Соединители odu AMC для военной аппаратуры Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

70

Компоненты установочные и коммутационные элементы

Соединители ODU AMC

для военной аппаратуры

Кива ДЖУРИНСКИИ, к. т. н.

kbd.istok@mail.ru Олег АНТОНОВ

oleg.antonov@microem.ru

«Если это еще не существует, мы разработаем вместе с вами!»

Девиз компании ODU

Компания ODU была основана Отто Дункелем (Otto Dunkel) в Германии в 1942 году. Ее головной офис, а также основное производство соединителей и монтажного инструмента находятся в городе Мюльдорфе (Muhldorf). Компания имеет семь дочерних отделений: во Франции, Китае (два), Румынии, Скандинавии, США и Великобритании. ODU уже более 60 лет разрабатывает и изготавливает высоконадежные соединители (разъемы) различных типов, которые применяются во многих отраслях промышленности: в системах промышленной электроники и автоматики, автомобилестроении, медицинской технике, диагностическом оборудовании, в системах телекоммуникации, на всех видах транспорта. В перечне выпускаемой продукции — модульные и цилиндрические разъемы, разъемы для жестких условий эксплуатации, силовые и медицинские разъемы, разъемы для соединения печатных плат и многое другое [1]. Особый интерес представляет новая разработка компании — серия соединителей ODU AMC (Advanced Military Connector), нашедших широкое применение в военной технике. Рассмотрению этих соединителей и посвящена статья.

Контакты в соединителях компании ODU

Центральные контакты

К контактам соединителей и, прежде всего, к центральным контактам предъявляют следующие требования:

• низкое контактное сопротивление;

• заданные усилия соединения и рассоединения ответных контактов, обеспечивающие большой срок службы и возможность большого числа циклов соединений;

• допустимый рабочий ток контакта;

• минимальные размеры.

Все эти требования взаимосвязаны. Так, электрическое контактное сопротивление снижается с увеличением контактного давления, но при этом уменьшается количество циклов соединений.

Рассмотрим факторы, влияющие на электрическое сопротивление двух соединенных контактов. Оно складывается из суммы

Slotted contact socket

Рис. 1. Типы контактов в соединителях ODU

собственных сопротивлений каждого контакта и сопротивления области контактирования. Собственное сопротивление зависит от размеров (площади сечения и длины) и удельного сопротивления материала контакта. Как правило, это сопротивление невелико. Так, для медного контакта диаметром 3,5 мм и длиной 75 мм собственное сопротивление равно 0,14 мОм. Сложнее с сопротивлением области контактирования. Оно зависит от многих факторов: шероховатости поверхности (класса чистоты), материала покрытия контактов, загрязнения поверхности окисными и другими пленками, усилия контактирования и, что очень важно, от количества точек контактирования.

В соединителях компании ODU применяются одиночные контакты трех типов: гнездовые с двумя или четырьмя ламелями (slotted contact socket), ламельные (Lamella socket) и проволочные (Springtac socket) (рис. 1) [2].

Разрезной гнездовой контакт имеет две или четыре ламели, и контакт между штырем (pin) и гнездом (socket) происходит лишь в двух или четырех точках соответственно. Гнездовой разрезной контакт широко применяется в соединителях, так как он наиболее прост в изготовлении и имеет наименьшую стоимость. Однако такой контакт имеет ограничения по допустимому количеству циклов соединений и рассоединений (менее 1000) и контактному усилию. Диаметр гнездовых контактов обычно не превышает 3 мм.

В штампованном ламельном контакте (ODU Lamella), устанавливаемом в корпусе розетки, много контактных точек (рис. 2). По сравнению с разрезным гнездовым контактом у него меньше усилия соединения/рассоединения и контактное сопротивление, а количество циклов соединений на порядок больше — до 10 000.

Проволочный контакт Springtac является усовершенствованным контактом Springwire, изобретенным основателем компании ODU Отто Дункелем (рис. 3).

установочные и коммутационные элементы

компоненты

71

В контакте Springtac индивидуальные пружинящие проволочки смонтированы в оптимальном положении внутри гнездового контакта (рис. 4) [2]. В нашей стране подобные контакты называют ги-перболоидными. Количество точек контакта штыря и гнезда в этом случае наибольшее. Этот контакт имеет все преимущества контакта Lamella и, кроме того, благодаря независимой работе отдельных контактных проволочек обеспечивает повышенную надежность, высокую вибрационную стойкость, небольшое усилие соединения и самое большое количество циклов соединений и рассоединений (100 000). Кроме того, контакт имеет небольшое контактное сопротивление и способен пропускать токи до нескольких сотен ампер [3, 4].

