpåliggande platser.

Bland de sofistikerade funktioner fordonstillverkare lockar sina kunder med är elektriskt manövrerade, klimatstyrda säten med minne där komplex styrning placeras under stolen. Förar- och passagerarsäten i en modern lyxbil har upp till åtta motorer för att styra säten samt funktioner för värmestyrning, avkännare för passagerare och styrning av krockkudde.

Om DVD-monitorer finns för baksätespassagerarna måste det elektriska kablaget till dessa också rymmas under framsätet. Eftersom denna plats ofta är lägre än dörrtröskeln måste man använda tätning mot fuktinträngning. Standardkontaktdon upp till 34 stift som JAE MX23-familjen i lågprofilutförande klarar fuktinträngning upp till IP67 för montage under sätet och i andra mer utsatta platser i fordonet som anslutningen av motorns ECU till huvudkablaget i fordonet.

När vi diskuterar motståndskraft mot fuktinträngning kan man notera att elektronik i motorcyklar också ökar för att uppfylla miljökrav och för att styra nya avancerade system som låsningsfria bromsar och bränsleinsprutning vilket håller på att ta över den konventionella förgasaren. Kontaktdon som MX23 uppfyller kraven på storlek, antal stift och IP67 för motorcyklar.

I lyx- och mellanmodeller medför stävan efter miniatyrisering och låg vikt att man går mot ultratunnt kablage i nya bilmodeller. Dessutom ökar kraven på multimedia i baksätet vilket kräver tunna kablars extra flexibilitet för att framsätet skall kunna flyttas framåt och bakåt.

Speciellt för multimediadistribution användes 12-trådig LVDS (Low Voltage Differential Signalling) i den första generationen. Den kommande GVIF-standarden (General Video Interface) baseras på seriell kommunikation på 4 mm ”twisted pair”-kablar som ger hållbarare och tillförlitligare anslutning.

PC-multimediakontaktdon av fordonskvalitet är på väg in på marknaden för att betjäna informationssystem för föraren och underhållning för passagerarna. Bland dessa kan nämnas tåliga USB-kontaktdon och även JAE MX30 för ”twisted pair”-kablar. MX30 är kompatibel med GVIF och den kommande seriell LVDS-standarden som också kommer att använda lätt, flexibel ”twisted pair”- kabel.

Elektroniksystem ger biltillverkare nya möjligheter att differentiera sina produkter men precis som all annan konsumentelektronik måste mycket prestanda pressas in i obegripligt små utrymmen. Den ökande mängden elektronisk infrastruktur i en modern bil måste vara osynlig för bilköparen. Avancerad mekanisk design med ett vaksamt öga på att uppfylla standarder och maximera nyttjandegraden gör att nya generationer kontaktdon med mycket liten delning kan utgöra grunden för att föra bilindustrin framåt.