Elektrische Verbindungstechnik Steckverbinder: Die richtige Wahl treffen

Ein Gastbeitrag von David Phillips

Die Einsatzbedingungen für Elektronikanwendungen werden immer anspruchsvoller. Hier nimmt die elektrische Verbindungstechnik in den Applikationen eine Schlüsselrolle ein. Daher war es noch nie so wichtig wie heute, den für die jeweilige Aufgabe am besten geeigneten Steckverbinder zu spezifizieren.

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Snap-in- und Bajonett-Steckverbinder der Binder-Serien 620, 720 und 770 für medizinische Anwendungen.
Snap-in- und Bajonett-Steckverbinder der Binder-Serien 620, 720 und 770 für medizinische Anwendungen.
(Bild: Binder)

Bei der Auslegung von Steckverbindern sind grundlegende Entscheidungen zu treffen. Im Mittelpunkt stehen vor allem die elektrischen und physikalischen Eigenschaften, welche die Produkte zum Einsatz in einer gegebenen Applikation befähigen. Neben den Kernparametern Bemessungsstromstärke und -spannung sind es die Anzahl der Kontakte, der Anschlussquerschnitt, der Grad der Schirmung sowie der erforderliche Schutz vor Umgebungseinflüssen, die einen direkten Einfluss auf die Wahl des Steckverbinders nehmen. Weitere wichtige Charakteristika sind die Anschluss- und die Verriegelungstechnik sowie der verfügbare Platz – sowohl innerhalb als auch außerhalb des Produkts.

Der folgende kompakte Leitfaden konzentriert sich auf den Schutz vor äußeren Einflüssen, die Wahl der Kontakte sowie die Anschluss- und Verriegelungstechnik.

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Überlegungen zur Schutzart

Die in der Umgebung des Steckverbinders zu erwartende Verschmutzung wird in vier Stufen eingeteilt: Der erste Grad, bei dem keine leitenden Verschmutzungen vorkommen, ist typisch für das Innere von Geräten. Der zweite Grad umfasst nichtleitende Verschmutzung und temporäre Kondensation, etwa bei Hausgeräten; der dritte Grad betrifft leitende Verschmutzungen, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen. Der vierte Grad kennzeichnet die dauerhafte leitfähige Verschmutzung, wie sie Staub und Wasser in anspruchsvollen Umgebungen verursachen.

Die IEC 60529 klassifiziert den Schutz gegen äußere Einflüsse wie Staub, Fremdkörper, Feuchtigkeit und Wasser sowie gegen Berührung. In der Nomenklatur der sogenannten IP-Schutzarten (International Protection) benennt die erste Ziffer der IP-Codes (0 bis 6) die Widerstandsfähigkeit gegen Fremdkörper und Staub sowie Berührung, während die zweite Ziffer (0 bis 9K) die Widerstandsfähigkeit gegen Wasser angibt. In der Regel sind Industriesteckverbinder in der Schutzart IP65 und höher eingestuft, wobei viele Produkte die Schutzart IP67 gegen zeitweiliges Untertauchen in Wasser oder die höchste Schutzart IP69K gegen Wasser bei der Hochdruck- und Dampfstrahlreinigung aufweisen.

Kontakte und Anschlusstechnik

Kontaktstärke, Federeigenschaften, elektrische Leitfähigkeit und Betriebstemperatur werden durch die verwendeten Materialien bestimmt. Bei Qualitätskontakten werden Kupferlegierungen für die Kontakte – Messing für die Stift- und Zinnbronze für die Buchsenkontakte – verwendet, da diese Werkstoffe eine gute Festigkeit, Leitfähigkeit und Temperaturstabilität bewirken. Darüber hinaus bieten vergoldete oder versilberte Kontakte ein hohes Maß an Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, und sie halten mehr als 500 Steckvorgängen stand.

Auch die Art des Kabelanschlusses ist sorgfältig zu überdenken; sie hängt im Wesentlichen von der Anwendung und den Produktionsmengen ab. Lötanschlüsse bieten zwar die sicherste Verbindung mit den besten elektrischen Eigenschaften, erfordern aber geschultes Personal. Crimpverbindungen stehen für eine schnelle und einfache Methode, erfordern aber teure Crimpwerkzeuge. Für die Verdrahtung vor Ort bietet die Schraubverbindung die beste Lösung.

Steckverbinder-Materialien

Während viele Steckverbinder zugunsten ihrer Festigkeit aus Messing hergestellt werden, verwendet man zur Kosten- und Gewichtsreduzierung häufig Zinkdruckguss oder eine Aluminiumlegierung. Der Trend geht heute zu kostengünstigen, leichten und robusten Vollkunststoff-Steckern wie den Serien 620, 720 und 770 von Binder. Hier ist Polyamid der bevorzugte Werkstoff, da es zäh, abriebfest sowie lösungsmittel- und bis 120 °C temperaturbeständig ist.

Kriterien für die Auswahl der Verschlussart

Die Häufigkeit des Steckvorgangs und die IP-Anforderungen sind entscheidend für die Wahl der Verschlusstechnik. Steckverbinder mit Rastverriegelung (Snap-in-Technik) ermöglichen ein schnelles und einfaches Stecken; sie sind im Allgemeinen die kostengünstigste Lösung. Dank jüngster Weiterentwicklungen können sie jetzt bis zur Schutzart IP67 eingestuft werden und bieten somit eine wirtschaftliche High-Performance-Lösung. Bajonettstecker gewährleisten eine Verbindung mit größerer Sicherheit, sind aber in der Regel konstruktionsbedingt auf die Schutzart IP40 beschränkt.

Push-Pull-Steckverbinder aus Metall hingegen können teuer sein; der Trend zu Kunststoffversionen hat jedoch zur Kostensenkung beigetragen. Sie bieten insgesamt eine schnell steckbare IP67-Verbindungslösung mit einem Schutz gegen versehentliches Lösen.

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Steckverbinder mit Schraubverriegelung schützen unter allen Alternativen am besten gegen versehentliches Lösen der Verbindung. Auch ein sehr hoher IP-Schutzgrad ist damit erreichbar. Sie sind aber im Allgemeinen die teuerste Art von Steckverbindern, insbesondere in Metallausführung.

Die am besten geeignete Komponente finden

Der Steckverbinder wird oft als Nachtrag zum Applikationsdesign betrachtet, ist aber eine Schlüsselkomponente in jedem System. Ein Steckverbinder der passenden Größe, der die richtigen elektrischen Eigenschaften aufweist, für die betreffende Anwendung die bestgeeignete Anschluss- und Verriegelungstechnik verwendet und den erforderlichen Schutz bietet, optimiert die Leistung eines jeden Systems und trägt zu dessen Kosteneffizienz bei.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.aktuelle-technik.ch

* David Phillips ist internationaler Vertriebsleiter bei Binder

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