Robuste Verbindungssysteme für unbemannte Luftfahrzeuge von heute

Drohnen sind von Hobby- und Freizeitanwendungen zu einem breiten Spektrum kommerzieller Anwendungen und militärischer Einsätze übergegangen. Heute werden Drohnen auch für Folgendes eingesetzt:

• Grenzpatrouille/Perimeterschutz
• Fernerkundung aus der Luft
• Polizeiarbeit in der Stadt und auf dem Land
• Vermessung und Kartierung für Forstwirtschaft, Öl und Gas, Landwirtschaft und Paketzustellung
• Andere geschäftskritische Aufgaben

Tatsächlich werden militärische und kommerzielle Drohnen inzwischen häufiger eingesetzt als Drohnen für den Freizeitgebrauch.

Wiederholte Starts und Landungen können das elektrische System der Drohne stark belasten. Kommerzielle und militärische Drohnen benötigen daher elektrische und elektronische Verbindungssysteme, die wesentlich haltbarer und zuverlässiger sind als die derzeit in Hobby-Drohnen verwendeten.

Alle Komponenten und Systeme, die in militärischen oder kommerziellen Drohnen eingesetzt werden, müssen getestet und so konstruiert sein, dass sie extremen Umgebungsbedingungen und hohen Anforderungen standhalten. Dazu gehören elektrische Verbindungssysteme (Electrical Wiring Interconnection Systems, EWIS), Kabelbäume und Steckverbinder für Batterien, Steuergeräte, Triebwerke und Flugsteuerungssysteme.

Ein Ausfall einer Drohne bei der Brandbekämpfung oder der militärischen Überwachung könnte katastrophale Folgen haben. Ein Ausfall in einem medizinischen Notfall, bei dem eine Drohne Medikamente, Blut oder medizinisches Gerät an einen sonst unzugänglichen oder feindlichen Standort bringen soll, kann über Leben und Tod entscheiden.

Militärische und kommerzielle Drohnen verwenden eine Vielzahl elektrischer und elektronischer Komponenten in komplexen Systemen und Subsystemen, deren Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt werden darf. Elektrische Antriebsmotoren, elektronische Geschwindigkeitsregler (ESC), Flugregler, GPS-Module (Global Positioning System), Kameras, Sensoren, Funkgeräte und vieles mehr – all das wird von der Batterie einer Drohne mit Strom versorgt. Die Zuverlässigkeit der Batterieverbindungen ist ein kritischer Faktor im EWIS-Design.

Im Gegensatz zu Freizeitdrohnen, die in der Regel Leistungs- und Batterieverbindungen von verschiedenen Herstellern ohne einheitliche Standards verwenden, benötigen kommerzielle und militärische Drohnen Legacy-Steckverbinder in Militärqualität, die für raue Umweltbedingungen ausgelegt sind. Diese Verbindungen sind jedoch in der Regel größer und nicht optimal für kleine Drohnenanwendungen, bei denen Größe und Gewicht eine entscheidende Rolle spielen. Designer stehen vor dem Dilemma, dass sie für Drohnenanwendungen entweder zu wenig oder zu viele Verbindungen auswählen müssen.

Darüber hinaus erfordert die Einführung der intelligenten Batterietechnologie zusätzliche Signalpins, um eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Ladesystem und der Batterieeinheit zu unterstützen. Intelligente Batterien verwenden spezielle Hardware und Software, um Informationen über Spannung, Strom und Kapazität sowie Temperatur, Impedanz und den allgemeinen Zustand zu liefern.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wird in der Regel ein Batterie-Identifikationswiderstand in das Batteriepack zwischen einem zusätzlichen Stift und der Masse eingesetzt, um zu verhindern, dass eine falsche Batterie in das Ladesystem der Drohne eingesetzt wird. Darüber hinaus benötigen einige Drohnenkonstrukteure speziell für Drohnenbatterien entwickelte Steckverbinder, die so ausgelegt sein müssen, dass sie den rauen Umweltbedingungen standhalten, unter denen die Drohnen betrieben werden.

Die Herstellung von elektrischen und elektronischen Verbindungen, die für den Einsatz in rauen Umweltbedingungen geeignet sind, kann das Gewicht und das Volumen erhöhen. Um den hohen Anforderungen an Größe, Gewicht und Stromverbrauch (Size, Weight, and Power Consumption, SWaP) von Drohnen gerecht zu werden, hat TE eine Reihe hocheffizienter Relais, Schütze und anderer Verbindungssysteme in verschiedenen Formen und Größen entwickelt, die höhere Spannungen und Ströme in kompakter Form verarbeiten können:

Mikro-Rundsteckverbinder

Basierend auf den robusten Standards der MIL-DTL-38999 Serie 3 bieten Rundsteckverbinder wie die Steckverbinder der DEUTSCH Wildcat Serie von TE eine deutlich reduzierte Gehäusegröße mit zwei Gehäusegrößen und vier Layouts für 3, 5 oder 9 Kontakte.