Типичный контакт диаметром 4 мм обеспечивает следующие количества точек соприкосновения штыря и гнезда: 2 или 4 — разрезной гнездовой контакт, 18 — Lamella и 38 — Springtac. Диаметр контактов Lamella и Springtac может быть от 0,76 до 60 мм. Контакт Springtac диаметром всего 0,76 мм содержит до 15 независимых контактных пружинных проволочек. Чем больше диаметр контакта, тем больше в нем должно быть таких проволочек.

Контакты Lamella и Springtac позволяют соединять гнездо и штырь даже при их значительной несоосности в момент стыковки. Эти контакты изготавливают с высокой точностью из высококачественных материалов. Штыри и гнезда делают из латуни, ламели — из тер-моупрочненной бериллиевой бронзы, пружинные проволочки — из сплава меди с оловом. Стандартное покрытие контактов — серебро толщиной от 0,75 до 3-5 мкм, по специальному заказу поверхности покрывают золотом.

Для продления срока службы рекомендуется регулярно наносить на контакты Lamella специальную смазку BERULUB VRT 380.

Компания ODU разработала две серии гнездовых контактов Springtac: DSO и DCO (рис. 5) [2].

Контакты серии DSO с резьбовым или гладким хвостовиком (19 типоразмеров) имеют следующие характеристики:

• Диаметр d — 1,5-30 мм, диаметр D — 4-38 мм, длина контактирующей части l — от 10,5 до 48 мм.

• Усилие соединения с вилкой — 2-100 Н (0,2-10 кг), усилие рассоединения — 1,5-70 Н (0,15-7 кг).

• Контактное сопротивление — от 500 до 80 мкОм.

• Номинальный ток — 25-720 А.

Контакты серии DCO, предназначенные под обжим кабеля с центральным медным проводником (23 типоразмера), имеют следующие характеристики:

• Диаметр d — 0,76-30 мм, диаметр D — 1,58-42 мм, длина контактирующей части l — от 7 до 48 мм.

• Усилие соединения с вилкой — 0,7-100 Н (0,07-10 кг), усилие рассоединения — 0,5-70 Н (0,05-7 кг).

• Контактное сопротивление — от 3800 до 80 мкОм.

• Номинальный ток — от 9 до 720 А.

Кроме того, разработаны две аналогичные серии контактов Lamella — LS1 (рис. 6а) и LC1 (рис. 6б). Контакты Lamella обеих серий отличаются лишь конструкцией и имеют одинаковые характеристики:

• Диаметр d — 0,76-30 мм, диаметр D — 1,58-42 мм, длина контактирующей части l — от 7 до 48 мм.

• Усилие соединения с вилкой — 0,7-100 Н (0,07-10 кг), усилие рассоединения — 0,5-70 Н (0,05-7 кг).

(Эти усилия определяют для контактов после их смазки и предварительных 30 циклов соединения и рассоединения.)

72

компоненты

установочные и коммутационные элементы

• Контактное сопротивление —

от 3800 до 80 мкОм.

• Номинальный ток — от 9 до 720 А.

Для сочетания с гнездовыми контактами разных серий компания ODU создала несколько серий штыревых контактов: SCO с диаметром от 0,76 до 30 мм (24 типоразмера), SSO с диаметром от 1,5 до 30 мм (22 типоразмера) и классические (O. Dunkel) штыревые контакты с диаметром от 1,5 до 26 мм (18 типоразмеров), в том числе гибкие 2-мм контакты.

Наружные контакты

В соединителях компании ODU применено соединение наружных проводников push-pull (в дословном переводе — «тяни-толкай»). Считается, что в 1946 году оригинальный «самозащелкивающийся механизм push-pull» был запатентован инженерами швейцарской компании LEMO [5]. Принцип действия этого механизма защелкивания выступающей части (лепестков) вилки в специальные канавки в розетке показан на рис. 7 [2].

