Leiterplattensteckverbinder Ein System, das (fast) alle Anforderungen erfüllt

Autor / Redakteur: Jörn Picker* / Kristin Rinortner

Steckverbindersysteme mit Federanschluss sind seit langem für die wirtschaftliche Montage von Maschinen und Anlagen aus den verschiedensten mechanischen und elektronischen Unterbaugruppen als elektrische Schnittstelle unverzichtbar. Mit einem völlig neuen Designkonzept hat WAGO ein radikal vereinfachtes Steckverbindersystem entwickelt, das 30% kleiner als bisherige Systeme baut und dabei eine deutlich bessere Vibrationsbeständigkeit aufweist.

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

Die Vielzahl der Anforderungen an die elektrischen Schnittstellen wird durch die annähernd gleich große Zahl der heute verfügbaren technischen Lösungen deutlich. 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.

Neues Konzept reduziert die Baulänge

Ausgangspunkt der Überlegungen 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 2-schenkligen, 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.

Bild 1: Kontaktprinzip der Leiterplattenklemme: a) Feder- und Stiftleiste gesteckt b) Feder- und Stiftleiste getrennt (Archiv: Vogel Business Media)

Anders als bei den federnden 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 (Bild 1 a + b). Die Vereinfachung der Federleistenkomponenten ermöglicht in der Folge eine komplett andere Konstruktion des Stecksystems mit weiteren neuen Merkmalen.

Erhöhte Vibrationssicherheit und höhere Stromtragfähigkeit

Bild 1: Kontaktprinzip der Leiterplattenklemme: a) Feder- und Stiftleiste gesteckt b) Feder- und Stiftleiste getrennt (Archiv: Vogel Business Media)

So reduziert die verringerte Länge des Strompfads durch den Buchsenkontakt und die Verwendung von Elektrolytkupfer 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 (Bild 1 a + b).

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, aufwändige konstruktive Maßnahmen.

Einfache, intuitive Handhabung vermeidet Bedienerfehler

Großer Wert wurde bei dem Steckverbinder auf eine einfache Handhabung gelegt. Das Cage-Clamp-S-Prinzip erlaubt den Anschluss aller Leiterarten ohne Leitervorbehandlung. Die Besonderheit: Eindrähtige Leiter und feindrähtige Leiter mit Aderendhülse sind auch direkt steckbar.

Die integrierten Drücker ermöglichen ein einfaches Öffnen des Federanschlusses und das Einführen bzw. 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 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.

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