Buchsentechnologie ermöglicht Klemmen des angeschlossenen Leiters und Kontaktieren des Steckerstiftes Die Kraft doppelt nutzen - KEM

Buchsentechnologie ermöglicht Klemmen des angeschlossenen Leiters und Kontaktieren des Steckerstiftes

Die Kraft doppelt nutzen

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Federanschlusssysteme sind seit langem im Markt etabliert, da sie unter anderem die Verdrahtungszeit minimieren und eine hohe Vibrationsfestigkeit aufweisen. Mit einem völlig neuen Kontakteinsatz hat das hier vorgestellte Unternehmen ein Steckverbindersystem für die Leiterplatte entwickelt, das rund 30 Prozent kleiner als bisherige Systeme baut und dabei eine deutlich bessere Vibrationsbeständigkeit aufweist.

Entscheidend für den Erfolg ist die einfache Regel: Weniger ist mehr! Übersetzt in das Lastenheft für die Ingenieure bedeutet das: Bauteile und Materialeinsatz auf das absolut notwendige Maß zu reduzieren und dabei den Funktionsumfang und die technischen Leistungsdaten zu verbessern oder in jedem Fall beizubehalten. Darüber hinaus müssen die Produkte gleichermaßen den Anforderungen der Fertigungsprozesse genügen, um eine reproduzierbare 100 %ige Fertigungsqualität zu garantieren.

