Da Geräte und Systeme immer schneller, kompakter und leistungsfähiger werden, ist zuverlässige Leistung von entscheidender Bedeutung. Infolgedessen müssen Ingenieure und Systemarchitekten zwischen Kostenparametern und betrieblichen Spezifikationen sowie den Erwartungen der Märkte abwägen, wenn es um die Zuverlässigkeit von Produkten geht.
Die Produktzuverlässigkeit ist nicht mehr nur ein vorrangiges Ziel, sie ist vielmehr branchenübergreifen eine Notwendigkeit – und unmittelbar für den Ruf des Unternehmens relevant. Schon das Empfinden unzureichender Zuverlässigkeit kann das Image einer Marke, den Erfolg von Produkten und somit die Nutzung der zugrunde liegenden Technologie erheblich beeinträchtigen. Ungeachtet dieser Effekte hat eine kürzlich von Molex zu Zuverlässigkeit und Hardwaredesign durchgeführte Umfrage ergeben, dass derzeit nur ein Bruchteil der Techniker und Systemarchitekten der Zuverlässigkeit höchste Priorität zumessen, wenn Kompromisse hinsichtlich der Auslegung von Produkten gefunden werden müssen.
An der im Oktober 2023 durchgeführten Umfrage haben 756 qualifizierte Systemarchitekten, Techniker und Führungskräfte technischer Abteilungen auf der ganzen Welt teilgenommen und ihre Sichtweisen in Bezug auf die Entwicklung zuverlässiger Produktlösungen geteilt. Die Teilnehmer stammten aus Branchen wie Automobil/Transport, Unterhaltungselektronik, Rechenzentren, Verteidigung/Luft- und Raumfahrt, Gesundheitswesen, Industrie, Telekommunikation und vielen weiteren. Im folgenden Text fassen wir die Einblicke der Befragten und die daraus resultierenden Herangehensweisen zusammen. Mithilfe dieser Informationen können Designanforderungen einfacher eingehalten und Kompromisse im Hinblick auf die Zuverlässigkeit vermieden werden.
Die Umfragedaten unterstreichen, dass Produktkosten und Produktionserfordernisse häufig untrennbar miteinander verbunden sind. 50 % der Befragten bezeichnen die Kosten und 46 % Produktionserfordernisse als wahrscheinlichste Faktoren, wenn Kompromisse hinsichtlich der Produktzuverlässigkeit erforderlich werden. Sind diese Kompromisse tatsächlich erforderlich?
Technologische Fortschritte bei Predictive Engineering (auch als Predictive Modeling bezeichnet) und die Schaffung digitaler Zwillinge – insbesondere in der Transportindustrie eingesetzt – sind geeignet, neue Regeln zu definieren. Diese hochentwickelten Technologien beurteilen die antizipierte Produktleistung in realen Szenarien proaktiv, bevor Prototypen gefertigt werden. Diese frühzeitigen Einblicke können Techniker beim Abstimmen von Kosten, Produktionserfordernissen und Zuverlässigkeit unterstützen. Frühzeitige Einblicke sind insbesondere in zwei Bereichen nützlich:
Materialauswahl: Die in einem Design verwendeten Materialien haben signifikanten Einfluss auf Kosten, Herstellungsverfahren, Montage und langfristige Zuverlässigkeit von Produkten. Mit Predictive Engineering kann analysiert werden, wie Materialien sich verhalten werden, um deren langfristige Eignung im täglichen Gebrauch und bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen zu bewerten.
Auswahl der Komponenten: Mittels Predictive Modeling können Entwicklungstechniker ermitteln, ob Standardkomponenten eingesetzt werden können oder anwendungsspezifische Komponenten gefertigt werden müssen, um die gewünschten Produktmerkmale zu erreichen. Diese kritische Entscheidung wirkt sich auf die Gesamtkosten ebenso wie auf die Zuverlässigkeit über den Produktlebenszyklus aus.
Wohin werden Predictive Engineering und digitale Zwillinge führen? Die Integration dieser Technologien findet in Geräten für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) bereits statt. Diese Integration erleichtert dem Techniker die direkte Interaktion mit der virtuellen Einsatzumgebung und trägt dazu bei, frühzeitig wichtige Erkenntnisse zu Kosten und Produktionserfordernissen zu gewinnen. Mit dem zunehmenden Einsatz dieser konsolidierten Technologien werden Techniker in die Lage versetzt, die zuverlässigkeitsrelevanten Merkmale von Systemen, Subsystemen und Komponenten zu visualisieren, bevor auch nur ein Prototyp des betreffenden Produkts hergestellt wurde.
Es ist wahrscheinlich nicht überraschend, dass 25 % der Umfrageteilnehmer den Stromverbrauch an der Spitze ihrer zuverlässigkeitsorientierten Prioritätenliste platziert haben. Da Benutzer schnellere Systeme und Geräte mit größerem Funktionsumfang nachfragen, steigt der Stromverbrauch. Diese Dynamik ist hinsichtlich der Zuverlässigkeit eine zweischneidige Angelegenheit. Aus Sicht des Produktdesigns ergibt sich insbesondere für das Wärmemanagement eine Herausforderung. Andererseits erlangt die Zuverlässigkeit des Stromnetzes immer größere Bedeutung, weil dieses die erhöhten Belastungen bewältigen muss.
Wie können Techniker den zunehmenden Strombedarf im Design berücksichtigen, ohne Abstriche bei der Zuverlässigkeit zu machen?
