Klassisches Anschlusskonzept

Anschlusskonzept klassisch – genderneutral (Bild: ept)

Board-to-board Steckverbinder für Anwendungen in der Industrie- und Prozessautomation sowie der Bahntechnik müssen eine lange Lebensdauer unter extremen Umgebungsbedingungen aufweisen. Die Steckverbinder müssen zudem robust gegen Fehlbedienung bei der Installation sein und die Fehlerquelle „Mensch“ durch einen großen Toleranzausgleich minimieren. Unter folgenden Kriterien müssen sie ihre Funktion absolut zuverlässig sicherstellen:

  • hohe Shock- und Vibrationsbelastungen
  • dauerhafte und zyklische Temperaturbelastungen
  • korrosive Atmosphäre (Schadgas, Feuchtigkeit)

Aufgrund der zunehmenden Funktionsintegration und der damit verbundenen steigenden Anzahl der Signale innerhalb der elektronischen Geräte und dem Trend zum modularen Aufbau ist eine sichere Verbindung von mehreren Steckverbindern auf einer Leiterplatte notwendig.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden hat ept die Produkfamilie Zero8 mit dem robusten und innovativen Stecksystem ScaleX entwickelt.

Genderneutrales Stecksystem

Handelsübliche Steckverbinder sind nach dem klassischen Feder- und Messerleistenkonzept konstruiert. Bei dem neuen Funktionsprinzip handelt es sich um ein genderneutrales Stecksystem. Jedes Steckpärchen weist sowohl einen Messer- als auch einen Federkontakt auf, die Kontaktierung erfolgt über zwei Kontaktpunkte.

Bei dem klassischen Feder- und Messerleistenkonzept kann bei mechanischer Belastung oder unter Vibrations- und Schockbedingungen ein Kontaktpunkt abheben. Bei der ScaleX-Anschlusstechnologie ist ein Abheben der Kontakte konstruktionsbedingt nicht möglich, unter allen Bedingungen kontaktieren immer beide Anschlusspunkte.

Kontaktierung auf der homogenen, gewalzten Oberfläche

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen wird so eine Kontaktierung auf der inhomogenen, scharfkantigen Stanzkante vermieden, die wiederum zu erhöhtem Abrieb der Oberfläche führen würde. Somit wird die Korrosion der Kontakte in schadhafter Umgebung verhindert und die Vibrations- und Schockeigenschaften erhöht.

Die Vibrationseigenschaften der Zero8-Steckverbinder wurden gemäß der Norm IEC 60068-2-6:2007 für einen Frequenzbereich von 10 bis 2000 Hz nachgewiesen, die Schockeigenschaften wurden mit einer Beschleunigung von 50 g gemäß IEC 60068-2-27:2008 bestätigt. Zusätzlich wurden die Vibrations- und Schockeigenschaften gemäß der Bahnnorm DIN EN 61373:2011-04 nachgewiesen.

Kupferlegierung CuNiSi für bessere Federeigenschaften

Als Kupferlegierung wurde anstatt des klassischen Materials CuSn6 as Material CuNiSi gewählt, das über bessere Federeigenschaften verfügt. Bei hohen Temperaturbelastungen und ständigen Temperaturzyklen kann das Kupfermaterial nach einer gewissen Lebensdauer relaxieren und nicht mehr die erforderliche Federkraft für eine sichere Verbindung aufweisen.

Diagramm Shock Profiles
Diagramm des Shock Profiles gemäß DIN EN 61373:2011-04. (Bild: ept)

Mit dem Larson-Miller-Parameter lässt sich die Restspannung in Abhängigkeit von Zeit und Temperaturbelastung ermitteln. Bei einer geräteinternen Temperatur von 85 °C kann das Kupfermaterial bei Belastung mit dem definierten Nennstrom eine Temperatur von bis zu 115 °C erreichen. Der Larson-Miller-Parameter von 9,5 ist äquivalent zu drei Jahren Temperaturbelastung bei 115 °C.

Thermische Spannungsrelaxation Larson-Miller-Paramater
Thermische Spannungsrelaxation Larson-Miller-Paramater. Verglichen werden die beiden Materialien CuNiSi und CuSn6. (Bild: ept)

Beim Kontaktmaterial CuNiSi steht nach dieser thermischen Belastung noch eine Restspannung von über 90 Prozent zur Verfügung, beim klassischen CuSn6 hingegen bleibt nur noch eine Restspannung von 75 Prozent.

Kontaktschutz nach dem Koshiri-Konzept

Die Kontakte sind gemäß Koshiri-Konzept geschützt im Isolierkörper angeordnet, eine Deformation der Kontakte während der Installation wird damit verhindert. Beim klassischen Feder- und Messerleistenkonzept ist eine Fehlbedienung während der Installation eine der größten Fehlerursachen. Dies kann zu enormen Kosten führen, wenn die ganze Baugruppe verschrottet oder der Steckverbinder im aufwändigen Rework-Prozess ersetzt werden muss.

deformierte Kontakt und Kontaktschutz
Klassische Messerleiste – deformierte Kontakte aufgrund von Fehlbedinung und Kontaktschutz Zero8. (Bild: ept)

Hoher Toleranzausgleich auch im gesteckten Zustand

Neben einem hohen Toleranzausgleich während der Installation gewährleistet das ScaleX-Anschlusskonzept auch einen optimalen Toleranzausgleich im gesteckten Zustand von 0,4 mm in X- und Y- Richtung, in Z-Richtung bis zu 2,3 mm. Dies ermöglicht auch die Installation mehrerer Steckverbinder auf einer Leiterplatte.

ept hat 500 Steckzyklen mit zwölf Steckern auf einer Leiterplatte gemäß DIN EN 60512-9-1:2010-12 in einem akkreditierten Labor nachgewiesen.

Die Steckverbinder für anspruchsvolle Industrieanwendungen

Die Produktfamilie Zero8 von ept ist speziell für anspruchsvolle Industrieanwendungen entwickelt worden und bietet dabei höchste Skalierbarkeit. Entwickler können Bauformen, Stapelhöhe und Polzahlen individuell auf ihre Anforderungen anpassen.

Socket und Plug gibt es aktuell in der Bauform mid- sowie low-profile und wird es zukünftig auch als high-profile und als gewinkelte Version geben. Durch die verschiedenen Bauhöhen können mit Zero8-Steckverbindern Leiterplattenabstände von 6,00 bis 21,00 mm realisiert werden - die Polzahlen können zwischen zwölf bis 80 variabel angefordert werden.

Toleranzausgleich bei Zero8-Steckverbindern
Toleranzausgleich im gesteckten Zustand / Testplatine mit zwölf Zero8-Steckverbindern. (Bild: ept)

Auch bei der Schirmung haben Hardware-Entwickler die Wahl. Es besteht die Möglichkeit, beide Seiten oder nur eine Seite mit Schirmung auszustatten. Alle Zero8-Stecker sind auf jeden Fall untereinander steckkompatibel und frei kombinierbar, gleichgültig ob mit oder ohne Schirmung. (neu)

Steckverbinderfamilie der Produktfamilie Zero8
Die verschiedenen Steckverbinder der Produktfamilie Zero8. (Bild: ept)

Autor

Martin Adamczyk ist Produktmanager bei ept.

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