Starke Leistung auf der Leiterplatte

Exklusiv in KEM Autor: Jörn Picker, Produktmanager Interconnection, Wago Kontakt- technik, Minden

Die der E-Technik eingesetzten Bauteile müssen auch unter schwierigsten Einsatzbedingungen mit Vibrationen und Schocks einen zuverlässigen und sicheren Betrieb gewährleisten. Das Picomax-Steckverbindersystem baut aufgrund seines innovativen Designs nicht nur bis zu 30 % kleiner: Durch seine technologischen Eigenschaften erfüllt es zudem die hohen Ansprüchen an Sicherheit, Handhabung, Anschlusstechnik und Variantenvielfalt. Obwohl es genau darauf hinausläuft, ist elektrische Verbindungstechnik weit mehr als das bloße Zusammenführen zweier oder mehrerer Leiter. Über die eigentlichen technischen Kenndaten hinaus, sind die Anforderungen an entsprechende Steckverbindersysteme beachtlich. Sowohl die Anwender als auch die späteren Anwendungen sowie das Bestückungsverfahren stellen eine Vielzahl an Ansprüchen: einfache und intuitive Handhabung gepaart mit größtmöglichem Fehlsteckschutz, kompakte und robuste Bauweise mit hoher Vibrationssicherheit, hochwertige Isolierstoffe und maximale Wirtschaftlichkeit. Hinter elektrischer Verbindungstechnik steckt also weit mehr – nämlich echte Hightech-Komponenten, die auf jahrzehntelangem Know-how und sorgfältiger Entwicklung beruhen.

So zumindest ist es Standard bei Wago in Minden, wo Picomax als eines der neuesten Produkte den Weg aus der Entwicklung in die Praxis gefunden hat. Ein Key-Feature des neuen Leiterplatten-Steckverbindersystems – aus einer Fülle von Innovationen – ist das völlig neue Kontaktsystem. Picomax nutzt die Kontaktkraft einer einzigen Cr-Ni-Stahlfeder doppelt: für die Klemmung des angeschlossenen Leiters und für die Kontaktierung des Steckerstiftes. Auf diese Weise entstanden Federleisten mit geringerer Bauhöhe und eine neue Generation Stiftleisten. Im Vergleich zu konventionellen Systemen mit herkömmlichem Design hat Picomax eine um bis zu 30 % verringerte Baugröße.

Weil sie keine federnde Funktion erfüllen muss, kann die schwimmend gelagerte Kontaktbrücke aus Elektrolytkupfer gefertigt werden. Mit der kürzeren Kontaktbrücke verkürzt sich zudem die Länge des Strompfades durch den Buchsenkontakt. Daraus resultiert wiederum ein niedrigerer Spannungsfall und damit eine höhere Stromtragfähigkeit. Der Klemmpunkt des angeschlossenen Leiters und der Klemmpunkt des eingeführten Steckerstiftes liegen sich gegenüber und sorgen so für eine gleichmäßige Masseverteilung. Die Federleiste taucht überdies fast vollständig in die Stiftleiste ein, sodass sie von der Stiftleistenwanne umschlossen und gehalten wird. Das Ergebnis ist eine besonders hohe Schock- und Vibrationssicherheit von bis zu 20 g – und zwar ohne kostenintensive Zusatzmaßnahmen wie Verschraubungen. Üblich sind bei anderen Systemen lediglich 4 bis 6 g.

Die Verdrahtung der Federleisten ist im gesteckten und ungesteckten Zustand möglich. Innerhalb eines Stiftleistengehäuses können die Federleisten polverlustfrei aneinandergereiht werden. Eine integrierte Verriegelung verhindert dabei das unbeabsichtigte Trennen von Stift- und Federleisten. Die ebenfalls integrierten Betätigungsdrücker sowie der Entriegelungsschieber gestalten die Handhabung zudem intuitiv und besonders komfortabel. Stift- und Federleisten lassen sich kundenseitig kodieren und verhindern dadurch ein mögliches Fehlstecken. Die Kodierung innerhalb der Stiftleiste kann auch nachträglich erfolgen, zum Beispiel in einer Gehäusedurchführung. Besonders für Gerätehersteller sind nachträglich kodierbare Steckverbinder ein wichtiger Bestandteil, wenn es um den Sicherheitsaspekt bei der Verdrahtung ihrer Geräte geht.

