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Federleistensteckverbinder für LED-Anwendungen (Bild: Fischer Elektronik)

Eckdaten

Steckverbinder sind so vielfältig wie die Anwendungen, für die sie eingesetzt werden. Unterschiedliche Ausführungen werden angeboten. Speziell in der LED-Leuchtentechnik ist die farbliche Gestaltung des Steckergehäuses ein wesentliches Kriterium. Hier werden vorwiegend helle, weiße Kunststoffe verwendet, um störende Schattenwirkungen zu vermeiden. Spezifisch sind außerdem der Anschlussbereich und die Art der Leiterplatte.

Die Vielfalt der Steckverbinder ist immens. Sie werden eingesetzt in der weißen Industrie, dem Telekombereich, dem Maschinen- und Steuerungsbau, der Bahn-, Medizin- und Automobiltechnik sowie im Bereich der Elektromobilität. Zudem gibt es seewassergeschützte Ausführungen und vieles mehr, um hier nur einen Teil zu nennen.

Im Bereich der Beleuchtungstechnik entwickelt sich die noch recht neue LED-Technik seit einigen Jahren immer rasanter. Diese Technik reicht mittlerweile in alle aufgezählten Bereiche hinein. Für Konstrukteure und Designer bietet LED-Technik aus unterschiedlichen Gründen eine umfassendere Gestaltungsfreiheit. Betrug der Anteil an Neuinstallationen im Jahr 2010 lediglich 14 Prozent, so ist er im Jahr 2016 auf zirka 60 und aktuell auf über 90 Prozent angestiegen. Waren es zu Beginn überwiegend hochwertige Leuchten im Wohn- und Hausbereich, so hat sich die LED-Technik mittlerweile auf die gesamte Leuchtenindustrie ausgebreitet. Industriebauten sind mit umweltschonender LED-Leuchtmitteltechnik ausgestattet. Banken, Versicherungen, Verwaltungen, Sporthallen, Museen und sogar kunsthistorische Gebäude werden im Innen- und Außenbereich auf LED umgerüstet. Darüber hinaus rüsten die Städte die Straßenbeleuchtungen nach und nach um. Hier spielen neben den wichtigen Umweltaspekten nicht zuletzt die Energiekosten eine bedeutende Rolle, die mit der LED-Technik dauerhaft gesenkt werden können.

Einsparpotenziale

Mittlerweile werden die nicht unerheblichen Einsparmöglichkeiten durch den deutlich geringeren Energiebedarf wie auch den deutlich reduzierten Wartungsaufwand erkannt. Dies trifft auf alle Produktionsbereiche ebenso wie auf Büros und Verwaltungen zu. Oft sind dabei die vorhandenen Leuchtkörper weiter zu verwenden und anschlusstechnisch leicht auf LED-Leuchttechnik umzurüsten. Die elektronische Bedarfserkennung für das automatische Ein- und Ausschalten ist dann ebenfalls leicht zu integrieren. Gerade in den Industriezweigen, in denen Tag und Nacht und oft das ganze Jahr die Beleuchtung in Betrieb ist, wirkt sich diese moderne Lichttechnologie schnell positiv messbar auf die Kosten aus.

Der deutlich reduzierte Stromverbrauch, der verringerte Wartungsaufwand und die wesentlich längere Lebensdauer der LED-Leuchtentechnik tragen zu erfreulich geringerer Umweltbelastung und zu nicht unerheblichen Gesamtkostenersparnissen in den umgestellten Betrieben bei.

Ein weiterer Bereich für LED-Anwendungen ist der Wohn- und Möbelbereich. Hier lässt sich mithilfe starrer sowie auch flexibler Leiterplatten eine Vielzahl von Designvarianten entwickeln. Diese sind mit herkömmlichen Leuchtmitteln nicht annähernd erreichbar. Aus sicherheitstechnischer Sicht bietet die LED-Technik darüber hinaus ungeahnte Felder in Bereichen wie Hotels, Krankenhäusern, altengerechtem Wohnen und nicht zuletzt auch in privaten Wohnbereichen.

Auf der nächsten Seite geht es um die Ausführungsbesonderheiten

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Stiftleistensteckverbinder für LED-Anwendungen Fischer Elektronik

In LED-Leuchten werden vorwiegend helle bis weiße Oberflächen verwendet, um die Lichtreflexion zu erhöhen. Dies gilt nun auch verstärkt für die LED-Steckverbinder. Der üblicherweise bei Steckverbindern verwendete dunkle, meist schwarze Kunststoff erzeugt im aktiven Teil, der Lichtleiste, ein störendes Schattenbild. Ein dunkles Kunststoffgehäuse kann Lichtstrahlen nicht reflektieren, sondern absorbiert sie, was zu Schattenwirkungen führt. Dies wirkt auf den Betrachter sehr störend. Daher werden in diesem Segment überwiegend helle, weiße Kunststoffe eingesetzt, die störende Schattenwirkungen durch unterschiedliche Lichtabsorptionen verhindern.

