Arten von Kabelbäumen für die Elektronik

Viele Mehrfach-PCB-Systeme verwenden keine Board-zu-Board-Steckverbinder oder einfache verkabelte Kabel, um Verbindungen zwischen den PCBs herzustellen. Bei nur einem Paar von PCBs, die miteinander verbunden werden müssen, reicht ein einzelnes Kabel oder ein Board-zu-Board-Steckverbinder aus. Viele Produkte verwenden jedoch mehrere PCBs, die alle miteinander verbunden sind, und die Anzahl der beteiligten Kabel kann in einem Gehäuse schnell unhandlich werden. Die Lösung, um all diese Drähte und Kabel organisiert zu halten, kann sehr einfach sein: einen Kabelbaum bauen.

Kabelbäume gibt es in allen Formen und Größen, und sie können sowohl mechanisch als auch elektrisch recht komplex werden. Obwohl ein wenig Design- und Montageaufwand erforderlich ist, um einen Kabelbaum zu erstellen, der in einem Gehäuse funktioniert, lohnen sich Kabelbäume. Dies gilt insbesondere, wenn ein Produkt in die Montage geht und Sie Ihre Verkabelung idiotensicher machen müssen. Wenn Sie sich also fragen, welche Art von Kabelbaum Sie in Ihrem Produkt verwenden könnten, werfen Sie einen Blick auf diese Optionen.

Punkt-zu-Punkt-Kabelbündel

Die einfachste Art von Kabelbaum verwendet Punkt-zu-Punkt-Kabelbündel und verpackt sie zusammen in einer einzigen Kabelbaummontage. Kabelbündel können mit Klebstoffen, Bändern, Ummantelungen oder Maschenjacken zusammengepackt werden. Die in diesen Bündeln verwendeten Kabel könnten handelsübliche Kabel, kundenspezifische Kabel oder eine Kombination daraus sein. Die Interconnect-Topologie, die normalerweise daraus resultiert, ist Punkt-zu-Punkt aufgrund der direkten Verbindungen über diese Kabel.

Verzweigte Kabel

Von einem Steckverbinder abgehende Verkabelung kann verzweigt sein, wobei ein einzelner Steckverbinder Verkabelung hat, die sich zu zwei verschiedenen Zielen aufteilt. Dies würde verwendet, um eine einzelne Buchse auf einem PCB mit mindestens zwei anderen PCBs zu verbinden. Dies ist eine ausgefeiltere Art von Kabelbaum, die das Mischen und Anpassen von Steckverbindern und Buchsen über verschiedene Boards hinweg beinhaltet.

Einfaches verzweigtes Kabel

Flex-Printed-Circuit (FPC) Kabel

Flexbänder können ebenfalls als Kabelbäume verwendet werden, was eine Mischung aus Edge-Connectoren, Oberflächenmontage-Steckverbindern und sogar Durchsteck-Steckverbindern ermöglicht, um mit einer Gruppe von PCBs zu interagieren. Flex-Steckverbinder haben den Vorteil, dass sie sehr flach sind und daher in Produkten mit sehr niedrigem Profil nützlich sein können. In einigen Produkten passt ein Kabelbündel in einem Standard-Kabelbaum einfach nicht in das Design, sodass ein Flexkabel eine sehr attraktive Option wird.

Benutzerdefinierte Flexkabel, die als Kabelbäume verwendet werden, können mehrere Verzweigungen haben, die zu Anschlüssen auf verschiedenen PCBs führen.

Wenn sie als Kabelbaum verwendet werden, folgen Flexkabel den gleichen Designregeln wie eine flexible Leiterplatte. Der Hauptunterschied hierbei ist die Auswahl der Steckverbinder am Flexkabel. Steckverbinder an Flexkabeln, die in PCB-Anschlüsse gesteckt werden, sollten im Allgemeinen nicht oberflächenmontiert sein, wenn das Flexband wiederholt ein- und ausgesteckt wird. Der Grund dafür ist, dass sich das flexible Polyamid leicht von den SMD-Pads lösen könnte. Stattdessen sollte man sich für SMD-Steckverbinder entscheiden, die eine Durchsteckmontagehilfe oder einen Durchsteck-Schweißtab haben, da dies einen Lötbruch in der Nähe des Steckeranschlusses verhindert und es ermöglicht, dass das Kabel wiederholt angeschlossen und getrennt werden kann.

Teile für Kabelbäume: Steckverbinder und Crimps

Wenn Sie einen Kabelbaum bauen möchten, wie zum Beispiel mit bifurkaten Kabeln, müssen Sie Buchsen und passende Steckverbinder auswählen, um die erforderlichen Verbindungen herzustellen. Steckverbinderhersteller spezifizieren ihre Steckverbinder normalerweise nicht als für Kabelbäume verwendet. Typischerweise handelt es sich dabei um Crimpsteckverbinder, die es einem Monteur ermöglichen, ein Kabel anzubringen und dann eine Kabelbaugruppe oder einen Kabelbaum zu erstellen. Betrachten Sie zum Beispiel den untenstehenden Molex-Steckverbinder.