Für hohe Zuverlässigkeit sind stets hochwertige Steckverbinder zu wählen. Noch wichtiger ist dies für Anwendungen mit hohem Strombedarf, weil bei diesen schadhafte Verbindungen das System oder die gesamte Umgebung beeinträchtigen können. Werden beispielsweise die Batterien in Elektrofahrzeugen nicht richtig geladen, kann sich ihre Lebensdauer verkürzen, die möglichen Fahrdistanzen werden geringer und die Wahrscheinlichkeit thermischer Instabilitäten steigt. Ähnliche Risiken gelten für Energiespeichersysteme für den privaten Gebrauch, wenn eine schlechte Energieübertragung das Backupsystem der Batterie gerade dann lahmlegt, wenn es am meisten benötigt wird.
Und im Hinblick auf das Wärmemanagement können hochwertige Anschlusskomponenten für Anwendungen mit hohem Stromverbrauch schädliche Wärmeentwicklung begrenzen. Natürlich bleibt die Strombelastbarkeit bei Anwendungen mit hohem Stromverbrauch eine zentrale Anforderung. Daneben müssen die Techniker aber auf geeignete Designmerkmale wie große Kontaktflächen und geringen Kontaktwiderstand achten, um die Wärmeentwicklung zu minimieren.
Die Steckverbindertechnologie COEUR von Molex sorgt beispielsweise für niedrigen Kontaktwiderstand am Gegenstück und minimiert so die Wärmentwicklung bei gleichzeitig hoher Strombelastbarkeit. Beispiele für Produkte mit dieser innovativen Technologie sind die Sockelsteckverbinder der Baureihe Sentrality, die Hochstrom-Hochspannungssteckverbinder der Baureihe PowerWize für Platinen und Sammelschienen sowie die SW1-Steckverbinder für Platinen und Sammelschienen. Molex bietet eine umfangreiche Produktpalette für den Hochstrombereich an, entwickelt für höchste Zuverlässigkeit.
Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von IoT-Geräten und fortschrittlichen Systemen in allen Branchen werden elektronische Komponenten unter vielfältigen Umgebungsbedingungen und in unterschiedlichsten Einsatzbereichen genutzt. Bestätigt wurde dies von den Umfrageteilnehmern. 23 % bezeichnen die Fähigkeit, Umwelt- und Nutzungsbedingungen standzuhalten, als eines der wichtigsten Kriterien beim Produktdesign.
Wie kann die Haltbarkeit in der Praxis über Predictive Engineering hinaus berücksichtigt werden, ohne andere zuverlässigkeitsrelevante Aspekte zu vernachlässigen?
Gerade für Transportanwendungen stehen raue Umgebungsbedingungen ganz oben auf der Liste. In Fahrzeugen verwendete Steckverbinder müssen Wasser, Staub, Vibrationen, extremer Hitze und vielem mehr widerstehen. Zudem steht auch bei beengten Platzverhältnissen die zuverlässige Funktion im Vordergrund. Aus diesem Grund werden Fahrzeuge häufig als der ultimative Test für die Zuverlässigkeit von Komponenten im Praxiseinsatz betrachtet. Anwendungen wie Industrieroboter, landwirtschaftliche Maschinen und Außenbeleuchtung können von robusten und im Straßenverkehr der Transportbranche erprobten Steckverbindern profitieren.
Hier sind nun einige Schlüsselmerkmale aufgeführt, auf die Entwicklungstechniker achten sollten, wenn sie zuverlässige Komponenten für anspruchsvolle Bedingungen im Praxiseinsatz wählen:
- Robuste Gehäuse mit hohen Schutzarten (IP) wie IP67, IP68 und IP69k halten Flüssigkeiten und Verunreinigungen fern.
- Verriegelungs- und Ausrichtungsmechanismen wie CPA (Connector Position Assurance),TPA (Terminal Position Assurance), PLR (Primary Lock Reinforcement), ISL (Independent Secondary Lock) und Trägheitssperren minimieren die Gefahr unbeabsichtigter Trennung.
- Große Betriebstemperaturbereiche verhindern Ausfälle bei Frost und Hitze.
Beispiele für Molex-Produkte sind das kompakte Kfz-Kabelsteckverbindersystem MXP120 (1,20 mm) mit geringem Platzbedarf für raue Umgebungen, DuraClik-Steckverbinder für festen Sitz auf der Platine mit überragender Kontaktzuverlässigkeit und geringem Platzbedarf für Anwendungen mit starken Vibrationen und hohen Temperaturen sowie die abgedichteten Squba-Kabelsteckverbinder mit UL-Zertifizierung, Schutzart IP68 und einer Strombelastbarkeit bis 14,0 A für die zuverlässige Stromübertragung in unterschiedlichsten Anwendungen.
Optimierung der Zuverlässigkeit in Kooperation mit den Kunden
Und während Techniker mit den zunehmend komplexen Herausforderungen im Bereich der Zuverlässigkeit ringen, spielen erfahrene Anbieter wie Molex und Arrow eine immer wichtigere Rolle. Erstaunliche 91 % der Befragten gaben an, dass vertrauenswürdige und bewährte Zulieferer für hohe Produktzuverlässigkeit unverzichtbar sind.
Molex und Arrow sind sehr gut aufgestellt, um Kunden bei allen Herausforderungen im Bereich der Zuverlässigkeit zu unterstützen. Unsere in vielen Branchen und mit globalen Technikerteams erworbenen Erfahrungen, unser beratender Ansatz und unser kontinuierliches Engagement für die Kunden hat viele Techniker und Systemarchitekten in die Lage versetzt, erfolgreiche Lösungen zu entwickeln. Gemeinsam haben wir uns darauf spezialisiert, Kunden bei den komplexen Abwägungen zu unterstützen, ohne dabei die erforderliche Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
Entdecken Sie, wie Molex eine vernetzte Welt möglich macht
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