Klein-, Mikrominiatur- und Nanominiatur-Steckverbinder

Kompakte rechteckige, koaxiale und abgedichtete Rundsteckverbinder bieten extreme Gewichts- und Platzeinsparungen. Die rechteckigen Steckverbinder mit kleinem Formfaktor (Serie 369) sind vollständig abgedichtet, entsprechen der Schutzart IP67 und können blind gesteckt werden. Kleinere Steckverbinder, wie z. B. NANONICS Steckverbinder, sind für Mikrominiatur-D-, Subminiatur- und Ultraminiatur-Koaxialanforderungen ausgelegt. Der 8-polige CeeLok FAS-T Nano Rundsteckverbinder verfügt über einen Durchmesser von 0,30 Zoll (7,6 mm) und unterstützt 10-Gigabit-Ethernet.

Steckverbinder für kompakte Glasfaserverbindungen

ARINC 845-konforme EB-Endpunkte (EB16) kombinieren hohe Leistung und berührungslose Schwingungsbeständigkeit in Miniaturgrößen für Singlemode- und Multimode-Glasfaser. Fortschrittliche Transceiver-Module, einschließlich ParaByte-Glasfaser-Transceiver, zeichnen sich durch eine kleine thermische Signatur aus und unterstützen Übertragungsraten von bis zu 12,5 Gbit/s pro Kanal.

Reduzierte Massenverkabelung

Die vernetzte Isolierung in Raychem Kabeln von TE ist mechanisch robust, thermisch stabil und wesentlich leichter als die dickwandige Isolierung aus Weichpolymeren, die in herkömmlichen Kabelsystemen und Kabelsätzen verwendet wird.

Backplane Steckverbinder für platzsparende Leiterplatte-auf-Leiterplatte- und Box-to-Box-Verbindungen

Leichte Hochgeschwindigkeits-Backplane-Steckverbinder der nächsten Generation, wie z. B. der MULTIGIG RT 3 Steckverbinder, entsprechen der VITA 46 VPX-Norm und sind mit zuverlässigen, vierfach redundanten Kontakten und Unterstützung für Datengeschwindigkeiten von 25+ Gbit/s erhältlich

Heutige Drohnenprojekte profitieren von der multidisziplinären Entwicklung von Energiemanagement- und Konnektivitätslösungen aus den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Energie und Schienenverkehr. Die Erkenntnisse von Normungsgremien der Industrie – wie der Society of Automotive Engineers (SAE) – befassen sich mit den Herausforderungen, die sich aus höheren Strom- und Spannungspegeln ergeben. Normungsgremien diskutieren die nächste Generation von Verbindungen mit kleinem Formfaktor für sicherheitszertifizierte Embedded-Computing-Module und Systemgehäuse, die für Drohnen geeignet sind.

Mit dem Wachstum des Drohnenmarktes und der Entwicklung von Innovationen wird die Versuchung, die in Freizeitdrohnen verwendeten Verbindungselemente zu verwenden, verschwinden. Stattdessen werden robuste Verbindungen für die elektrischen und elektronischen Komponenten von Drohnen verwendet, damit diese auch die kritischen Missionen von morgen erfüllen können.

• Drohnen sind von Hobby- und Freizeitanwendungen zu einem breiten Spektrum kommerzieller und militärischer Anwendungen übergegangen.
• Fortschritte in der Drohnenverbindungstechnik haben zur Entstehung einer riesigen Drohnenindustrie beigetragen, die in den nächsten zehn Jahren einen weltweiten Markt von 500 Milliarden US-Dollar erreichen soll.
• Militärische und kommerzielle Drohnen verwenden eine Vielzahl elektrischer und elektronischer Komponenten in komplexen Systemen und Subsystemen, deren Zuverlässigkeit nicht beeinträchtigt werden darf.
• Alle Komponenten und Systeme, die in militärischen oder kommerziellen Drohnen eingesetzt werden, müssen getestet werden und so konstruiert sein, dass sie extremen Umgebungsbedingungen und Leistungsanforderungen standhalten.
• Der Einsatz von Drohnen in immer raueren Umgebungen treibt die Entwicklung von robusten Drohnensteckverbindern wie den Unmanned Power (UMP) Steckverbindern von TE voran.
• TE hat eine Reihe hocheffizienter Relais und Schütze in verschiedenen Bauformen und Größen entwickelt, die höhere Spannungen und Ströme bei kompakten Abmessungen verarbeiten können, um die anspruchsvollen SWaP-Anforderungen der Entwickler zu erfüllen.
• Da der Markt für Drohnen und kleine unbemannte Luftfahrzeuge wächst, steigt auch der Bedarf an kostengünstigen, effizienten, SWaP-optimierten Verbindungen, die für raue Umweltbedingungen ausgelegt sind.