Anforderungen an Isolierkörperwerkstoffe

Beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs sind die dabei entstehenden hohen Umgebungstemperaturen nicht zu unterschätzen. Hierfür stehen den Steckergehäusen hochtemperaturbeständige Kunststoffe am Markt zur Verfügung. Dies können auch LCP-Kunststoffe in naturfarbigem, weißem Material sein. Sie bieten neben guten thermischen Eigenschaften auch gute Fließeigenschaften, die gerade für dünne Wandstärken von großem Vorteil sind.

Die Anforderungen an die zu verwendenden Isolierkörperwerkstoffe werden immer umfangreicher. Der Trend zu kleineren Bauformen fordert die Kunststoffe zusätzlich heraus. Hochleistungskunststoffe zeichnen sich durch Dimensionsstabilität, hervorragende Wärmeformbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften aus. Der Schmelzbereich von Hochleistungskunststoffen liegt deutlich über 300 °C. Sie sind fest, steif, zäh und widerstandfähig gegenüber Chemikalien.

Löttemperaturen von etwa 260 °C mit einer Belastungsdauer von 10 s werden bei einem kurzzeitigen Wärmeeinfluss durch die Reflow-Lötverfahren erreicht. Bei einem langzeitigen Wärmeeinfluss können je nach Kunststoff Temperaturen bis 200 °C erreicht werden. Die Belastungsdauer geht über mehrere tausend Stunden.

Solche Belastungen haben Auswirkungen auf die Lebensdauer der Kunststoffe. Eine Abnahme der mechanischen Eigenschaften wie Schlagzähigkeit und Bruchdehnung wird durch den langzeitigen Wärmeeinfluss verstärkt.

Um eine höhere Wärmeformbeständigkeit zu erreichen, ist der Einsatz von Verstärkungsstoffen erforderlich. Ausführungen in der Durchstecklöttechnik THT, auch Wellenlöttechnik genannt, ebenso wie die Oberflächenlöttechnik SMD, als auch die Kombination aus diesen beiden Löttechniken, die THR-Löttechnik, können mit diesem Kunststoff entwickelt werden. Darüber hinaus sind auch die Baugrößen der Steckverbindungen zu beachten. Die Kontaktabstände können sowohl für das gängige Rastermaß 2,54 mm, für das Raster 2,00 mm als auch das Raster 1,27 mm problemlos erstellt werden.

Elektrische Anforderungen

Die elektrische Belastbarkeit ist eine weitere wichtige Voraussetzung bei der Auswahl von Steckverbindungen. Die gängigen Typen im Raster von zirka 2,5 mm reichen bis zu einem Strombelastungswert von 6 A. Die Strombelastbarkeit reduziert sich bei kleineren Rastern wie beispielsweise 2,0 und 1,27 mm, bedingt durch die geringeren Kontaktquerschnitte und den geringeren Kontaktabstand. Variationsmöglichkeiten ergeben sich auch durch den Einsatz unterschiedlicher Kontaktwerkstoffe. Während der elektrische Leitwert von Zinn-Bronze (CuSn) bei etwa 9 S/m liegt, beträgt er bei Messing (CuZn) etwa 15 S/m.

Die mechanische Beanspruchung bekommt an dieser Stelle eine nicht zu unterschätzende Bedeutung. Zinn-Bronze-Legierungen sind durch gute Federeigenschaften wesentlich stabiler gegenüber Biegebeanspruchungen als Messinglegierungen. All diese Eigenschaften kommen den LED-Steckverbindern, seien es Stift- oder Federleisten, für die verschiedenen möglichen Löttechniken entgegen.

Für eine automatengerechte Bestückung bieten sich, gerade auch für die SMD-Versionen, die Tape-&-Reel-Verpackungen (Gurt und Spule) neben den üblichen Stangenmagazinen an. Darüber hinaus stehen dort, wo es die Typen erfordern, zur automatischen Bestückung entsprechende Bestückungshilfen zur Verfügung.

Gerhard Brüser

602-Fischer-Brueser
Leitender Entwicklungsingenieur für Steckverbinder, Fischer Elektronik, Lüdenscheid

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