Steckverbinder Die verwirrende Welt der Gleichstrom-Steckverbinder durchleuchtet

Autor / Redakteur: Marco Enge * / Margit Kuther

Die Anzahl der Gleichstromsteckverbinder scheint die der weltweit rund 10 Millionen Insektenarten zu übertreffen. Dieser Beitrag verrät, wie Sie einen passenden Steckverbinder aufspüren können.

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Samtec verbaut Anschlussstifte in Hochgeschwindigkeits-Signalsteckverbindern, um auf der Leiterplatte Platz zu sparen und die Montagezeit zu verkürzen
Samtec verbaut Anschlussstifte in Hochgeschwindigkeits-Signalsteckverbindern, um auf der Leiterplatte Platz zu sparen und die Montagezeit zu verkürzen
(Bild: Avnet Abacus)

Wie die meisten elektronischen Produkte werden auch Gleichstromsteckverbinder immer kleiner. Die Hersteller finden innovative Möglichkeiten, um mehr Strom durch die einzelnen Kontakte zu leiten, ohne dabei übermäßig Spannungsabfall, -verlust oder Wärme zu erzeugen.

Sie entwickeln zudem kompaktere Gehäuse, um eine höhere Stromdichte innerhalb eines bestimmten Bereichs oder je linearem Zentimeter zu ermöglichen.

Dieser Artikel befasst sich mit einer Auswahl der neuesten Innovationen bei Gleichstromsteckverbindern, unter anderem von Amphenol, FCI, Molex, Samtec und TE Connectivity. Der Schwerpunkt liegt dabei auf kleinen Steckverbindern mit wenig Ampère.

Schätzungen zufolge gibt es weltweit etwa 10 Millionen Insektenarten. Auf den ersten Blick scheint diese Zahl von Gleichstromsteckverbindern noch übertroffen zu werden, da sich Standards in dieser Branche nie wirklich durchgesetzt haben. Dies ist nicht zuletzt der Verschiedenartigkeit der Anwendungen geschuldet.

Man bräuchte schon einen Wälzer wie „Krieg und Frieden“, um all die verschiedenen Typen in einer umfassenden Übersicht darzustellen. Aus diesem Grund beschränken wir uns an dieser Stelle auf eine Momentaufnahme weniger Arten – schließlich stehen selbst innerhalb der beschriebenen Produktpaletten zahlreiche Optionen zur Auswahl.

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Fangen wir mit den Anwendungskriterien an

Bevor Sie in die Websites der Hersteller abtauchen oder sich in gedruckte Kataloge vertiefen, ist es sinnvoll, sich ein paar Gedanken über Ihre Anwendung zu machen und Ihre Anforderungen genau einzugrenzen. Sie werden von der Auswahl an Steckverbindern ansonsten regelrecht erschlagen.

Die meisten Gleichstromverbindungen sind einfach 2-adrig, doch sind möglicherweise mehrere Stromschienen zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann mit kombinierten Leistungs- und Signalsteckverbindern zuweilen viel Platz gespart werden. Die Anfangskriterien sind unter anderem folgende:

  • 1. Die Anzahl der von Ihnen benötigten Leiter sowie den jeweiligen Höchstnennstrom.
  • 2. Physische Platzbeschränkungen, einschließlich der Möglichkeit zu erkennen, wann Steckverbinder verbunden sind.
  • 3. Umgebungsbedingte Überlegungen: Benötigen Sie Schutz vor Feuchtigkeit oder Schadstoffen, und in welchem Betriebstemperaturbereich muss eine zuverlässige Leistung der Steckverbinder gewährleistet sein?
  • 4. Steckhäufigkeit: Wenn Steckverbinder häufig gesteckt und getrennt werden, sind beschichtete Klemmen in Betracht zu ziehen – eine Goldbeschichtung wird oft für Anwendungen gewählt, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit entscheidend ist; allerdings ist Gold vergleichsweise teuer.
  • 5. Kosten: Sehr einfache Steckklemmen ohne Gehäuse sind für viele Anwendungen die kostengünstigste Option. Allerdings gestaltet sich deren Handhabung im Gegenzug sehr mühsam und ein physischer Schutz bzw. der Schutz vor Umwelteinflüssen ist nicht gegeben.
  • 6. Etwaige Sonderanforderungen der Anwendung, einschließlich einer Zertifizierung durch Branchenverbände.

