Auf die richtige Leiterplattenanschlusstechnik achten!

Im Fokus von elektronischen Baugruppen stehen die Leiterplatte als Basis jeglicher Elektronik sowie die für verschiedene Funktionen ausgelegten elektronischen Bauelemente und Komponenten. Jeder einzelne Prozessschritt entlang der elektronischen Baugruppenfertigung hat seine Besonderheit, oftmals gepaart mit so mancher Herausforderung. Nicht minder wichtig sind die passenden Schnittstellen zur Außenwelt. Zwar gibt es eine variantenreiche Auswahl an Steckverbindern, jedoch ist die Bandbreite an Verbindungs- und Kontaktelementen damit noch lange nicht ausgeschöpft – ein Überblick.

Zuverlässige Verbindung mit Kabelschuhen

Kabel sind die Lebensader von elektrischen Systemen. Zahlreiche Lösungen ermöglichen die Verbindung an die Leiterplatte. Um etwa hohe Ströme von 500A und mehr auf die Leiterplatte zu bringen, sind meist Kabelschuhe in Kombination mit Hochstromelementen, wie Redcube Press-Fits von Würth Elektronik, die erste Wahl. Kabelschuhe kommen zum Einsatz, wenn Kabel sicher beispielsweise an Elektrogeräten oder Maschinen angeschlossen werden müssen. Meist dienen sie temporären Verbindungen, die leicht wieder zu lösen oder zu ersetzen sein sollen. Unterschieden wird zwischen isolierten und nicht isolierten Varianten, während das Steckermaterial üblicherweise aus Kupfer oder aus Messing besteht. Auch gibt es verschiedene Ausführungen wie etwa Ring-, Gabel-, Krallen- oder Stift-Kabelschuhe.

Kabelschuhe sind nicht zu verwechseln mit Aderendhülsen – selbst wenn beide Produktgruppen natürlich das gleiche Ziel von Sicherheit und Schutz einer elektrischen Verbindung verfolgen. Der Unterschied liegt in der Anbringung des Kabels: Während der Kabelschuh der Verlängerung von Verbindungen von Kabeln mit anderen Kabeln oder Geräten dient, ist die Aderendhülse eine Verbindung mit endgültigem Ziel und somit eine permanente Lösung. Einzige Ausnahme: Bei Verbindungen mit Terminal Blocks lassen sich Aderendhülsen ein- und auch wieder ausstecken. Zudem wird die Aderendhülse im Kontaktbereich gecrimpt und dabei verformt; bei Kabelschuhen gibt es hierfür eine offene oder geschlossene Hülse, die normgerecht mit der eingeführten Leitung verpresst werden muss. Der Kontaktbereich des Kabelschuhs bleibt dabei unverändert.

Hochstrom sicher managen

Um die volle Stromtragfähigkeit und einen möglichst niederen Übergangswiderstand des Gesamtsystems aus Kabel, Kabelschuh, Anschlussterminal und Verschraubung zu erreichen, ist es essenziell, dass alle ausgewählten Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Ein Beispiel: Die Leitung weist einen zu großen Querschnitt für den Kabelschuh aus – eine Reduktion des Kabelquerschnittes, damit das Kabel in die Hülse passt, ist nicht zulässig. Ebenso sind zu große Kabelschuhe mit zu kleinen Kabelquerschnitten nicht verwendbar. Hierzu sind die bestehenden Normen zu der jeweiligen Zielanwendung bzw. dem Einsatzbereich zu beachten.

Auch die Verschraubung des Kabelschuhs auf dem Terminal muss mit dem vorgegebenen Anzugsdrehmoment ausgeführt werden, um für einen niederen Übergangswiderstand zu sorgen und das selbstständige Losdrehen der Verschraubung zu verhindern. Zu hohe Drehmomente – frei nach dem Motto „viel hilft viel“ – können unterdessen das Terminal beschädigen oder gar abreißen.

Die von Würth Elektronik angebotenen, nicht isolierten Kabelschuhe der Serie WA-Clug sind aus Kupferrohr gefertigt und werden anschließend verzinnt, um Korro-sion vorzubeugen. Sie eignen sich daher für Hochstromanwendungen, insbesondere in Kombination mit der Press-Fit-Technologie der Redcube-Terminals und damit zur Anbindung der Größen M3 bis M10. Diese Redcube-Bauteile weisen einen geringen Übergangswiderstand auf, was eine minimale Eigenerwärmung zur Folge hat. Zudem bieten sie mittels den Kabelschuhen als Verbindungsmedium einen zuverlässigen Hochstromanschluss an die Leiterplatte. Als Board-to-Board-Ausführung übertragen die Press-Fit-Klemmen der Redcube-Serie problemlos 500A von Platine zu Platine.

Die Redcube-SMT-Terminals vereinen in einem Bauteil mechanische Lösungen mit kompaktem Footprint. Das ist besonders für Platinen mit hoher Packungsdichte und kritischer Wärmeentwicklung interessant, da sie Platz zwischen den Komponenten auf einer Leiterplatte halten und die korrekte Ausrichtung der Komponenten einen optimalen Betrieb ermöglichen. Trotz ihrer kleinen Größe bewältigen die Redcube-SMTs 70A.

