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Steckverbinder in der Elektronik: Stift- und Buchsenleisten als lösbare Verbindung

Elektrische Anforderungen

Die elektrische Belastbarkeit ist ein wichtiger Basisparameter bei der Auswahl von Steckverbindungen. Das schon in den Grundlagen behandelte Kontaktabstandsmaß, auch Raster oder Rastermaß genannt, bestimmt vorrangig den maximalen Strombelastungswert der Verbindung. Im Allgemeinen wird die maximale Strombelastbarkeit größer je größer das Rastermaß, da der Kontaktquerschnitt größer wird. Gängige Werte sind:

  • Raster 0,80mm: 1,0A
  • Raster 1,00mm : 1,0A
  • Raster 1,27mm: 1,0A
  • Raster 2,00mm : 2,0A
  • Raster 2,54mm: 3,0A
  • Raster 3,96 mm: 5,0A
  • Raster 5,08mm: 7,0A

Sollten höhere Ströme gefordert sein, kann das Basismaterial entsprechend der Spezifikation angepasst werden.In den meisten Fällen reichen die im Standard angebotenen Varianten für elektrotechnische Erzeugnisse vollkommen aus.

Eine weitere mögliche Maßnahme die maximale Strombelastbarkeit zu erhöhen ist die Parallelschaltung zwei oder mehrerer Kontakte. Die Strombelastbarkeit wächst dann proportional an. Beispielsweise konnen so 9A mit der Parallelschaltung von 3 Kontakten erreicht werden, die maximal mit 3A belastbar sind.

Im Folgenden sind einige Bilder gängiger Rastermaße mit Stiftleisten aufgeführt:

0,80mm

1,00mm

1,27mm

2,00mm

2,54mm

3,96mm

5,08mm

Stift- und Buchsenleisten sind in unterschiedlichen Ausführungen verfügbar, um Platinen nebeneinander, im 90° Winkel oder übereinander verbinden zu können. Dabei werden für eine Verbindung

  • Nebeneinander: je eine gewinkelte Stift- und Buchsenleiste
  • Im 90° Winkel: je eine gewinkelte und stehende Stift- oder Buchsenleiste
  • Übereinander: je eine stehende Stift- und Buchsenleiste

verwendet. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist die Verlötung zur Platine. So sind Stift- und Buchsenleisten im Allgemeinen für eine SMD (Surface Mount Device) Verlötung wie auch in THR (Through Hole Reflow) Ausführung erhältlich. Die SMD-Verlötung vereinfacht die Bestückung. Für die klassische THR-Verlötung müssen Löcher gebohrt werden durch die dann die Stifte des Anschlusses gesteckt werden. Letztere Variante wird gerne genommen wenn erhöhte mechanische Kräfte erwartet werden, die auf die Verbindung einwirken können.

Stehende (SMD, links)/gerade Stiftleiste

Liegende (SMD, links)/gewinkelte Stiftleiste

Stehende (SMD, links)/gerade Buchsenleiste

Liegende (SMD, links)/gewinkelte Buchsenleiste

Mechanische Anforderungen

Für den Leiterplattenentwickler steht an erster Stelle die Auswahl des gewünschten Kontaktabstandsmaßes. Dies ist sowohl für die Stiftkontaktleiste als auch für die dazugehörige Federkontaktleiste gültig. Ein weiterer wichtiger Punkt, der beachtet werden sollte, ist der gewünschte Abstand der beiden Leiterplatten zueinander, vielfach auch als „lichtes Leiterplattenabstandsmaß“ bezeichnet. Hier können Stiftleisten als Sandwichausführung zum Einsatz kommen, um evtl. größere und definierte Leiterplattenabstände zu realisieren.

Definition "lichtes Leiterplatenabstandsmaß" und Beipiel einer langen Sandwich-Stiftleiste

Ab ca. 18mm Stiftlänge werden für Stiftleisten zwei Isolierkörper empfohlen, um an beiden Stiftenden das Rastermaß genau einhalten zu können. Ansonsten können die Stifte auseinanderlaufen und es entsteht ein Taumelschlag. Darüber hinaus ist mit diesen Sandwichstiftleisten ein genau definierter Abstand der Platinen in einfacher Weise zu realisieren.

Das Stecken von Platinenverbindern

Überdeckung von Stift und Kontakt der Buchsenleiste um mindestens 1,5mm

Mit Stift- und Buchsenleisten wird eine lösbare Verbindung realisiert. Für einen genau definierten Platinenabstand ist die Länge des Stiftkontaktes zu bestimmen. Berücksichtigt werden muss das minimale (die Stifte kontaktieren gerade die Kontakte der Buchse) und das maximale Einsteckmaß (die Stifte schlagen an) des Stiftkontaktes in die Buchsenleiste. Dies ist erforderlich um eine sichere Kontaktierung zu erzielen. Es ist empfehlenswert, dass das minimale Einsteckmaß um mindestens 1,5mm übertroffen wird, d.h. der Stift überdeckt den Kontakt der Buchse um mindestens 1,5mm. So ist eine sichere Kontaktierung gewährleistet.

Die gesamte Länge der Stiftleiste besteht aus dem vorgenannten Einsteckmaß, der Stapelhöhe, also der äußere Abstand der Isolierkörper und dem Einlötmaß (siehe Bild unten für THR Variante).

Die Berechnung der erforderlichen Stiftlänge der Stiftleiste ist somit abhängig von:

  • Dem Abstand der Platinen
  • Die Höhe der verwendeten Buchsenleiste
  • Die Position des Kontaktpunktes woraus sich die Einstecktiefe und das Steckmaß ergibt
  • Das Einlötmaß

Im Bild unten links ein Beispiel für eine Berechnung der Länge der Stiftleiste bei einem Platinenabstand von 20mm. Mit einem angenommenen Höhe der Buchsenleiste definiert sich die Stapelhöhe, also der äußere Abstand der Isolierkörper auf 15mm. Hinzukommt die Einstecktiefe bis zum Kontaktpunkt der Buchsenleiste (aus dem Datenblatt zu entnehmen) zzgl. die mindestens 1,5mm Überdeckung. Zuletzt addiert sich das Einlötmaß welches sich aus der Stärke der Platine und Lötparametern ergibt.

Die Maße einer Stiftleiste

Beispiel einer lösbaren Verbindung zwischen zwei Platinen

Zusammenfassend ist für das richtige Zusammenspiel der Stift- und Buchsenleiste (Federkontaktleiste) Folgendes zwischen beiden Komponenten abzugleichen:

  • Die Übereinstimmung des Kontaktabstandes (Rastermaß)
  • Die Querschnittsgröße und Querschnittsform der Stiftkontakte müssen zur Buchsenleiste und deren Federkontakte passen
  • Die Strombelastung
  • Die Steckhäufigkeit und die damit verbundene Veredelung
  • Die Geometrie und der gewünschte Abstand der zu verbindenden Platinen zueinander

Auf die Ausführung kann darüber hinaus das Umfeld des Einsatzortes, der Platzbedarf und evenuelle Sicherheitsanforderungen entscheidend sein. Für eine genaue Projektierung sind diese Informationen wichtig und sollten nach Möglichkeit bereits vor der Angebotsphase abgestimmt werden, um passenden Produkte auswählen zu können.

Zu: Das Löten von Stift- und Buchsenleisten

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