EP Basics: Aufbausysteme (Teil 5) 19-Zoll-Systeme kurz erklärt: Die Kartenführung

Autor / Redakteur: Alexander Jäger * / Kristin Rinortner

Bei der Kartenführung handelt es sich um ein einfaches Bauteil mit vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten. Je nach Hersteller gibt es bei diesem eher unscheinbaren Bauteil deswegen viele Unterschiede in der Ausgestaltung.

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19-Zoll-Systeme: In fast allen technischen Bereichen hat sich die sogenannte 19-Zoll-Technik durchgesetzt. Nicht nur bei Serverschränken in der IT, sondern auch in der Medizin- oder Verkehrstechnik, Übertragungs-, Veranstaltungs- und Showtechnik oder bei Industrial Control.
19-Zoll-Systeme: In fast allen technischen Bereichen hat sich die sogenannte 19-Zoll-Technik durchgesetzt. Nicht nur bei Serverschränken in der IT, sondern auch in der Medizin- oder Verkehrstechnik, Übertragungs-, Veranstaltungs- und Showtechnik oder bei Industrial Control.
(Bild: Heitec)

In diesem Artikel zu den Grundlagen von 19-Zoll-Systemen beschäftigen wir uns mit einem Bauteil, welches zunächst eher unscheinbar daherkommt: den Kartenführungen. Zunächst könnte sich der eine oder andere fragen: Wozu benötigt man Kartenführungen? Oberflächlich ist diese Frage sehr leicht zu beantworten. Kartenführungen ermöglichen das unkomplizierte Einschieben von Leiterplatten in einen 19-Zoll-Baugruppenträger und geben ihnen Halt.

Außerdem nehmen sie Codier-Pins auf, welche den Einsatz von Baugruppen an nicht zulässigen Steckplätzen verhindern sollen. Kartenführungen bieten darüber hinaus einen sehr großen Gestaltungsspielraum. Dies wirkt sich maßgeblich auf deren Eigenschaften aus.

Die Unterschiede bei den Kartenführungen

Die wichtigsten Parameter dieser Bauteile werden durch die Normen IEC 60297-3-101 und IEC 60297-3-103 definiert. Hierzu gehören beispielsweise die Abmessungen der Schnittstellen sowohl zum Board als auch zum Frontsystem, die Nutbreite sowie die Position von ESD-Kontakten.

Die Unterschiede dieser Kartenführungen liegen nicht nur in der konstruktiven Ausgestaltung, sondern auch auf den Materialeigenschaften. Erhebliche Verbesserungen, wie die Gleiteigenschaften einer Kartenführung, können bereits durch kleine Änderungen beim verwendeten Material herbei­geführt werden. Natürlich beeinflusst der verwendete Werkstoff auch die Steifigkeit der Kartenführung, deren Brennbarkeit sowie die Temperaturbeständigkeit.

Man sieht, selbst bei einem scheinbar einfachen Bauteil wie einer Kartenführung für Leiterplatten gibt es zahlreiche Unterschiede in der Ausgestaltung, je nach Hersteller. Gerade die Führungs- und Gleiteigenschaften sowie die Festigkeit lassen sich hier erheblich beeinflussen. Dies führt natürlich auch zu Unterschieden in der Preisgestaltung.

Die Vorteile von Andruckfedern für die Kartenführung

Nehmen wir nur einmal die Nutbreiten von Kartenführungen, die je nach Hersteller stark variieren können, wodurch die Führungseigenschaft erheblich beeinflusst wird. Auch andere konstruktive Details, wie beispielsweise die patentierten Andruckfedern der Kartenführungen von Heitec aus Kunststoff beeinflussen diese enorm. Unabhängig von der Materialstärke – die zwischen 1,6 mm und 2,7 mm variiert – kann durch diese patentierte Andruckfeder die Leiterplatte jederzeit toleranzarm geführt werden.

Bild 1: Typischer Aufbau eines Systems mit Frontsystem, Kartenführung, Leiterplatte und Busplatine.
Bild 1: Typischer Aufbau eines Systems mit Frontsystem, Kartenführung, Leiterplatte und Busplatine.
(Bild: Heitec)

Die Andruckfedern der Kartenführung pressen die Leiterplatten immer optimal gegen die durch die Norm IEC 60297-3-101 vorgegebene Referenzfläche auf der rechten Seite der Kartenführung und gewährleisten eine optimale und passgenaue Kontaktierung des Steckverbinders der Leiterplatte mit der Busplatine (siehe das Detail X in Bild 1).

Darüber hinaus bringen die Andruckfedern den Vorteil mit sich, dass jeder Toleranzspielraum ausgeglichen wird und somit eine Kartenführung mit verschiedenen Nutbreiten nicht mehr benötigt wird. Diese konstruktive Besonderheit ist ein Alleinstellungsmerkmal, über welches keine andere Kartenführung auf dem Markt verfügt.

Die Backplane optimal kontaktieren

Die Leiterplatten werden durch Kartenführungen ohne besagte Andruckfeder und die damit zugehörigen Steckverbindern nicht toleranzarm geführt. Es kann also leicht passieren, dass ein optimales Kontaktieren der Backplane nicht immer möglich ist und es zu Beschädigungen kommt.

