Wer kennt das nicht? Nach einem langen Flug steht man endlich frisch geduscht und mit noch nassen Haaren im Bad des Hotelzimmers. In der linken Hand den Föhn, in der rechten einen nagelneuen Reiseadapter, doch in die ungewohnt aussehende Dose neben dem Spiegel passt keiner der Stecker. Diese Episode führt direkt in die Welt der Steckverbindungen und zeigt das größte Problem. Es gibt eine unüberschaubare Anzahl von Produkten für unterschiedlichste Anwendungen. Trotz verschiedener Typen, Einsatzbereiche, Normen und Formen gibt es bei Steckverbindern auch viele Gemeinsamkeiten: Sie bieten Nutzern beispielsweise die Möglichkeit, eine elektrische Verbindung problemlos zu trennen oder wieder herzustellen. Bedingt durch die Konstruktion spielen dabei immer die gleichen Faktoren eine zentrale Rolle: Entscheidend für die Qualität der Verbindung sind das Kontaktmaterial, die Beschaffenheit und Schichtdicke der Kontaktflächen, die Kontaktkraft und daraus resultierend der Übergangswiderstand an der Steckverbindung. Ebenfalls berücksichtigt werden muss die geforderte Steckzyklenzahl.
Umgebungsfaktoren
Vor der Wahl des Kontaktmaterials oder der passenden Ausführung der Steckverbindung muss geklärt werden, welche Steckerverbindung für was und in welchem Umfeld benötigt wird. Ein einfaches Beispiel: Ein Board mit USB-Ausgang soll in ein Gehäuse eingebaut werden. Zwar ist die USB-Schnittstelle standardisiert, aber innerhalb des Standards kann zwischen A- und B-Typen, Mini und Mikro gewählt werden. Im rauen industriellen Umfeld muss zudem die Schutzklasse beachtet werden. Auch USB-Stecker sind, wie Firewire- und andere Schnittstellenverbinder, in IP67 zu haben. Diese Fragen zeigen, wie komplex die Thematik bereits bei einem Steckverbinder ist, dessen Strom- und Spannungsparameter durch die Schnittstelle vorgegeben sind. Geht es um komplexe industrielle Anwendungen mit weltweit unterschiedlichen Normen und Typenbezeichnungen kann die Frage nach dem richtigen Verbindungstyp mitunter schwer zu beantworten sein.
Der richtige Kontakt
Viele der in der Audio-, Video-, Kommunikations- und Datentechnik verwendeten Steckverbinder sind mit Gold oder Palladium beschichtet. Die auftretenden niedrigen Spannungen und Ströme erfordern eine edle und porendichte Oberfläche, die nicht für das Aufwachsen von Deckschichten anfällig ist. Die Oberfläche soll bei einer Bewegung der Kontakte, beispielsweise durch Schwingungsbelastungen beim Einsatz in Motoren, suboptimaler mechanischer Auslegung oder beim Transport nicht zur Reibkorrosion neigen. Bei geringen Schichtdicken ist die Goldschicht oftmals löchrig. Sie schützt den Kontakt schlechter als eine sauber ausgeführte, dickere Schicht aus einem weniger edlen Metall wie Nickel, Chrom, Zinn oder Silber. Die Schichtstärke hat darüber hinaus wesentlichen Einfluss auf den Verschleiß der Steckverbindung und die Anzahl der möglichen Steckzyklen. Die Bandbreite reicht hier von einfachsten Ausführungen mit einer Schichtstärke unter 0,8µm bis zur ultrarobusten Militärausführung mit 3µm. Beim Übergangswiderstand spielt vor allem die Beschaffenheit der Kontaktfläche eine wesentliche Rolle. Flächige Kontakte sind in der Praxis nicht zu finden. Die Kontakte sind in der Regel punktuell oder im besten Fall linienförmig. Entscheidend ist die Kontaktgeometrie: Nur wenn der Grundwerkstoff frei von übermäßigen Stanzgraten oder Rauheiten ist, ist ein verschleißarmes Stecken mit geringen Übergangswiderständen möglich. Durch den Einsatz weicher Materialien lässt sich die Kontaktfläche theoretisch vergrößern. In der Praxis gibt es aber ein Problem: Die weichen Metalle verformen sich und sind nur für wenige Steckzyklen geeignet.
Effizient verbinden
Zu Steckverbindern für die Solarpanels von Photovoltaikanlagen werden bei Distrelec verstärkt Technische Beratungen nachgefragt. Bei dieser Applikation hat der Übergangswiderstand der eingesetzten Steckverbinder einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Effizienz der gesamten Anlage. Ein durchschnittliches Anschlusselement für Solarpanels hat meist einen Übergangswiderstand von rund 2mΩ. In einer 15A-Leitung ergibt sich dadurch eine Verlustleistung von 400mW - und das bei jedem einzelnen Stecker. In einer größeren Anlage summieren sich diese Werte zu einer relevanten Größe. Das gilt vor allem dann, wenn man bedenkt, dass Solaranlagen in der Regel 20 Jahre und länger laufen. Anbieter wie Phoenix Contact haben dies erkannt und Anschlusselemente entwickelt, die nur noch einen Übergangswiderstand von 0,3mOhm aufweisen.Wer sich bei der Auswahl des richtigen Steckverbinders nicht sicher ist, sollte sich an einen Anbieter wenden, der neben einem möglichst breiten Angebot unterschiedlicher Steckverbindern auch die dazu passende Beratung bietet. Wer Unterstützung bei der Wahl des richtigen Produkts sucht, sollte schon im Vorfeld alle verfügbaren Informationen über die Anwendung zusammenstellen. Steckverbinder sind bei Distrelec in allen Schutzklassen von IP20 über IP40 bis hin zu IP67 und IP68 verfügbar.
