Die neue Art zu kontaktieren SKEDD – Direktstecktechnik verändert die Anschlusstechnik

Dipl.-Wirt.-Ing. Pia Horstmann, Produktmarketing Leiterplatten-Anschlusstechnik, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

Bild 1: Die neuen Steckverbinder mit SKEDD-Direktstecktechnik von Phoenix Contact können direkt und werkzeuglos in durchkontaktierte Bohrlöcher auf der Leiterplatte gesteckt werden

Einpresstechnik, Wellenlöten, THR- und SMD-Löten – diese Prozesse sind in der Leiterplattenbestückung etabliert. Die neue SKEDD-Direktstecktechnik kommt ohne diese Prozesse aus - und bringt frischen Wind in die Leiterplatten-Anschlusstechnik.

Leiterplatten sind das zentrale Nervensystem moderner Geräte, deren Leistungsfähigkeit in den letzten Jahren durch den technischen Fortschritt stetig zugenommen hat. Im Gegenzug werden die Geräte- und Leiterplattenabmessungen immer kleiner. Somit stehen die Hersteller vor der Herausforderung, möglichst viel Geräte-Funktionalität auf wenig Bauraum unterzubringen. Gleichzeitig wächst in der Produktion der Anspruch an flexible und effiziente Prozesse. Mit Blick auf optimierte Fertigungsverfahren und damit auf die konkurrenzfähige industrielle Produktion gerät eine etablierte Bauteilgruppe nun stärker in den Fokus: der Leiterplatten-Anschluss.

Zuverlässig - aber irreversibel

Um Signale, Daten und Leistung sicher zwischen Gerät und Feldebene zu übertragen, kommen Leiterplattenklemmen oder Leiterplatten-Steckverbinder zum Einsatz. Sowohl Klemmen als auch Grundgehäuse werden in automatisierten Lötprozessen oder über Einpressautomaten nahezu irreversibel mit der Leiterplatte verbunden. Direkt steck- und lösbare Verbindungen waren bisher nur an den Leiterplattenrändern mit so genannten Edge-Steckverbindern möglich, die auf Löt-Pads gesteckt werden. Diese Art der Direkt-stecktechnik findet sowohl in industriellen Applikationen als auch in weißer Ware oder Heizungstechnik Anwendung.

Bild 2: Die Produktfamilie SDC 2,5 verbindet die SKEDD-Direktstecktechnik mit dem komfortablen Push-in-Federanschluss

SKEDD kombiniert Vorteile

Die neuen Steckverbinder SDC 2,5 von Phoenix Contact kombinieren die Vorteile der etablierten Montagetechniken. Die SKEDD-Direktstecktechnik ermöglicht erstmals direkt steck- und lösbare Verbindungen an beliebiger Position auf der Leiterplatte (Bild 2). Diese Steckverbinder benötigen keine Grundgehäuse und können von Hand in durchkontaktierte Bohrlöcher auf der Leiterplatte gesteckt werden.

Die Geometrie der SKEDD-Kontakte ist eine Weiterentwicklung der Kontakte für die Einpresstechnik. Die Kontaktzone besteht aus zwei federnden und leicht nach außen gebogenen Kontaktschenkeln, die sich durch diese Kontur optimal an die Bohrlöcher anpassen können. Beim Einstecken des Kontaktes in die Bohrung werden die Kontaktschenkel zusammengedrückt. Die daraus resultierende Kontaktkraft zwischen Kontaktschenkel und Innenseite des Bohrloches sorgt dann für eine sichere mechanische und elektrische Verbindung (Bild 3).

Bild 3: Durchgängig digital beschrieben: Alle relevanten Design-in-Informationen der Direktsteckverbidner sind digital verfügbar

An die Leiterplatte werden hierbei keine speziellen Anforderungen gestellt. Die Einhaltung der Vorgaben aus der Einpresstechnik ist ausreichend, und verzinnte durchkontaktierte Bohrlöcher sind bei der Leiterplatten-Herstellung für viele Anwendungen bereits Standard - wie etwa für den THR-Lötprozess.

Seitliche Spreizniete am Steckverbinder stellen eine zusätzliche mechanische Verbindung her. Die Verriegelung der Spreizniete ist für Leiterplatten mit einer Stärke von 1,6 mm - ein Standardmaß in der Leiterplatten-Fertigung - ausgelegt. Zum Lösen wird nur die seitliche Verriegelung wieder geöffnet und der Direktsteckverbinder von der Leiterplatte abgezogen. Bis zu 25 Steckzyklen sind möglich, ohne dass sich die Qualität der Steckverbindung merklich verschlechtert.

Direktstecktechnik mit neuem Komfort

Die neuen Steckverbinder sind im Raster 5,0 mm in den Polzahlen 1 bis 16 verfügbar, ausgelegt sind sie für Spannungen bis 320 V und Ströme bis 12 A. Der Leiteranschluss erfolgt über den gängigen Push-in-Federanschluss mit Federöffner für Leiter mit einem Querschnitt von 0,2 bis 2,5 mm². Starre und flexible Leiter mit Aderendhülse werden direkt – also ohne Öffnen des Klemmraums - kontaktiert. Zum Lösen des Leiters kann der farblich abgesetzte Federöffner mit einem Schraubendreher betätigt werden. Auch eine Spannungsprüfung über einen integrierten Tipp-Abgriff ist jederzeit möglich.