Jeder, der schon einmal einen Pin einer Backplane beim Einstecken der Leiterplatte verbogen hat, weiß wie ärgerlich es ist, wenn das gesamte System demontiert werden muss, um eine neue Backplane einzusetzen. Damit entsteht nicht nur ein erheblicher Kostenaufwand, auch die Montagezeit kann sich dadurch extrem in die Länge ziehen.

Nicht nur die Führungseigenschaften werden durch die Andruckfedern positiv beeinflusst. Wie bereits erwähnt, wird eine Vielzahl an Ausführungen mit verschiedenen Nutbreiten, wie man sie vom Wettbewerb kennt, überflüssig. Hierdurch entsteht ein enormer Kostenvorteil in der Herstellung, was darin resultiert, dass Kartenführungen aus Eckental für den Kunden teilweise halb so viel kosten wie vergleichbare Mitbewerberprodukte.

Bild 2: Vergleich konstruktiver Details von Heitec-Kartenführungen mit denen auf dem Markt üblichen Ausführungen.
Bild 2: Vergleich konstruktiver Details von Heitec-Kartenführungen mit denen auf dem Markt üblichen Ausführungen.
(Bild: Heitec)

Die spezifische Wölbung in der Mitte der Kartenführung ist eine weitere Besonderheit. Besagte Wölbung sorgt für eine leichte Vorspannung in der Leiterplattenführung, wodurch selbst unter enormen Belastungen wie z.B. in Tests gemäß EN 50155 oder IEC 61587-1 ein optimaler Halt gewährleistet werden kann und die Führung bestens gelingt. Der große Vorteil dieser konstruktiven Details (Bild 2) ist offensichtlich. Die Leiterplatten sind zu jeder Zeit toleranzarm und normgerecht geführt und bei Stoß- oder Schwingbelastungen werden gegebenenfalls auftretende Vibrationen gedämpft.

Effiziente Wärmeableitung ist essenziell

Das Thema Kühlung und Ableitung von Wärme spielt gerade in heutigen Zeiten der immer komplexer werdenden Technik eine sehr große Rolle. Daher ist es wichtig, dass bei jedem einzelnen Bauteil eines 19-Zoll-Systems auf eine optimale Kühlung geachtet wird.

Auch Kartenführungen sind davon nicht ausgeschlossen. Die Kartenführung kann zu einer effektiveren Wärmeableitung des Gesamtsystems führen. Durch das gezielte Einbringen von Belüftungsöffnungen und ein „schlankes“ Design lässt sich der Luftdurchsatz wesentlich verbessern.

Durch die unterschiedlichen Anwendungsbereiche, Größen und Gewichte werden je nachdem andere Kartenführungen benötigt. Diese unterscheiden sich unter anderem in ihrer Befestigungsmöglichkeit.

Die jeweiligen Anforderungen entscheiden ob die Kartenführung verschraubt werden soll oder mittels eines Hakens in die Profilschiene einrastet. Die Kombination beider Varianten ist ebenfalls nicht unüblich. Typische Längen von Kartenführungen leiten sich von der Tiefe der Leiterplatten ab, die in der Norm IEC 60297-3-101 festgelegt sind.

Bild 3: Überblick zu den Kartenführungen von Heitec.
Bild 3: Überblick zu den Kartenführungen von Heitec.
(Bild: Heitec)

Dank seines umfangreichen Portfolios an Kartenführungen ist der Spezialist aus Eckental in der Lage ein sehr weites Anwendungsspektrum abdecken. Leichtere Boards können in der Regel mit Kartenführungen aus Kunststoff geführt werden.

Für einfache Standardanwendungen, bei denen kein ESD-Schutz und keine Codierung nötig sind, reichen Kartenführungen in der 2-TE-Variante ohne die Möglichkeit einen ESD-Clip anzubringen. Für komplexere Anwendungen gibt es Kartenführungen in 4 TE mit Kammern, die unter anderem den Zentrier-Pin vom Griff des Frontsystems aufnehmen können, um statische Ladungen frühzeitig abzuleiten und der Option bis zu zwei ESD-Clips aufzustecken sowie der zusätzlichen Möglichkeit zur Codierung der jeweiligen Steckplätze.

Um elektrostatische Ladungen ableiten zu können, werden ESD-Clips verwendet. Zusätzlich werden sie zur Ableitung statischer Ladungen vom Frontsystem eingesetzt, um doppelten ESD-Schutz zu gewährleisten. Es empfiehlt sich bei der Nutzung besonders schwerer Leiterplatten eine Kartenführung aus Aluminium zu verwenden.

Diesen Beitrag lesen Sie auch in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 1/2 / 2021 (Download PDF)

Diese gibt es in einer dreiteiligen Ausführung mit einem Mittelteil aus Kunststoff, um die Führung zu isolieren. Nebenbei wird die Andruck- und Führungseigenschaft durch die von Heitec patentierte Andruckfeder verbessert. Somit ist das Portfolio an Kartenführungen für jede denkbare Anwendung bestens ausgestattet. In der nächsten Episode setzen wir uns mit dem sehr wichtigen Thema der elektromagnetischen Verträglichkeit, kurz EMV, auseinander.

* Alexander Jäger ist Portfolio-Solution Manager im Geschäftsgebiet Elektronik bei Heitec in Eckental.

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