Sockel mit niedrigem Kontaktwiderstand bilden das Herzstück von Hochstromsteckern

Anwendungen, die die Übertragung von Hochstrom und Hochspannung über Steckverbinder erfordern, nehmen weiter zu. Zu diesen Anwendungen gehören das Aufladen von Elektrofahrzeugen, Notstrombatterien für das ganze Haus und Batterien, die die intelligente Erzeugung und Speicherung von Strom unterstützen. Sie sind auch im expandierenden Bereich der Rechenzentren zu finden, wo Stromverteilungseinheiten (PDUs), unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs), Router und Stromversorgungseinschübe hohe Stromeingänge bei hoher Spannung verwalten. Fertigungs- und Fabriksysteme, Robotertechnik und Umweltkontrollen erfordern ebenfalls diese speziellen Steckverbinder.

Steckverbinder in diesen Anwendungen müssen Hochstrom- und Hochspannungseingänge auf immer kleinerem Raum ohne unnötige Verluste unterstützen. Eine effiziente Stromübertragung ist auch wichtig, um Spannungsabfälle zu vermeiden, die zu Überhitzung führen, die Geräte beschädigen und Brände auslösen können. Gleichzeitig müssen diese Steckverbinder eine schnelle und automatisierte Montage unterstützen und gleichzeitig fehlersicher sein, um Geräteschäden und Nacharbeit zu vermeiden.

Eine Hochstrom- und Hochspannungstechnologie, die in vielen verschiedenen Arten von Steckverbindern zum Einsatz kommt, ist die COEUR-Sockeltechnologie von Molex, die den Kontaktwiderstand bei Hochstromanwendungen minimiert. Produkte, die auf COEUR-Sockeln basieren, gewährleisten sichere Verbindungen, ermöglichen die Unterbringung von mehr Geräten auf kleinerem Raum und optimieren die Herstellung.

Das Herzstück von Hochstrom- und Hochspannungssteckern

COEUR-Sockel sind kegelförmig, wobei mehrere abgewinkelte Kontaktfinger aus hochleitfähigem Gold kreisförmig angeordnet sind (Abbildung 1). Die Durchmesser reichen von 3,40 mm bis 11,00 mm, und sie sind mit Silberstiften versehen, die für eine Presspassung ausgelegt sind.

Abbildung 1: COEUR-Sockelsteckverbinder bieten einen geringen Kontaktwiderstand für Hochstrom- und Hochspannungsanwendungen mit Goldkontaktfingern, die in einer konischen Form angeordnet sind, die sich nach oben hin erweitert (Bildquelle: Molex)

Die Stifte berühren die Kontaktfinger an den schmalsten Stellen der Kegel, über die hinaus sich die Finger an den Spitzen der Kegel leicht aufweiten. Die abgewinkelte Form stellt sicher, dass jeder Kontaktfinger eine elliptische Kontaktfläche und nicht nur einen Punktkontakt mit dem eingesetzten Stift hat. Die größeren Kontaktflächen führen zu einem geringeren Übergangswiderstand, wodurch Spannungsabfälle und die von den Steckern erzeugte Wärme reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil dieses Designs mit geringem Kontaktwiderstand ist die Möglichkeit, elektronische Komponenten enger zusammenzupacken und so Platz zu sparen. Die COEUR-Sockel sind alle 10,0 mm hoch, eine Höhe, die sich für verschiedene Anschlussszenarien eignet, z. B. Draht-zu-Board, Draht-zu-Einbaubuchse, Board-zu-Board und Platte-zu-Sammelschiene.

Eigenschaften der Hochspannungs- und Hochstrom-Steckverbinder

Verbindungslösungen mit COEUR-Sockeltechnologie sind für hohe Ströme und hohe Spannungen ausgelegt. So kann das Stift- und Sockelsystem Sentrality 75 A bis 350 A bei bis zu 1000 V mit Kontaktwiderständen zwischen 0,20 mΩ und 0,40 mΩ handhaben. Diese Eigenschaften ermöglichen es dem System (Abbildung 2), Leiterplatten effizient miteinander oder mit Stromschienen in den Bereichen Heim-Energiespeicherung, industrielle Automatisierung, Vernetzung und Telekommunikation zu verbinden.