Ohne Stiftgehäuse, dafür aber nochmals wirtschaftlicher und kompakter: Picomax Ecom ist die Leiterplattenklemme, die im Servicefall zum Steckverbinder wird. Im Auslieferungszustand sind die Federleisten mit Lötstiften bestückt, wodurch sie – wie klassische Leiterplattenklemmen – direkt in die Leiterplatte eingelötet und anschließend verdrahtet werden können. Das Besondere ist, dass bei Bedarf die gesamte Federleiste ohne Eingriff in die Verdrahtung abgezogen und auf eine Ersatzplatine aufgesteckt werden kann.

Mit diesen Eigenschaften ist Picomax Ecom ein besonders kostengünstiger und effizienter Steckverbinder: kostengünstig im Anschaffungspreis und effizient hinsichtlich der Verarbeitung. Die Ecom-Variante zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Schock- und Vibrationssicherheit von bis zu 20 g aus. Beim Einsatz in vibrationsintensiven Umgebungen empfiehlt sich jedoch bei kleineren Querschnitten von unter 0,5 mm2 die Verwendung von Aderendhülsen. Ebenso wie Picomax lässt sich auch Picomax Ecom mit unterschiedlichen Polzahlen polverlustfrei aneinanderreihen und dadurch zusätzlich Platz auf der Leiterplatte einsparen.

Noch vor etwa zehn Jahren beschränkte sich die Auswahl der für die Herstellung von reflowfähigen Leiterplattenklemmen geeigneten Isolierstoffe auf wenige LCP-Werkstoffe (Liquid Crystalline Polymers). Heute steht ein gutes halbes Dutzend zur Verfügung. Die Entscheidungskriterien für den passenden Isolierstoff richten sich in erster Linie nach den Anforderungen der Applikation sowie nach der Verarbeitung der Bauelemente. Von zentraler Bedeutung für eine hohe Produktqualität und eine möglichst kleine Bauweise sind ausgezeichnete Isoliereigenschaften wie eine hohe Durchschlagfestigkeit und eine maximale Kriechstromfestigkeit. Um Steckverbindersysteme wie Picomax in den SMT-Prozess integrieren zu können, erhöhen sich nochmals die Anforderungen an den Isolierstoff. Das bleifreie Reflowlöten verlangt eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit und eine genau an die Leiterplatte angepasste Wärmedehnung. Zudem muss die Wasseraufnahme des Isolierstoffs möglichst gering sein. Diese Eigenschaft verhindert Blasenbildung auf den Oberflächen der Bauelemente während des Reflow-Lötprozesses und vermeidet teure Trockenverpackungen oder das Vortrocknen vor der Verarbeitung.

Lange Zeit konnten diese zusätzlichen Anforderungen mit den eingesetzten, häufig unverstärkten Isolierstoffen nicht voll erfüllt werden, die Eignung für den Reflow-Lötprozess ging auf Kosten der Kriechstromfestigkeit und der Elastizität. Erst durch die Weiterentwicklung der Polyphthalamide und neuer Hochtemperaturpolyamide konnten schließlich alle Anforderungen erfüllt werden. Wago nutzt diese neuen Isolierstoffe auch für die Herstellung von Picomax.

Als klassisches Steckverbindersystem verbindet Picomax verschiedene elektrische Komponenten miteinander. Für die Anwendungsfälle Wire-to-Board, Board-to-Wire und Wire-to-Wire sowie für Durchführungen steht hierzu ein umfassendes Produktsortiment in Cage-Clamp-S-Anschlusstechnik und in den Rastermaßen 3,5 , 5,0 und 7,5 mm bereit. Picomax kann in der Steuerungs- und Regelungstechnik, der Antriebs-, Frequenzumrichter- und Sicherheitstechnik, der Verkehrstechnik und in vielen weiteren Applikationen eingesetzt werden. Oder kurz gesagt: Picomax ist überall dort das Mittel der ersten Wahl, wo starke Leistung auf der Leiterplatte gebraucht wird. I

Wago Kontakttechnik

Jörn Picker Produktmanager Interconnection

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Steckverbindersystem für die Leiterplatte: Picomax