Roboter begleiten uns bereits seit Jahrzehnten. Allerdings sind mit Robotern nicht die niedlichen oder futuristischen Modelle gemeint, die Schlagzeilen machen oder auf Technologiekongressen für Aufsehen sorgen. Vielmehr sind es die Maschinen, die hinter den Kulissen arbeiten und für die Herstellung vieler Produkte verantwortlich sind, die wir im täglichen Leben verwenden.

Nach heutigen Maßstäben sind diese Industrieroboter zwar relativ unintelligent, übernehmen aber wichtige Aufgaben. Sie sind dafür konzipiert, die gleiche Aufgabe immer wieder und mit großer Präzision auszuführen. Im Automotive-Sektor werden Industrieroboter seit mehr als einem halben Jahrhundert eingesetzt. Sie erledigen gefährliche oder eintönige Arbeiten wie etwa Schweißen, Lackieren oder Zusammensetzen.

Die Entwicklung von Steckverbinderlösungen für Industrieroboter bereitet Herstellern Kopfzerbrechen – und der wichtigste Aspekt dabei ist die Zuverlässigkeit. Bei der Beschreibung von Steckverbindern wird in der Regel der Begriff „Steckzyklen“ genannt, der angibt, wie lange der Steckverbinder halten wird. Ein Steckzyklus bezeichnet die einmalige Abfolge von Ein- und Ausstecken eines Steckverbinders. Die meisten Hersteller geben für einen Steckertyp die jeweilige Mindestanzahl von Steckzyklen an, was als Maß für die Zuverlässigkeit des Steckverbinders dient.

Wenig überraschend schwankt die tatsächliche Leistung eines Steckverbinders in der Praxis jedoch enorm. In einer sauberen Optimalumgebung und bei korrekter Verwendung durch erfahrene Techniker kann ein Steckverbinder deutlich länger halten, als dies erforderlich ist. Wird er jedoch in rauen Umgebungen eingesetzt und häufig in Eile ausgesteckt, stellen Benutzer unter Umständen fest, dass seine Lebensdauer deutlich kürzer ist als erhofft. Dies könnte etwa der Fall in Fabrikhallen sein, in denen Industrieroboter ihre Aufgaben ausführen.

Ein weiteres Problem bei Entwicklungen für Roboter ist die Bewegung. Roboter bewegen sich schnell, oft auch in verschiedene Richtungen – und das stunden- oder sogar tagelang. Alle Teile des Roboters, wie seine Arme und sonstiges Zubehör, müssen miteinander verbunden sein, um die Daten, den Strom und die Signale zu liefern, die er zum Arbeiten benötigt. Jedes bewegliche Gelenk stellt für Entwickler somit ein Problem dar.

Entwicklung und Tests für höchste Zuverlässigkeit

Bei der Entwicklung von Robotern ist die Konstruktion der Anschlüsse in den eingesetzten Steckverbindern entscheidend für ihre Leistung. Die meisten von uns kennen Steckverbinder, die eine klassische Anordnung von Steckern und Buchsen aufweisen. Diese Methode wird seit Langem verwendet, weil sie eine der besten Möglichkeiten darstellt, um zwei Schaltungen zu verbinden.

Das Konzept des herkömmlichen Stift- und Buchsensystems besteht darin, dass ein fester Stift in eine etwas kleinere Buchse eingesteckt wird. Die Buchse ist ausreichend flexibel gestaltet, damit der Stift eingesetzt werden und eine Federkraft erzeugen kann, die den Kontakt zwischen den beiden Elementen sicherstellt.

Zu den Vorteilen dieses Systems gehört, dass die Pin-Klemme relativ einfach herzustellen ist. Sie kann massiv sein, d. h. aus einem massiven Stück hergestellt werden. Sie kann aber auch hohl sein, also aus einem flachen Metallblech hergestellt werden, das gewalzt oder in eine dreidimensionale Form gebracht wird. Die verschiedenen Herstellungstechniken bieten zwar ihre jeweiligen Vorteile, doch der wichtigste Aspekt in diesem Beispiel ist, dass der Pin selbst fest ist.

Das flexible Element des Designs ist der Buchsenanschluss. Da die Buchse etwas kleiner als der Pin ist, muss der Schaft flexibel sein, um den Pin aufzunehmen. Wenn sich die Buchse ausdehnt, um den Pin aufzunehmen, wird ein positiver Druck auf den Pin ausgeübt. Dies ist wichtig, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den beiden Teilen zu gewährleisten. Außerdem verringert es die Auswirkungen von Vibrationen, die bei normalem Gebrauch auftreten können.

Der positive Federdruck führt jedoch zu anderen Problemen. Um den Federwiderstand zu überwinden und diese Anschlüsse zu verbinden bzw. zu trennen, ist Kraft erforderlich. Diese wird als Einsteck- bzw. Auszugskraft bezeichnet. Für einige Anschlüsse mag diese erforderliche Kraft vernachlässigbar sein. Das gilt jedoch nicht für Steckverbinder mit vielen Schaltungen. Solche Steckverbinder erfolgreich zu verbinden, erfordert eine große Kraft. Der Bediener muss daher sicherstellen, dass die Stecker korrekt ausgerichtet sind.

Das Risiko für Kabel

Auch Kabel sind beim Einsatz in Industrierobotern einem Risiko ausgesetzt. Mit Blick auf den Schutz der Kabel muss bei der Entwicklung für Roboter sichergestellt werden, dass sich die Kabel nicht über ihre festgelegten Grenzwerte hinaus verbiegen oder ungünstig verdreht werden. Und selbst, wenn diese Herausforderung gelöst wird, gibt es ein weiteres Problem: Kabel bestehen aus Metall, wenn auch aus sehr feinen Metalldrahtstücken, die zu einem flexiblen Kabel verwoben sind. Wie die Vergangenheit häufig gezeigt hat, kann Metall versagen. Dies liegt daran, dass die Drähte durch die ständige Bewegung des Kabels geschwächt werden: Ihre Leistung und Zuverlässigkeit werden deutlich beeinträchtigt – noch bevor es zum eigentlichen Kabelbruch kommt.

Bei ständiger Bewegung wird das Kabel jedoch irgendwann reißen – und jetzt sind die Steckverbinder extrem wichtig, da das Kabel nun entfernt und ersetzt werden muss. Es gibt wirklich beeindruckende Kabel, die eine längere Nutzungsdauer bieten. Und es gibt hochzuverlässige Steckverbinder. Ich habe einmal ein mehrdrähtiges Kabel verwendet, das so beweglich war, dass es sich wie gekochte Spaghetti anfühlte. Aber selbst das hat bei wiederholtem Gebrauch irgendwann versagt.

Bei der Entwicklung für Roboter ist die Stromversorgung womöglich das größte Problem. Die moderne Batterietechnologie ist heute deutlich leistungsfähiger als früher, was zum großen Teil der Fahrzeugindustrie zu verdanken ist. Allerdings müssen Batterien aufgeladen werden. Und bis eine Möglichkeit gefunden wird, um eine beträchtliche Strommenge über eine Bluetooth-Verbindung zu liefern, bleiben Steckverbinder die beste Lösung.