Leistungs- und Signalanwendungen

Der Power Triple Lock, das drahtbasierte Steckverbindersystem von TE Connectivity, wurde speziell dafür entwickelt, die Zuverlässigkeit für eine große Bandbreite von Leistungs- und Signalanwendungen in vielen Branchen zu verbessern, u. a. in der Automobilindustrie sowie in den Bereichen Gewerbebauten, Haushaltsgeräte, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, Industriemaschinen und Schienenverkehr. Daher, bietet er ein einzigartiges Design, das mit drei Verriegelungsmöglichkeiten eine zuverlässige Leistung garantiert.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 20/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Die Hauptmerkmale des Designs sind unter anderem: die Möglichkeit sicherzustellen, dass Kontakte fest verankert sind und Kontaktverlusten dabei mit der optionalen Positionssicherung für den Anschluss (Terminal Position Assurance, TPA) zusätzlich vorgebeugt wird; eine integrierte Einrastmechanik, die mit einem hörbaren Einrasten bestätigt, dass Kappe und Stecker verbunden sind und die dank Versteifungsrippen zum Schutz der Verriegelung gleichzeitig ein Verfangen der Drähte verhindert; sowie die Sicherung des Steckverbindersystems vor einem versehentlichen Ausstecken in vibrationsreichen Anwendungen mithilfe der optionalen Positionssicherung für den Steckverbinder (Connector Position Assurance, CPA).

Das System unterstützt zahlreiche Designanforderungen und wird in drei Klassen von Gehäusematerialien angeboten. Desweiteren in Konfigurationen, welche frei hängende und Schalttalfeln montierbare Steckbuchsen umfassen und auf zukünftige Produkte wie Platinen montierbare Arten von Steckleisten ausgerichtet sind.

Strombelastbarkeit für Kabel-an-Leiterplatte

Weitere hochmoderne Steckverbinder von TE bietet die Reihe der ET-Power-Kabelsteckverbinder. Diese Steckverbinder wurden speziell für Stromversorgungseinheiten mit flachem Profil entwickelt, die Steckverbinder mit kleinem Formfaktor und Hochstrombelastbarkeit erfordern.

Sie stellen eine verlustarme, äußerst zuverlässige und preisgünstige Lösung für die Umsetzung von Kabel-an-Leiterplatte-Ausführungen in den verschiedensten Anwendungen dar. Dazu zählen Stromversorgungseinheiten (Power Distribution Units, PDU), Mobilfunk-Basisstationen, Stromsysteme für Server und Netzwerke und Industriesteuerungen.

Der ET-Steckverbinder verwendet Krimpkontakte der branchenbewährten „Standard Power Timer“-Reihe von TE mit Nennstromwerten zwischen 20 A und 32 A sowie einem Kabelquerschnitt von 4 mm2. Er ist in rechtwinkligen und vertikal montierbaren Ausführungen erhältlich, wobei die rechtwinklige Version weniger als 8 mm Platz über der Leiterplatte beansprucht.

Ein einzigartiges Merkmal der Serie besteht außerdem in integrierten Kodierkontakten, die verschiedene elektronische Funktionen wie Messungen ermöglichen und die für die PDU-Elektronik genutzt werden können. Die Aktivierung erfolgt dabei, sobald der Kabelsteckverbinder vollständig eingesetzt wurde.

Ein gedichtetes Einrastdesign für anspruchsvollere Aufgaben

Das gedichtete MPX120-Verbindungssystem von Molex erfüllt ähnliche Funktionen wie die in der Automobilindustrie üblichen FASTON-Steckverbinder von TE Connectivity. Mit gedichteten Gehäusen und integrierter Einrastmechanik sind die Klemmen in besonders anspruchsvollen Umgebungen (sie halten hohem Sprühdruck stand) sowie in Situationen, in denen die Sicherheit der Verbindung bei Vibrationen gewährleistet sein muss, jedoch robuster.

Die 1,2-mm-Klemmen mit einem Rastermaß von 4 mm bieten Verkabelungen mit einem Querschnitt von bis zu 1 mm2 für 13 A Nennstrom Platz, weshalb sie sich für die meisten gedichteten Anwendungen mit Reihenverkabelung in Autos und Nutzfahrzeugen eignen. Darüber hinaus sind sie mit AK- und USCAR-Schnittstellen kompatibel und daher weltweit verwendbar. Die Versionen sind mit 2, 3 oder 6 Schaltungen pro Kompaktgehäuse verfügbar.

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Molex Micro-Fit 3.0: eine flexible Steckverbinderreihe für die meisten Verbraucher- und Industrieanwendungen

Ausgelegt für 4 bis 24 Schaltungen im Raster 3 mm und jeweils 5 A Bemessungsstrom in einem einzelnen Gehäuse, sind die Micro-Fit-3.0-Steckverbinder von Molex allgegenwärtig. Man findet sie überall, von Personalcomputern über Stromversorgungen und Kaffeemaschinen bis hin zu Satelliten.