Abbildung 2: Im Stift- und Sockelsystem Sentrality ermöglichen COEUR-Sockel Hochstrom- und Hochspannungsverbindungen mit Leiterplatten und Stromschienen. Das System minimiert die Höhe der Leiterplattenstapel und verbessert die Toleranzstapelung durch eine radiale Selbstausrichtung von ±1,00 mm. (Bildquelle: Molex)

In den Draht-zu-Board-Steckverbindern SW1 ermöglichen COEUR-Sockel mit einem Übergangswiderstand von 0,25 mΩ die sichere Übertragung von 120 A bis 300 A bei 1000 V über Kabelgrößen von 2 bis 4/0 AWG (0,258 in. bis 0,45 in. Durchmesser). Die Steckverbinder mit Polybutylenterephthalat(PBT)-Ummantelung (Abbildung 3) werden häufig in Fabrikhallen, in der Robotik und bei der Energiespeicherung in Privathaushalten eingesetzt.

Abbildung 3: SW1-Verbindungen verwenden COEUR-Sockel, um Hochstrom- und Hochspannungskabel sicher mit Leiterplatten und Stromschienen zu verbinden. Die formschlüssige Verriegelung vermeidet auch das Biegen von Kabeln durch eine 90°-Verbindung. (Bildquelle: Molex)

Die passenden Hochspannungs- und Hochstromsteckverbinder finden

Die COEUR-Sockeltechnologie minimiert den Platzbedarf für die Realisierung von Hochspannungs- und Hochstromverbindungen. Steckverbinder wie das Sentrality-System halten die Stapelhöhe zwischen Leiterplatten oder Stromschienen gering. Während für die eine Leiterplatte die Option der Einpress- oder Oberflächenmontage (SMT) besteht, können die Designer für die andere Leiterplatte eine Einpressmontage für eine Stapelhöhe von 1,50 mm, eine SMT-Montage für eine Stapelhöhe von 1,75 mm oder eine Schraubmontageoption für eine Stapelhöhe von 4,5 mm wählen.

Der Kabel-zu-Board- oder Kabel-zu-Sammelschiene-Anschluss HyperQube (Abbildung 4) hat mit 12,3 mm x 15,5 mm ebenfalls eine kleine Grundfläche. Er nutzt die COEUR-Sockeltechnologie, um 120 A mit 0,20 mΩ Kontaktwiderstand über 6 AWG- bis 2 AWG-Drähte (0,162 Zoll bis 0,258 Zoll Durchmesser) zu bewältigen. Die Abmessungen des HyperQube betragen 19,5 mm x 43,7 mm x 17,7 mm.

Abbildung 4: HyperQube-Steckverbinder sind eine kompakte Lösung für den Anschluss von Hochstromleitungen oder -kabeln an Leiterplatten oder Stromschienen. Eine abnehmbare Schraubbefestigung, mechanisch kodierte Fixierstifte und eine Farbcodierung vereinfachen die HyperQube-Installation. (Bildquelle: Molex)

Neben der effizienten Nutzung des Platzes auf der Leiterplatte machen sich Elektronikdesigner auch Gedanken über die Mindestbiegeradien der Kabel. Sie suchen nach Konstruktionen, die eine Verbindung der Kabel ohne Biegen ermöglichen, z. B. mit einer 90°-Konstruktionsmöglichkeit und 360°-Drehung bei der Montage. COEUR-Sockel-HyperQube- und -SW1-Steckverbinder tun dies. UltraWize-Steckverbinder haben ebenfalls eine 90°-Geometrie für die Verbindung von Drähten mit Leiterplatten mit platzsparenden versetzten Fixierstiften (Abbildung 5), die 170 A und 125 V mit 0,4 mΩ Kontaktwiderstand vertragen.

Abbildung 5: UltraWize-Steckverbinder bieten versetzte Positionierungsstifte, um Drähte mit einer Stromstärke von bis zu 170 A bei 125 V effizient an Leiterplatten anzuschließen. Sie sind flammenhemmend nach UL94V-0, halten 125 V_AC stand und haben eine Isolationsfestigkeit von 500 V_DC. (Bildquelle: Molex)

Einige Produkte, wie das Sentrality-System und die blindsteckbaren PowerWize-Interface(BMI)-Verbindungen (Abbildung 6), ermöglichen auch eine radiale Selbstausrichtung, die dazu beitragen kann, Toleranzüberlagerungen zu vermeiden. PowerWize-BMI-Panel-zu-Board- und -Panel-zu-Sammelschiene-Steckverbinder ermöglichen eine radiale Selbstausrichtung von ±2,00 mm zusammen mit eingebauten Führungsschienen für eine grobe Ausrichtung in Anwendungen, die 75 A bis 185 A mit 0,10 mΩ bis 0,25 mΩ Kontaktwiderstand verarbeiten.