Рис. 7. Защелкивание push-pull

Для соединения ответных частей достаточно лишь протолкнуть вилку в розетку. При срабатывании слышен характерный звук. Попытка разомкнуть соединение, потянув вилку за кабель, приводит к тому, что лепестки расходятся в стороны и соединение становится еще более прочным. Рассоединение происходит только при осевом усилии, приложенном к корпусу кабельной вилки.

Преимущества разъемов с соединением push-pull несомненны:

• Быстрота и легкость соединения и рассоединения при небольших усилиях.

• Возможность соединения в трудных условиях «вслепую» (при несоосности вилки и розетки в момент стыковки).

• Защита от вибрации, ударов и от нарушения соединения при попытке выдернуть вилку, потянув ее за кабель.

• Сравнительно небольшие размеры и масса. Соединение push-pull применяется в соединителях многих известных компаний (Fischer, Harwin, Molex и др.).

Соединители AMC для военной техники

В военной технике применяют несколько сотен тысяч соединителей разных типов. Военный рынок соединителей, согласно

данным Bishop Associates, в 2007-2008 годах составлял $3 млрд. Область применения соединителей в военной технике постоянно расширяется: связь, радиолокация, навигация, видеонаблюдение, сонары для подводных лодок и др. В 1990 году США и их союзники приступили к осуществлению военного проекта под названием Soldier Modernisation, Future Soldier («Солдат будущего»), основной смысл которого в том, что превосходство армии над противником обеспечивается высокотехнологичным оснащением солдат. «Солдат будущего» буквально начинен электроникой: головные телефоны, датчики безопасности, устройства связи и видеонаблюдения, приборы ночного видения и многое другое. Все эти устройства не могут работать без соединителей и кабельных сборок.

Сравнительно недавно ODU, наряду с другими компаниями, начала активно участвовать в этом проекте, создав серию соединителей (разъемов) ODU AMC. При их разработке были учтены следующие специфические требования к военным соединителям:

• минимальный вес;

• простота применения в сложных полевых условиях;

• высокая прочность;

• экранированность от электромагнитных помех;

• влагозащищенность;

• возможность очистки контактов даже в неблагоприятных полевых условиях;

• по возможности, низкая стоимость. Краткая формулировка требований к военному разъему — меньше, легче, прочнее и надежнее.

ODU разработала шесть серий разъемов AMC в зависимости от максимального количества контактов в разъеме: серия 0 — 10 контактов, серия 1 — 10 и 16, серия 1,5 — 19, серия 2 — 26, серия 3 — 37, серия 4,5 — 55 контактов. Компания выпускает широкую номенклатуру прямых и угловых кабельных и приборно-кабельных вилок и розеток. В таблице приведены некоторые типы соединителей AMC компании ODU и области их применения в военной аппаратуре.

Новое поколение соединителей ODU AMC для модернизации военной техники имеет следующие особенности:

1. Шесть серий (0, 1, 1,5, 2, 3, 4,5), количество контактов — от 2 до 55.

2. Малые размеры. Так, соединитель серии 0 диаметром 9,4 мм содержит до 10 контактов, а серии 4,5 диаметром 20 мм — до 55 контактов.

3. Снижение веса соединителей на 60% за счет применения для изготовления корпусов соединителей легкого и прочного алюминиевого сплава.

4. Простота и удобство в обращении. Использование механизма push-pull и функции аварийного отсоединения обеспечивает простое и надежное соединение в сложных полевых условиях (соединение «вслепую).

5. Оптимизированное механическое кодирование (четыре типа ключей).

6. Цветовое кодирование — четыре цвета. Это особенно важно для кабельных соединителей. Кодирование устроено таким образом, что цветной код виден, только когда кабели разомкнуты. В соединенном состоянии оно полностью скрыто.

Таблица. Соединители ODU для военной техники

Соединители ODU AMC Область применения Типы соединителей

Малые размеры и вес. Цветовое кодирование Персональный компьютер. Носимый блок управления S1AYAR-P19MCC0-0000, вилка, 19 контактов, серия 1,5 (диаметр 14,5 мм). G8AYAR-P19QC00-00K0, розетка, 19 контактов, серия 1,5 (диаметр 14,5 мм)

Экранирование. Простая очистка подпружиненных контактов Радиотелефония и передача данных по радиоканалу. Модуль навигации. K10YAR-P09WCC0-00U0, розетка, 9 контактов, серия 0 (диаметр 11,9 мм). S10YAR-P09XCD0-00U0, вилка, 9 контактов, серия 0 (диаметр 11,9 мм).

