Klein und schnell anschließbar
Miniatur-Steckverbinder für industrielle Einsatzfälle
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Klemm- und Betätigungskonzepte bieten Potential für Miniaturisierung
Bei einem Rastermaß von 2,5 mm und kleiner setzen sich Schneidklemm- und Federkrafttechnik immer mehr durch. Bei der Schraubtechnik ist eine Miniaturisierung schwierig, da hier auch immer die Größe des metallischen Klemmkörpers, der als Gegenstück der Schraube wirkt, berücksichtigt werden muss. Nach DIN 47726 darf der maximale Durchmesser eines Leiters mit 0,5 mm2 Nennquerschnitt einschließlich Isolierung 2,6 mm nicht überschreiten. Bei einem Rastermaß von 2,5 mm sind dann seitlich auf der Höhe des Leiters keine Betätigungs- oder Führungselemente möglich. Damit man trotzdem die Klemm- und Betätigungselemente, die auf den Leiter wirken müssen, unterbringen kann, wird der Bauraum in der Tiefe und in der Höhe genutzt. Genau dieser Bauraum bietet das Potential für eine Miniaturisierung.
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Es stellt sich generell die Frage, wie klein eine Anschlusstechnik sein darf, damit sie noch bedienbar ist. Existierende Federkraftklemmen im Raster 2,5 mm beispielsweise kann ein Erwachsener mit seinen Fingern nicht mehr bedienen (Bild 1). Die Betätigungselemente liegen so eng beieinander, dass die einzelnen Pole nur mit Werkzeugen – etwa einem Schraubendreher – effizient bedient werden können.
Daher geben viele Hersteller in ihren Katalogen auch eine Empfehlung ab, mit welcher Schraubendrehergröße Stecksysteme und Printklemmen noch betätigen werden können.
Verarbeitbarkeit in SMT-Prozessen
Für moderne Leiterplatten fordern Kunden immer häufiger auch im Bereich der Anschlusstechnik SMT-gerechte Bauelemente, die sich mit den übrigen SMD-Komponenten – etwa ICs, Widerstände, Spulen, LEDs – verarbeiten lassen. In SMT-Prozessen werden die Bauelemente automatisch in einem Gurt der Bestückeinheit zugeführt. Nach der Bestückung wird die Leiterplatte automatisch im Reflow-Ofen verlötet und inspiziert.
Von diesen Arbeitsschritten leiten sich Anforderungen an die Bauelemente der Anschlusstechnik ab. Damit der Bestückungskopf des Automaten die Bauelemente aus dem Gurt entnehmen kann, müssen die Ansaugflächen glatt und groß genug sein. Nur so lassen sich die Bauelemente mithilfe von Standard-Vakuum- Pipetten aus dem Gurt entnehmen und auf der Leiterplatte positionieren. In dem dann folgenden Reflow-Lötprozess ist es wichtig, dass die Bauelemente mit ihren Gehäusen Temperaturen bis 260 °C kurzzeitig überstehen. Die entsprechende Prozessfähigkeit der Gehäuse ist in der Norm IPC/JEDEC J-STD-020D spezifiziert.
Wie für alle Bauelemente, die in SMT-Prozessen verarbeitet werden, bestehen noch zusätzliche Anforderungen an die Lötkontaktflächen. Die meisten Spezifikationen fordern eine Koplanarität dieser Lötflächen zwischen 100 und 200 μm. Dies gilt für die Lötflächen von eventuellen Ankermetallen ebenso wie für die Kontaktlötbeine, da nur so eine ausreichende Verbindung mit der Oberfläche der Leiterplatte durch den Reflow-Prozess entsteht. Diese Verbindung steht besonders bei den hier beschriebenen Steckverbindersystemen und Printklemmen im Vordergrund, da diese Bauelemente auch mechanisch beansprucht werden.
PTSM und PTPM – zwei neue Miniatur-Steckverbinder
Mit den Miniatur-Steckverbindern PTSM und PTPM hat Phoenix Contact nun zwei Anschlusslösungen auf den Markt gebracht. PTSM bezeichnet dabei einen Miniatur-Steckverbinder in Federkraft, bei dem eine Push-in-Schenkelfeder als Klemmelement eingesetzt wird. Diese Kontaktart baut sehr klein und sorgt dafür, dass sich abisolierte, starre oder auch flexible Leiter einfach anschließen lassen.
Zusätzliches Miniaturisierungs-Potential wurde bei den Betätigungselementen der Klemme entdeckt. So benötigen nicht vorhandene Lösetasten gar keinen Bauraum mehr. Durch Wegfall der Lösetasten konnte die Baugruppe flach und kurz gestaltet werden. Anstelle zusätzlicher Lösetasten erfolgt die Betätigung mittels Schraubendreher, der durch einen Betätigungsschacht wirkt (Bild 2). Verwendet wird ein Schraubendreher mit einer Klingenbreite von 2 mm.
Auch beim zweiten Miniatur-Steckverbinder – dem PTPM in Schneidklemmtechnik für flexible Leiter – wurden neue Wege beschritten: Die Schneiden wurden so weit verkürzt, dass jeweils nur eine Spitze übrig bleibt.
Die Schneiden werden auch Pierce-Kontakte genannt, da sich ihre Wirkungsweise von den gängigen Schneiden unterscheidet. Dieser Miniatur- Steckverbinder wird von Hand betätigt. Schwenkbare Führungen sorgen für eine Positionierung der Leiter. Nachdem die Leiter positioniert sind, kontaktiert der Schneidanschluss per Daumendruck mit dem Leiter – und schon ist die Verbindung hergestellt (Bild 3).
Diese einfache Betätigung lässt sich rasch ausführen. Beide Steckverbinder demonstrieren, dass die gängigen Bauelemente der Leiteranschlusstechnik noch weiter verkleinert werden können. Außerdem sind für den Reflow-Prozess ausreichend große Ansaugflächen vorhanden, und es werden temperaturfeste Materialien für die neuen Miniatur-Grundleisten sowie für die Printklemmen verwendet. Das Wichtigste noch zum Schluss: Trotz der kleinen Baugröße der beiden Steckverbindertypen werden Spannungen bis 160 V sowie Stromstärken bis 6 A je Pol übertragen.
Autor:
| Dipl.-Ing. Lukas Muth |
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| studierte an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt Maschinenbau. Danach folgten Positionen im internationalen Marketing/Vertrieb sowie ein Postgraduate Diploma (MBA) der Sheffield Business-School. Heute arbeitet er für das Product Marketing der Produktsparte Combicon compact der Phoenix Contact GmbH & Co. KG. |
lmuth@phoenixcontact.com
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