Abbildung 6: PowerWize-BMI-Steckverbinder unterstützen das blinde Stecken mit Führungsschienen und ±2,00 mm Selbstausrichtung. Sie können mit Schraub- und Lötfahnenoptionen an Stromschienen und Platinen befestigt werden. (Bildquelle: Molex)

Entwickler elektronischer Hochstrom- und Hochspannungssysteme müssen auch die Montage optimieren. Viele Steckverbinder mit COEUR-Sockeln werden in Form von Bändern oder Spulen oder in Bestückungsschalen für die automatische Montage geliefert. Merkmale wie mechanische Kodierung, Farbcodierung und hörbare Klicks schließen menschliche Fehler bei der Montage aus. Alle mit COEUR-Sockeln gelieferten Steckverbinder sind für mindestens 200 Steckzyklen gemäß EIA-364 ausgelegt.

Gewährleistung der Sicherheit in einer Hochstrom- und Hochspannungsumgebung

Bei Anwendungen, die mit hohen Strömen und hohen Spannungen arbeiten, ist die Sicherheit mindestens ebenso wichtig wie Platzersparnis und effiziente Montage. Berührungssichere Designs, feuerhemmende Eigenschaften, weniger giftige Materialien und weite Betriebstemperaturbereiche sind nur einige der Eigenschaften, mit denen die Komponentenentwickler diese Steckverbinder sicherer gemacht haben.

Viele Steckverbinder, die COEUR-Sockel verwenden, um den effizienten Fluss hoher Ströme zu ermöglichen, sind berührungssicher konstruiert, d. h. die stromführenden Komponenten sind abgedeckt, eingeschlossen oder anderweitig vor direktem menschlichen Kontakt geschützt. Zu den berührungssicheren Steckverbindern gehören die HyperQube-, PowerWize-BMI- und PowerWize-Draht-zu-Board-Crimpverbinder und -Konfektionen (Abbildung 7). PowerWize-Crimpverbinder verwenden eine achtseitige Crimpgeometrie für die sichere Verbindung von Drähten von 10 AWG bis 1/0 AWG (0,120 in. bis 0,525 in. Durchmesser) an Leiterplatten oder Sammelschienen. Ihr schraubbares Design umfasst eine berührungssichere PBT-Verriegelungsleiste und -buchse mit akustischer Rückmeldung.

Abbildung 7: PowerWize-Crimp-Steckverbinderkomponenten verwenden ein 8-seitiges Crimpprofil, um den Kontaktwiderstand in 10 bis 1/0 AWG-Drähten niedrig zu halten, die 120 A bis 175 A bei 300 V bis 600 V bewältigen. Kopfstücke, Steckverbindergehäuse und Konfektionen sind aus berührungssicherem PBT. (Bildquelle: Molex)

PBT wird wegen seiner hervorragenden elektrischen Isolierung häufig in der Elektronik eingesetzt. Es wird in UltraWize-, PowerWize-, HyperQube- und SW1-Anschlüssen verwendet. Diese Steckverbinder sind auch als halogenarm oder halogenfrei eingestuft, so dass die Benutzer im Falle eines Brandes sicher sein können, dass der Rauch der Komponenten weniger giftig ist.

PBT hat auch gute flammhemmende Eigenschaften, selbst ohne den Einsatz von halogenhaltigen Flammschutzmitteln. Alle oben genannten Steckverbinder sind nach UL 94V-0 feuerhemmend, was bedeutet, dass jede Flamme innerhalb von 10 Sekunden nach Entfernen der Zündquelle von selbst erlischt, ohne brennende Tropfen zu erzeugen.

Fazit

Die mehrfach abgewinkelten Kontaktfinger der COEUR-Sockeltechnologie sorgen für einen geringen Kontaktwiderstand und ermöglichen so eine hohe Stromübertragung bei minimalem Spannungsabfall oder Wärmeentwicklung. Mit diesen Eigenschaften bilden die COEUR-Sockel das Herzstück mehrerer Steckertypen, die für die Übertragung von Hochstrom und Hochspannung ausgelegt sind.

Steckverbinder mit COEUR-Sockeln sind auch für eine platzsparende und einfache Montage auf Leiterplatten, Stromschienen, Schalttafeln und Schottwänden ausgelegt. Feuerhemmende und berührungssichere Materialien, eine durchdachte mechanische Steckkodierung und Farbcodierung sowie zahlreiche Montageoptionen machen Steckverbinder mit COEUR-Sockeln zu einer guten Wahl für Anwendungen, die von der Energiespeicherung zu Hause und dem Aufladen von Elektrofahrzeugen bis hin zu Fabrikhallen und Rechenzentren reichen.