Dieser Steckverbinder (Molex-Teilenummer 5055651401) verwendet Crimps zur Kabelbefestigung, die in einen benutzerdefinierten Kabelbaum integriert werden könnten.

Ein Kabelbaum kann leicht aus diesem Steckverbinder gebaut werden, indem Crimpkontakte verwendet werden, die in den Steckverbinder gleiten. Der Crimpkontakt wird auf ein Kabel gecrimpt, und dies ermöglicht es, dass das Kabel hineingleitet und sich im Steckverbindergehäuse sichert. Sobald der Steckverbinder mit seiner Buchse auf einer PCB verbunden ist, wird die erforderliche elektrische Verbindung hergestellt.

Für einen Kabelbaummonteur müssen die PCB- und Produktdokumentation diese Teile für die Verkabelung und Kabelbaumkomponenten im BOM enthalten. Sie müssen einschließen:

• Die Teilenummer für den passenden Steckverbinder im Kabelbaum
• Eine Teilenummer für die erforderlichen Crimpkontakte
• Eine Teilenummer für die Verkabelung, einschließlich Drahtstärke

Dies kann im vollständigen BOM des Produkts enthalten sein. Ich bevorzuge es auch, diese Informationen direkt im Schaltplan für die verbindende PCB einzufügen, sodass keine Frage besteht, was der passende Steckverbinder, Crimp oder die Verkabelung ist. Einige Crimps erfordern spezielle Crimpwerkzeuge mit eigener Teilenummer, und diese Teilenummer sollte ebenfalls in der Dokumentation enthalten sein.

Diese Materialien müssen einem Kabelbaummonteur zur Verfügung gestellt werden, damit ein vollständiger Kabelbaum beschafft werden kann. Der Kabelbaum sollte wahrscheinlich auch eine eigene Stückliste haben, und es wird eine detaillierte Zeichnung benötigt, die die Pin-Verbindungen an jedem Stecker sowie Teilenummern für kompatible Crimps zeigt. Die Dokumentation von Kabelbäumen kann schwierig sein und aufgrund der fehlenden Standardisierung einige manuelle Zeichnungen erfordern. Kontaktieren Sie Ihren Kabelbaum- oder Kabelsatzhersteller, um sicherzustellen, dass Sie ihnen die Dokumentation zur Verfügung stellen, die sie benötigen, um Ihren Kabelbaum korrekt zu montieren.

Nutzen Sie die MCAD-Zusammenarbeit zur Dimensionierung der Verkabelung

Beim Bau eines benutzerdefinierten Kabelbaums oder Kabelsatzes griffen Designer historisch gesehen auf das Durchführen der Verkabelung durch ein Prototypengehäuse mit aufgespultem Draht oder sogar mit Schnur zurück. Ein Kabelbaum müsste dann von Hand montiert werden, um zu überprüfen, ob er in das Gehäuse passen würde. Wurde ein Flexkabel als Kabelbaum verwendet, dann müsste ein Flex-Prototyp gebaut werden, was mit dünnen Polyimid-Flexbändern ziemlich teuer sein kann.

Offensichtlich ist dies teuer und zeitaufwendig, besonders wenn Sie lediglich versuchen, die Kabellänge innerhalb des Gehäuses zu schätzen. Die heutigen Designteams sollten stattdessen MCAD-Anwendungen und 3D-Modelle des Gehäuses nutzen, um die Verkabelung zu schätzen und zu dimensionieren. Diese Werkzeuge können problemlos Verkabelungen verschiedener Formen und Größen zeichnen sowie Biegungen einfügen, um Kabelwege innerhalb eines Kabelbaums zu visualisieren.

In SolidWorks entworfener Kabelbaum

Ein Nebeneffekt davon ist, dass es auch das Experimentieren mit der Platzierung von Steckverbindern in einem 3D-mechanischen Modell der Leiterplatte innerhalb des Gehäuses ermöglicht. 3D-Modelle von Steckverbindern, wie STEP-Modelle, sind von den meisten Steckverbinderherstellern weit verbreitet erhältlich und können schnell in ECAD- und MCAD-Anwendungen verwendet werden.

Die Schweißlaschen an diesem Verriegelungsclip-Steckverbinder (Samtec-Teilenummer PES-04-01-S-VT-LC) bieten zusätzliche Verstärkung für alle flexkabelmontierten Schnittstellensteckverbinder.

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