Die Vielzahl der Anforderungen an die Schnittstelle zwischen Leiterplatte und „Außenwelt“ werden deutlich durch die annähernd gleich große Fülle der heute verfügbaren technischen Lösungen. Dabei ist „das eine System für Alles“ zwar ein angestrebtes Ziel, dessen Erreichbarkeit aber nur näherungsweise möglich. Unkonventionelle konstruktive Ansätze führen aber überraschenderweise zu Lösungen, die diesem Ziel recht nahe kommen: Kompakte Bauweise, robuste Ausführung, universelle Verwendung, einfache Handhabung und dabei hohe Wirtschaftlichkeit.
Wago hat 1982 das Multisteckersystem MCS (Multi Connection System) im Markt eingeführt und konnte seitdem wachsende Verkaufszahlen verzeichnen. Erfolgreiche Anwendungen finden sich unter anderem in der Aufzugs- und Fahrtreppentechnik, in der Verkehrstechnik und im Maschinen- und Anlagenbau. Nun ist der nächste Evolutionsschritt getan: vom Multisteckersystem zu „Picomax“, ein Steckverbindersystem mit völlig neuer Kontakttechnik. Bei dem neuen Steckverbinder handelt es sich um ein universelles System, das, bei genauerer Betrachtung, mehr als nur den nächsten Evolutionsschritt bei Leiterplattensteckverbindern darstellt.
Konzept reduziert die Baulänge
Die Abmessungen elektronischer Geräte und Systeme werden immer kleiner. Daher wurde die Baugröße der lichtgrauen Steckverbinder signifikant reduziert: So verringerte sich die Höhe von Picomax im Vergleich zum MCS-Mini von 18,6 auf 13,7 mm und die Tiefe von 13,5 auf 10,6 mm. Dies liegt vor allem an der komplett neuen, sehr kurzen Ausführung der Kontaktbrücke und deren Anordnung zur Chrom-Nickel-Stahlfeder, die eine deutliche Verkleinerung des Gesamtgehäuses ermöglichen.
Ausgangspunkt der Überlegungen für Picomax war die Entwicklung eines vollkommen neuen Kontaktsystems. Konventionelle Federleisten bestehen aus einem Kontakt, der auf der Leiteranschlussseite eine Klemmfeder trägt und auf der anderen Seite zu einem zweischenkligen, federnden Buchsenkontakt geformt ist. Dieser kontaktiert den Steckerstift. Die neu entwickelte Buchsentechnologie von Picomax nutzt dagegen die Kontaktkraft einer einzigen Feder aus Chrom-Nickel-Stahl doppelt: Zum Klemmen des angeschlossenen Leiters und Kontaktieren des Steckerstiftes.
Anders als bei Buchsenkontakten ist die Kontaktkraft der CrNi-Stahlfeder über einen größeren Temperaturbereich konstant. Eine in Richtung der Kontaktkraft „schwimmend“ gelagerte, extrem kurze Kontaktbrücke trennt die Leiteranschlusskammer von der Kammer für den Steckerstift. Die Vereinfachung der Federleisten ermöglicht in der Folge eine komplett andere Konstruktion der Stiftleisten mit weiteren neuen Merkmalen.
Erhöhte Vibrationssicherheit und Stromtragfähigkeit
Die neue Kontakt- und Federanordnung hat weitere Vorteile: So reduziert die verringerte Länge des Strompfads durch den Buchsenkontakt den Spannungsabfall und führt zu einer höheren Stromtragfähigkeit. Die neuartige Konstruktion ist ebenso der Grund dafür, dass nun die Buchsenleiste vollständig von der Stiftleistenwanne umschlossen und gehalten wird. Damit befindet sich kaum Masse außerhalb der Stiftleistenwanne. Dies erhöht die Schock- und Vibrationsfestigkeit erheblich. Der Steckverbinder wurde mit einer Beschleunigung bis 16 g erfolgreich getestet. Der Standard liegt bei etwa 4 bis 6 g. Heute übliche Steckverbinder benötigen für eine erhöhte Vibrationssicherheit zusätzliche konstruktive Maßnahmen.
Intuitive Handhabung vermeidet Bedienfehler
Großer Wert wurde bei dem Steckverbinder auf eine einfache Handhabung gelegt. Das Cage-Clamp-S-Prinzip funktioniert für alle Leiterarten. Die Besonderheit: Eindrähtige Leiter und feindrähtige Leiter mit Aderendhülse sind direkt steckbar. Die integrierten Drücker ermöglichen ein einfaches Öffnen des Kontakts und das Einführen beziehungsweise das Entfernen des Leiters. Die „intuitive Handhabung“ ist vor allem für Hersteller von weltweit vertriebenen elektronischen Geräten vorteilhaft, da eine Fehlbedienung ausgeschlossen wird.
Spezielles Werkzeug ist nicht erforderlich, ein handelsüblicher Schraubendreher reicht aus. Als weitere Anforderung gilt das einfache Prüfen des Kontakts. Die Buchsenleiste lässt sich im gesteckten und gezogenen Zustand prüfen. Diese Prüfmöglichkeit ist auch bei angeschlossenen Leitern und eingebauter Platine gut zugänglich. Für die Feder- und Stiftleisten ist eine kundenseitige Kodierungsmöglichkeit vorgesehen. Aufgrund der Kodierung innerhalb der Stiftleiste kann selbst eine nachträgliche Kodierung, zum Beispiel in einer Gehäusedurchführung, realisiert werden. Die Steckverbinder-Familie steht in drei Rastermaßen zur Verfügung: Die Serie 2091 nimmt 1,5-mm2-Leitungen im Raster 3,5 mm auf, die Serie 2092 Leiter mit 2,5 mm2 Querschnitt im Raster 5 mm und im Raster 7,5 mm.
Leiterplattenklemme oder bedarfsweise Steckverbinder
Eine weitere Vereinfachung erzielt man, indem nur die Kontaktstifte in die Federleiste gesteckt werden. So ergibt sich daraus eine Leiterplattenklemme (Lieferzustand), die wie gewohnt mit den gängigen Verfahren in eine Platine gelötet wird. Soll die Platine ausgetauscht werden, kann die Buchsenklemme wie ein Steckverbinder gezogen und ohne Umverdrahtung wieder gesteckt werden.
Für den Anwender ist Picomax Ecom eine vergleichsweise günstige Möglichkeit, um eine Steckverbindung zu erhalten – günstig sowohl hinsichtlich der Verarbeitung als auch hinsichtlich des Anschaffungspreises. Die Buchsenklemmen stehen zudem auch mit abgewinkelten Kontaktstiften zur Verfügung. Dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten deutlich. Konstruktionsbedingt weisen die Steckverbinder „Picomax Ecom“ jedoch eine geringere Vibrationssicherheit auf.
Durchdachtes System mit Entwicklungspotenzial
Basisvariante ist die Steckverbindung „Picomax Wire-to-Board“. Die Stiftleisten mit den Lötstiften sitzen in einer geschlossenen Wanne und bieten die komplette Funktionalität eines Steckverbindersystems; dazu gehören Schutz gegen Fehlstecken sowie die Kodierung. Der Verriegelungsschutz ist hierbei bereits integriert. Auch diese Variante gibt es mit geraden und abgewinkelten Stiftleisten.
Darüber hinaus sind diese als Wire-to-Wire-Steckverbinder für fliegende Verbindungen ausgelegt. Hier verfügen sowohl Stift- als auch Buchsenleisten über einen Cage-Clamp-S-Anschluss. Rastfüße in der Stiftleiste ermöglichen die Oberflächenmontage oder die Befestigung auf Tragschienenadaptern. Weiterhin steht die Variante „Picomax Board-to–Wire“ zur Verfügung, die eine berührungsgeschützte Spannungsversorgung von der Platine erlaubt. Diese Version ist mit geraden oder abgewinkelten Einlötfederleisten erhältlich. Die Durchführungssteckverbinder für Gehäusedurchführungen sind als Variante Picomax Board–to-Wire und Picomax Wire-to-Wire im Angebot. Die in Schwarz ausgeführten THR-Versionen der Picomax-Steckverbinder erfüllen die Anforderungen des Reflow-Lötverfahrens.
Mögliche Einsatzgebiete des Picomax-Steckverbindersystems reichen von der Steuerungs- und Regelungstechnik über die Antriebs-, Frequenzumrichter-, und Sicherheitstechnik bis zur elektronischen Gerätetechnik oder der Verkehrstechnik.
Betrachtung als Gesamtlösung
Das Picomax-Steckverbindersystem hat gleichwertige Eigenschaften gegenüber verfügbaren Systemen hinsichtlich der Spannungs- und Stromwerte. Die Eigenschaften in Bezug auf Vibrationssicherheit sind aber deutlich besser als vergleichbare Komponenten. Betrachtet man dann noch das vom Hersteller vorgesehene günstige Preis-Leistungsverhältnis stehen Elektrokonstrukteuren echte Alternativen im Bereich der Leiterplattensteckverbinder zur Verfügung.
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