Kabelschlauch gezielt geschrumpft

Sie kommen meist im Tandem daher. Nichtisolierte Kabelschuhe und Schrumpfschläuche sind – wenn man so will – ein eingespieltes Team. Mit ihren variablen Eigenschaften sind Kabelschläuche, auch Schrumpfschläuche, respektive Wärmeschrumpfschlauch genannt, zum Schutz von Kabeln und Drähten ausgelegt. Ihren Einsatz finden sie meist an Kabelenden, die in Kabelschuhen enden, oder zum Schutz von Steckverbindungen oder sonstigen Anschlüssen. Weil sie resistent gegen Chemikalien und Abrieb sind, bewahren sie Kabel einerseits vor Feuchtigkeit, Schmutz und Korrosion und schützen vor rauen Umgebungsbedingungen wie dem Abknicken direkt nach der Crimpstelle sowie vor UV-Einstrahlung. Andererseits bieten Wärmeschrumpfkomponenten nicht nur elektrische Isolation, sondern sie können auch die Störfestigkeit eines Systems erhöhen und ungeplante Ausfallzeiten verhindern.

Die Funktionsweise ist denkbar einfach: Der vorwiegend aus hitzebeständigen Kunststoffen wie Polyolefin bestehende Schrumpfschlauch wird über den zu schützenden Kabelbereich gezogen und anschließend mit einem Heißluftstrom erhitzt. Folglich zieht sich der Schlauch zu einer dichtsitzenden, festen und somit schützenden Hülle zusammen, die sich passgenau an die Größe und Form des Kabels anschmiegt. Das vereinfacht und beschleunigt die anschließende Montage und sorgt so für eine bessere Organisation des gesamten Erscheinungsbilds.

Als Alternative zum Umwicklungs-, Formungs- und Vergussprozess haben sich Kabelschläuche bewährt, weshalb sie sich für zahlreiche Anwendungen eignen, einschließlich der Isolation von Back-End-Steckverbindern, Verteilerkappen und Übergängen zwischen Steckverbindern und Kabeln. Durch die große Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten sind sie in vielen Ausführungen, Durchmessern, Farben und Materialien erhältlich. Die wichtigste Eigenschaft ist jedoch die Schrumpfrate. Sie gibt an, um wie viel sich der Schrumpfschlauch durch die Erwärmung einzieht. Die gängigsten Dimensionen sind 2:1, 3:1 und 4:1. Ein Beispiel: Bei einem Durchmesser von 40 mm und einer Schrumpfrate von 2:1 verringert sich der Durchmesser um die Hälfte auf 20 mm. Um allerdings eine optimale Isolierung ohne Lücken zu erhalten, kommt es auf die richtige Auswahl von Durchmesser und Schrumpfrate sowie auch der passenden Länge an.

Die Hersteller von Systemen mit komplexen elektrischen Eigenschaften benötigen verlässliche und wirtschaftliche Optionen, um Kabel und Komponenten selbst vor besonders widrigen Umwelteinflüssen zu schützen. Eine dieser Optionen sind kleberbeschichtete Schrumpfschläuche. Dabei reagiert der thermoplas-
tische Schmelzkleber direkt beim Schrumpfprozess und stellt dadurch eine dichte Verbindung zwischen dem Schrumpfschlauch und dem Kabel her. Feuchtigkeit kann nicht eindringen und Kabelenden bzw. Drähte werden vor Korrosion geschützt.

Würth Elektronik bietet eine große Varianz an kundenspezifischen Lösungen an. So sind Wärmeschrumpfschläuche nicht nur in der typischen Farbe schwarz, sondern auch in rot, weiß, blau, gelb, grün, grau und orange erhältlich. Diese farbliche Unterscheidung dient der Erkennung von Drähten für die Farbkodierung. Darüber hinaus ist es möglich, die Schläuche entsprechend zu kennzeichnen: Durch Bedruckung lassen sich Firmenlogo, Markenname, Barcode oder fortlaufende Seriennummern aufbringen – sowohl auf schwarzem oder farbigem Schrumpfschlauch als auch in verschiedenen Druckfarben. Laser ermöglichen überdies präzise QR-Codes. Je nach Anforderung stehen verschiedene Materialien in unterschiedlichen Dicken und Durchmessern zur Verfügung. Auch hinsichtlich der Einsatztemperaturen sind kundenspezifische Lösungen erhältlich. Neuerdings sind die Abschnittslängen auch nach Kundenvorgabe möglich. Zudem gibt es kundenspezifische Schrumpfschläuche mit Innenkleber und ab einer Schrumpfrate von 3:1.

Helferlein richtig integrieren

Die Peripherie elektronischer Baugruppen stellt einige Anforderungen bei der richtigen Auswahl von Kontakt- und Verbindungselementen, insbesondere wenn es um Hochstromanwendungen geht. Sie orientiert sich an Parametern wie Kabelart und -querschnitt, Kontaktart oder -zahl. Schließlich spielen auch die Umgebungsbedingungen eine wichtige Rolle, um eine zuverlässig funktionierende Hochstromverbindung sicherzustellen.

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