STECKVERBINDER, DIE WAS WEGSTECKEN
Frank Nicolaizik
🎯 Spezialist für 𝐋𝐞𝐢𝐭𝐞𝐫𝐩𝐥𝐚𝐭𝐭𝐞𝐧-𝐒𝐭𝐞𝐜𝐤𝐯𝐞𝐫𝐛𝐢𝐧𝐝𝐞𝐫 in anspruchsvollen Anwendungen der Industrieelektronik
WIE BOARD-TO-BOARD-STECKVERBINDER ROBUSTHEIT ERLANGEN (TEIL 1)
EINLEITUNG
Ob in der Luft- und Raumfahrt, in der industriellen Automation, im Transport- oder im Gesundheitswesen: Steckverbinder müssen stets eine zuverlässige Signalübertragung gewährleisten und dürfen dabei unter keinen Umständen ausfallen. Gleichzeitig sind sie dabei einer Reihe von Belastungen durch ihre Umgebung ausgesetzt: Mechanische Einwirkungen wie Schock, Vibration und Schwingungen gefährden die Stabilität der Datenübertragung ebenso wie thermische und chemische Umwelteinflüsse durch Extremtemperaturen, starke Temperaturschwankungen, Schadgase, Feuchtigkeit und Schmutz. Hersteller qualitativ hochwertiger Steckverbinder ziehen daher ein ganzes Register an Möglichkeiten, um ihre Stecker gegen diese Belastungen zu wappnen.
ROBUSTHEIT TROTZ MINIATURISIERUNG
Die moderne Elektrotechnik unterliegt einem Trend mehr denn je: der Miniaturisierung. Baugruppen und ihre Komponenten müssen dabei nicht nur immer leistungsfähiger, sondern auch immer kleiner werden. Dennoch kommen sie häufig unter rauen Realbedingungen zum Einsatz. Bauteile wie auch Steckverbinder werden daher bei gleichbleibender Belastung immer filigraner. Ein wertiger Steckverbinder trotzt diesem Stress jedoch nicht nur ebenso gut wie sein älterer und größerer Bruder, sondern sogar besser. Grund hierfür sind Weiterentwicklungen in der Materialzusammensetzung sowie im Produktdesign, beispielsweise in der Isolierkörpergeometrie (Abb. 1).
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EINFLUSSFAKTOR OBERFLÄCHE
Eine Vielzahl von Faktoren wirkt sich auf die Robustheit eines Steckverbinders aus. Einer davon ist die Kontaktoberfläche. Diese bestimmt maßgeblich die Lebensdauer des Steckers, die in der Regel in Steckzyklen gemessen wird. Beim Feldeinsatz ist der Steckverbinder gewissen Mikrobewegungen ausgesetzt. Diese führen zu Oberflächenabrieb und infolgedessen zu Oxidbildung (Abb. 2).
Die Konsequenz ist ein erhöhter Übergangswiderstand und damit eine schlechtere Qualität in der Signalübertragung. Daher gilt es, mithilfe einer qualitativ hochwertigen und haltbaren Kontaktbeschichtung den Oberflächenabrieb beim Steckvorgang sowie im Betrieb auf ein Minimum zu reduzieren. Dafür müssen sowohl Messer- als auch Federkontakt eine entsprechend glatte Oberfläche aufweisen. Trotz steigender Preise benutzt man Gold aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden Leitfähigkeit noch heute gerne für Oberflächenbeschichtungen. Da reines Gold weich ist, wird es mit einem Anteil von 0,2 bis 0,3 Prozent Kobalt oder Nickel legiert und so Hartgold gewonnen. Wer jedoch eine preisstabilere Alternative zu diesem Schichtaufbau sucht, kann beispielsweise auf eine Legierung aus Nickel und Phosphor mit Goldflash zurückgreifen. In ganz bestimmten Anteilen kombiniert zeigen diese beiden Werkstoffe die positiven Eigenschaften, die auch Gold mit sich bringt: hohe Korrosionsbeständigkeit, ausgeprägte Verschleißfestigkeit und hervorragende Leitfähigkeit. Um Diffusionen zwischen Kontaktmaterial und Oberflächenbeschichtung zu verhindern, wird oftmals eine sogenannte Nickel-Sperrschicht eingesetzt. Mithilfe dieser Barriere können Korrosionen vermieden werden.
Fortsetzung folgt ...