Miniaturisierung bei Printklemmen und Steckverbindern

Bedienbarkeit muss bleiben

Elektronische Baugruppen werden immer kompakter – und die Größe der Leiterplatten schrumpft. Die Zulieferer von elektronischen und elektromechannischen Leiterplatten-Komponenten müssen ihre Produkte dieser Entwicklung anpassen – auf Funktionalität möchte dabei niemand verzichten.
Um die Bedürfnisse der Geräte-Hersteller zu erfüllen, reicht es nicht, bestehende Produkte maßstabsgetreu zu verkleinern. Stattdessen müssen sämtliche Anforderungen aufgenommen werden und in die Produkte einfließen. Wichtigster Aspekt in den Lastenheften der Anschlusstechnik ist die Baugröße der Komponenten. Gleich dahinter folgen die Anschlussart und das Montage-Verfahren auf der Leiterplatte. Automatisch bestückbare und Hochtemperatur-beständige Klemmen sind heute ein Muss. Nur so lassen sich die Kosten für den Montageprozess einer Leiterplatte optimieren.

Schnell soll es gehen

Bei der Frage nach der besten Anschlussart zeichnet sich ein deutlicher Trend ab: Der Leiteranschluss muss so schnell wie möglich erfolgen. Da Montagezeit immer auch ein Kostenfaktor ist, wird der Federanschluss mit Direktstecktechnik bevorzugt eingesetzt. Mit dieser Technik werden die Installationszeiten so gering wie möglich gehalten. Das Prinzip ist einfach: Leiter abisolieren und in den Kabeleinführtrichter der Klemme stecken – schon ist der Leiter angeschlossen. Eine weitere schnelle und kostengünstige Alternative, um Leiter anzuschließen, ist die Schneidklemmtechnik. Praxistests haben gezeigt, dass diese Anschlussart – im Vergleich zur Schraubtechnik – bis zu 60% Zeit beim Leiteranschluss spart. Der Hauptvorteil für den Anwender liegt darin, dass der Leiter nicht mehr abisoliert werden muss. Die Schneiden durchtrennen die Isolierung, wodurch ein gasdichter Kontakt zum metallischen Kern des Leiters hergestellt wird. Ein Nachteil der Schneidklemmtechnik war bisher, dass zum Leiteranschluss häufig ein Auflege-Werkzeug benötigt wurde. Allerdings gibt es inzwischen Schneidklemmen, die einen Leiteranschluss ganz ohne Werkzeug ermöglichen. Durch das einfache Anschlussprinzip können auch ungeübte Anwender den Leiter intuitiv mit der Schneidklemme verbinden. Ein Qualitätsmerkmal bei Schneidklemmen ist die Wiederbeschaltbarkeit. Besonders im Fehlerfall bieten wiederbeschaltbare Schneidklemmen einen großen Vorteil: der Leiter kann erneut angeschlossen werden, etwa beim Austausch der Leiterplatte. Allerdings eignen sich nicht alle Schneiden für die mehrmalige Beschaltung, was am hohen Entwicklungsaufwand für eine ausgereifte Schneide liegt. Bis eine optimale Geometrie gefunden ist, die gute elektrische Eigenschaften mit komfortablen Beschaltungskräften kombiniert, müssen umfangreiche Testreihen durchgeführt werden. Dabei sollte die Geometrie des Schneidkontakts so ausgelegt sein, dass sie sich für eine möglichst große Bandbreite an Leitern eignet.