GPS-антенна, УКВ-связь. Коаксиальные разъемы G80YAR-FK1LJG0-0000, розетка коаксиальная 50 Ом. S10YAR-FK1MJG0-0000, вилка коаксиальная 50 Ом

Версия с подпружиненными контактами Приборы ночного видения / дисплеи TFR S11YAR-P10MCC0-00K0, вилка, 10 контактов, серия 1 (диаметр 13,9 мм). K11YAR-P10XDD0-R000, розетка, 10 контактов, серия 1 (диаметр 13,9 мм)

Обмен данными с автомобилем. Соединение и рассоединение под нагрузкой S13YAR-P37XCD0-0000, вилка, 37 контактов, серия 3 (диаметр 22 мм). G83YAR-P37UC00-0000, розетка, 37 контактов, серия 3 (диаметр 22 мм)

Низкопрофильный разъем. Минимальные размеры Соединение головной гарнитуры с блоком. Соединение с каской солдата S10YAR-P07XCC0-0000, вилка, 7 контактов, серия 1 (диаметр 11,9 мм). G80YAR-P07LCC0-00K0, розетка, 7 контактов, серия 1 (диаметр 11,9 мм)

7. Созданы соединители, в которых можно объединить контакты разных типов: сигнальные, для передачи низких/высоких напряжений, коаксиальные/триаксиальные, волоконно-оптические, для Ethernet.

8. Прочность и надежность. Гарантированное количество циклов соединений и рассоединений — 5000.

9. Доступна версия соединителей с простой очисткой (Easy-to-Clean) контактов в полевых условиях, созданных на основе запатентованных подпружиненных контактов (рис. 8).

Рис. 8. Подпружиненный контакт

Подпружиненный контакт применен в сериях 0 (до 7 контактов), 1 (10 и 16 контактов) и 1,5 (до 19 контактов):

• Диапазон рабочих температур: -55... + 125 °C.

• Влагозащищенность, уровень защиты — IP68 (International Protection) по стандарту DIN 40050.

• Достаточно высокий уровень экранирования от электромагнитных помех. В диапа-

зоне частот 0,1-600 МГц экранное затухание на уровне -80 дБ, в диапазоне частот от 600 МГц до 2 ГГц — на уровне -60 дБ.

Заключение

Компания ODU начинала свою деятельность с разработки соединителей. И в настоящее время она продолжает разрабатывать специальные соединители, соответствующие специфическим запросам заказчиков. Недавно возник еще один вид деятельности этой компании — производство кабельных сборок, в основном на основе соединителей собственной разработки, в том числе и соединителей AMC [3]. При этом компания ODU обеспечивает полный цикл изготовления кабельных сборок, начиная от закупки кабеля и кончая изготовлением кабельных сборок и их 100%-ным тестированием на соответствие стандартам и техническим требованиям заказчика. Для сборок применяют кабели разных типов, в том числе гибридные и с витой парой. С производителями кабеля компанию ODU связывает тесное многолетнее сотрудничество. Производство кабельных сборок сосредоточено в отделениях компании в Китае и Румынии.

ODU динамично развивается: непрерывно растут производственные мощности и объ-

емы производства, ежегодно в производство запускаются до 30 новых разработок, за последние 5 лет инвестиции составили около 30 млн евро. В настоящее время эта компания поставляет свою продукцию более 100 потребителям со всего мира, включая такие крупные компании, как Ericsson, Philips, Siemens, Alkon и др. Продукция компании ODU сертифицирована по ISO 9001, ISO 13485, ISO/TS 16949 и отвечает требованиям ряда военных стандартов. Отечественные разработчики военной аппаратуры имеют возможность приобретения соединителей компании ODU благодаря тому, что компания имеет официальные представительства в нашей стране. ■

Литература

1. www.odu.de

2. Single Contacts. ODU Springtac contacts and ODU Lamella contacts. Catalogue № 1006-е ODU.

3. Вольфл К., Никишин Д. Поставщик разъемов — все из одних рук // Компоненты и технологии. 2007. № 9.

4. Самойлова М. Разъемы компании ODU для силовой электроники // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2010. № 4.

5. Гудин М. Соединители компании LEMO: 57 лет соединяя мир // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2004. № 2.