Die Steckverbinder vom Typ SDC 2,5 können an jeder beliebigen Stelle auf die Leiterplatte gesteckt werden, an der die Positionierung von durchkontaktierten Bohrlöchern möglich ist. Dadurch steigt die Flexibilität beim Leiterplatten-Design, denn die bereits am Markt verfügbaren Steckverbinder mit Direktstecktechnik erlauben nur eine Kontaktierung am Rand der Leiterplatte.

Ein weiterer Vorteil dieser Steckverbinder ist, dass sie von Hand – also ohne Werkzeug – gesteckt und gezogen werden können. Dies ist zum Beispiel bei Komponenten mit Einpresstechnik nicht möglich. Dort sind spezielle Einpressstempel notwendig, um eine Kontaktierung mit der Leiterplatte herzustellen. Ein Auspressen der Komponenten ist zwar möglich, jedoch ebenfalls nicht ohne Spezial-Werkzeug.

Prozess- und Bauteilkosten einsparen

Darüber hinaus wird die Leiterplatte bei der SKEDD-Direktstecktechnik nicht zusätzlich thermisch belastet. Aktuell werden viele Leiterplatten im ersten Schritt im SMD-Prozess verarbeitet, und im zweiten Schritt werden Printklemmen oder Grundgehäuse im Wellenlötprozess aufgelötet. Mit der SKEDD-Direktstecktechnik kann dieser zweite Lötprozess entfallen, wodurch Prozess- und Bauteilkosten eingespart werden. Neben dem Lötprozess erübrigen sich auch die komplette Logistik und Disposition für die Grundgehäuse. Im SMD-Lötprozess werden zusätzlich die Rüstkosten und der Feeder-Platz eingespart. Dementsprechend spart der Verzicht auf die Grundgehäuse in der SMD-Linie viel Platz für weitere Bauteile. So ist im Idealfall die Fertigung zusätzlicher Baugruppen ohne Umrüstung auf einer Anlage möglich.

Durch die neue SKEDD-Direktstecktechnik wird es einfacher, zusätzliche Funktionen auf die Leiterplatte zu bringen. So kann eine Leiterplatte für verschiedene Geräteausführungen genutzt werden. Auf der Leiterplatte müssen jeweils nur die durchkontaktierten Bohrungen für die Steckverbinder vorgesehen werden, und zur Funktionserweiterung wird lediglich bei Bedarf der entsprechende Steckverbinder in die Bohrlöcher kontaktiert. Bisher musste hierfür generell vorab in der Leiterplatten-Fertigung eine Printklemme oder ein Grundgehäuse auf die Leiterplatte gelötet werden - ob die Zusatzfunktion nun benötigt wurde oder nicht. Der Wegfall des Grundgehäuses bewirkt auch eine Miniaturisierung der Baugruppe und eine Reduzierung von Übergangs- bzw. Verbindungs-stellen. Dadurch entfallen Übergangswiderstände und mögliche Fehlerquellen.

Vielseitige Einsatzbereiche

Die Einsatzbereiche für die Steckverbinder mit SKEDD-Direktstecktechnik sind vielseitig. Für den Leiteranschluss sind sie eine gute Wahl - sowohl für klassische Industrieanwendungen im Bereich der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik als auch für die Bereiche Gebäudeautomation, Heizungen und weiße Ware. Mögliche Anwendungen sind etwa Steuerungen für Heizungs- und Klimaanlagen, Haushaltsgroßgeräte sowie Rauch- und Feuermelder. Eine weitere Verwendungs-möglichkeit sind Applikationen, bei denen auf der Vorderseite der Leiterplatte verschiedene Bauteile bestückt und verlötet werden und der Steckverbinder auf der Rückseite der Leiterplatte kontaktiert wird. Wird ein Stecker mit SKEDD-Direktstecktechnik eingesetzt, kann auf das rückseitige Bestücken und Löten der Grundgehäuse verzichtet werden, und die erneute thermische Belastung der Leiterplatte entfällt.

Fazit – Antwort auf neue Marktanforderungen

Als Antwort auf neue Anforderungen bei der Leiterplatten-Anschlusstechnik bringt Phoenix Contact die Steckverbinder vom Typ SDC 2,5 mit SKEDD-Direktstecktechnik auf den Markt. Die Vorteile dieser Komponenten treten deutlich hervor: Was bisher nur für den Leiteranschluss galt, ist jetzt auch für den Stecker an sich möglich. Die speziellen Direktsteck-Kontakte können werkzeuglos in durchkontaktierte Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt werden. Die seitlichen Spreizniete sorgen für eine vibrations-sichere und langzeitstabile Verbindung zwischen Steckverbinder und Leiterplatte. Damit bieten die Komponenten mit SKEDD-Direktstecktechnik vielseitige Einsatzmöglichkeiten.

Mehr Informationen

www.phoenixcontact.de