Die Klemmen können männlich oder weiblich sein oder Micro-Fit RMF entsprechen. Außerdem gibt es eine riesige Auswahl an Crimpgehäusen, rechtwinkligen Steckleisten, vertikalen Steckleisten, Kabel-zu-Kabel- und Kabel-an-Leiterplatte-Formaten. Es gibt sogar Blindsteckversionen mit platinenmontierbarem Design, die Stecker und Buchsen sicher arretieren, aber dennoch einen einfachen Ausbau gewährleisten.

Die Alternative von FCI (Molex-kompatibel)

Die Produktfamilien Minitek Pwr 3.0 (5 A Nennstrom) und Minitek Pwr 4.2 (9 A Nennstrom) markierten den Eintritt von FCI in den Markt der Kabel-zu-Kabel- und Kabel-an-Leiterplatte-Steckverbinder des mittleren Leistungsbereichs. Sie sind zudem mit Micro-Fit-Steckverbindern von Molex (und Micro-Fit Jr.) beliebig austauschbar und kompatibel.

Die polarisierten Minitek-Pwr-Steckverbinder von FCI mit geringer Einsteckkraft verfügen über kontaktgeschützte Gehäuse, um eine Beschädigung der Klemmen während des gewinkelten Steckens zu vermeiden. Außerdem bieten sie nach erfolgtem Steckvorgang eine hohe Haltekraft. Das System verwendet Drähte von AWG 16 bis 30. Entsprechende Gehäuse sind für 2 bis 24 Schaltungen erhältlich.

Eine gebräuchliche Option ist die Verwendung einer rechtwinkligen Kabelbuchse, die die Kabelführung in 1HE- und 2HE-Rack-Systemen erleichtert.

Platzsparende Option: Kombination aus Leistung und Hochgeschwindigkeitssignalen

Samtec stellt eine Reihe innovativer Steckverbinder her. Etwa das geschirmte Q2-Steckverbindersystem, das Hochgeschwindigkeits-Datenterminals mit einer Auswahl von RF-Steckverbindern oder Stromsteckverbindern kombiniert.

Die Steckverbinder haben eine Bauhöhe von 11 mm. Integrierte Anschlussstifte sind für bis zu 9,2 A Nennstrom bei 95 °C spezifiziert. Im selben Gehäuse stehen bis zu 208 unsymmetrische Kontakte (für den Betrieb bis 6 GHz) oder 128 differenzielle Kontakte (für den Betrieb bis 7,5 GHz) in einem Raster von 0,635 mm (0,025 Zoll) zur Verfügung.

Die Steckverbinder sind in vertikalen, rechtwinkligen und randmontierbaren Ausführungen erhältlich, jeweils mit optionaler integrierter Abschirmung zum Schutz vor elektromagnetischen Interferenzen. Das zweiphasige Hot Plugging, bei dem Abschirmungen und Grundplatten vor den Signalstiften verbunden werden, ist Standard. Zudem gibt es die kundenspezifische Möglichkeit des dreiphasigen Hot Pluggings.

Und schließlich zu etwas völlig anderem: extreme Umgebungen

Wenn umgebungsbedingte Faktoren eine vorherrschende Rolle spielen, ist es schwer, an den LTW M12-Schraubklemmen-Steckverbindern von Amphenol vorbeizukommen. Diese stellen nach IP67 klassifizierte gasdichte und vibrationsbeständige Verbindungen her und sind sowohl in gerader als auch rechtwinkliger Ausführung erhältlich.

Der Kontaktwiderstand der einzelnen Klemmen wird dank kupferlegierten Kontakten unter 10 mOhm gehalten. Für die Draht- und Gehäuseanschlüsse werden Empfehlungen zu Drehmomenteinstellungen bereitgestellt. Der Nennstrom der einzelnen Kontakte in den Konfigurationen mit 3 bis 5 Stiften beträgt 4 A.

Bei der Konfiguration mit 8 Stiften wird der Nennstrom mit 2 A pro Kontakt beziffert. Zu den Anwendungsbereichen gehören industrielle Automatisierung, professionelle LED-Beleuchtung und drahtlose Breitbandzugangssysteme.

Avnet Abacus führt durch den Steckverbinder-Dschungel

Für die Herstellung von Gleichstromverbindungen im niedrigen bis mittleren Leistungsbereich gibt es eine große Auswahl an Steckverbindern. Dieser Artikel hat Ihnen eine Momentaufnahme einiger der beliebtesten Arten vorgestellt.

Eine unabhängige Anwendungsberatung bieten Ihnen Distributoren wie Avnet Abacus, die umfangreiche Bestände zahlreicher der weltweit führenden Steckverbinderhersteller bereit halten.

* Marco Enge ist Senior Product Manager Interconnect bei Avnet Abacus

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