Am Anfang steht das Design-In

Ein wichtiger Aspekt während der Design-In-Phase von Leiterplatten sind die Gesamtkosten (TCO, Total Cost of Ownership). Dabei werden nicht nur die Einkaufspreise der Komponenten berücksichtigt, sondern alle im Produktionsprozess und Produktlebenszyklus des Gerätes anfallenden Kosten. Bei vielen Standardkomponenten, die für Handbestückung und Wellenlötung vorgesehen sind, lassen sich zwar niedrige Einkaufspreise für die Anschlusstechnik erzielen. Allerdings werden die eingesparten Kosten dabei in den Produktionsprozess verlagert. Daher rechnet es sich meistens, für Reflow- und SMD-lötfähige Komponenten einen höheren Preis zu zahlen, und dann Kostenvorteile im Herstellungsprozess zu erzielen. Besonders bei hohen Stückzahlen ist eine automatische Leiterplattenbestückung zu empfehlen. Welches Verfahren zu den geringsten TCO führt – konventionelles Wellenlöten oder vollautomatisiertes THR- und SMD-Löten – muss von Fall zu Fall entschieden werden. Eines steht jedoch fest: die Nachfrage nach THR- und SMD-lötfähiger Anschlusstechnik steigt stetig.

Sehr kleine Lösung

Um die beschriebenen Anforderungen zu erfüllen, hat Phoenix Contact die neue Printklemmen-Serie PTQ mit Schneidklemmanschluss entwickelt. Sie bietet alle Vorteile der IDC-Schnellanschluss Technik (Insulation Displacement Connection) in einem Produkt. Durch ihre geringe Baugröße eignet sie sich besonders für platzkritische Anwendungen. Mit einer Breite von 3,5mm pro Pol und einer Bauhöhe von 8mm ist sie eine der kleinsten Klemmen überhaupt, die ohne Werkzeug betätigt und wiederbeschaltet werden kann. Dabei ist die IDC-Klemme sowohl für starre als auch für flexible Leiter geeignet. Beim Leiteranschluss spart der Anwender Zeit, da der Leiter nicht abisoliert werden muss. Er wird lediglich in den Kabeleinführtrichter eingesteckt und der Deckel wird geschlossen – schon ist der Leiter angeklemmt. Der Rast-Löse-Mechanismus, der den Leiter sicher in der Schneide hält, lässt sich mehrfach wiederbeschalten. Bei der Entwicklung dieser Schneidklemme wurde ein besonderes Augenmerk darauf gelegt, dass sie sich in Hochtemperatur-Lötprozessen gut verarbeiten lässt. Dabei spielen Materialauswahl und Form der Klemme eine wichtige Rolle. Das Material muss den hohen Temperaturen im Reflow-Ofen standhalten. Außerdem ist das Design der Klemme so ausgelegt, dass der Luftstrom im Ofen die zu verlötenden Metallteile gut erreicht – für eine optimale Verlötung mit der Leiterplatte. Für das Gehäuse der Klemme wird ein LCP(Liquid Crystal Polymer)-Kunststoff verwendet, der keine Feuchtigkeit aufnimmt. Das sonst übliche Konditionieren der Bauteile entfällt. Damit die Klemmen automatisch bestückt werden können, werden sie im Gurt verpackt angeliefert. Die zweipoligen Klemmen werden vom Bestückungsautomaten auf dem Deckel angesaugt und Seite an Seite bestückt. So können beliebig viele gerade Polzahlen aneinander gereiht werden. Dadurch sinkt die Varianz der Klemmen, und der Kunde profitiert gleich dreifach: geringere Lagerhaltung, höhere Flexibilität, Platzersparnis auf dem Feeder.

Fazit

Kleine Baugröße, THR-Lötfähigkeit und Schnellanschlusstechnik – diese Merkmale muss die Anschlusstechnik für platzkritische Anwendungen mitbringen. Denn nur so werden die Anforderungen der Entwickler und Hersteller der Geräte sowie der Nutzer erfüllt. Auch der Faktor Zeit spielt eine wichtige Rolle: bei der Wahl der Anschlusstechnik und bei der Art der Leiterplattenmontage – und folglich auch bei den Gesamtkosten (TCO) eines Geräts. Denn mit der Zeitersparnis fallen die Kosten. Deshalb können Gerätehersteller mit Hilfe der Printklemmen-Serie PTQ ihre Herstellkosten senken.