Aufrechterhaltung der Leistungsintegrität und Flexibilität durch D-Subminiatur-Steckverbinder für 75 A Nennstrom

Die Anforderungen an die Leistung in der Elektronik steigen bei Anwendungen wie Elektrofahrzeugen (EVs) und Industrie- und Telekommunikationssystemen, die alle robuste und zuverlässige Steckverbinder erfordern. Dies gilt insbesondere für die Energieverteilung. Es werden Hochleistungssteckverbinder benötigt, die Flexibilität in Bezug auf die Anzahl der Positionen, Kontaktkonfigurationen und Anschlüsse bieten und gleichzeitig eine hohe Leistungsintegrität gewährleisten.

Der D-Subminiatur-Steckverbinder (D-Sub) ist vielleicht der beliebteste mehrpolige Steckverbinder in der Elektronik und erfüllt viele der Anforderungen von Stromversorgungssystemen. Es ist in verschiedenen Konfigurationen erhältlich und eignet sich für Tausende von Anwendungen. Da die Leistungsanforderungen steigen, muss sich der D-Sub entsprechend weiterentwickeln, wenn die Anforderungen von Kunden erfüllt werden sollen.

Dieser Artikel beschreibt kurz den D-Sub-Anschluss. Anschließend wird eine Hochleistungslösung von Amphenol ICC vorgestellt und gezeigt, wie sie angewendet werden kann.

Wie D-Sub-Steckverbinder ihren Namen erhielten

D-Sub-Steckverbinder sind einfache Steckverbinder, die in verschiedenen Anwendungen in den Bereichen Datenkommunikation, Militär, Verbraucher, Industrie, Instrumentierung und Medizin weit verbreitet sind. Ihr Name leitet sich von der D-Form der Steckerschalen ab (Abbildung 1). Durch diese besondere Form ist er selbstkodierend, was ein falsches Einstecken verhindert und eine sichere Verbindung garantiert.

Abbildung 1: Das D-förmige Gehäuse eines D-Sub-Steckverbinders bietet eine Kodierung, die ein falsches Zusammenstecken verhindert und gleichzeitig eine sichere mechanische und elektrische Verbindung gewährleistet. (Bildquelle: Amphenol ICC)

D-Sub-Steckverbinder sind zweigeschlechtlich: Teile mit Stiftkontakten werden als Stecker, solche mit Buchsenkontakten als Buchsen bezeichnet. Die Abschirmung der Buchse liegt eng an der Abschirmung des Steckers an. Die Außenhüllen sorgen für mechanische Festigkeit und elektrische Kontinuität, was vor elektromagnetischen Störungen (EMI) schützt. Eine Vielzahl von Befestigungsmöglichkeiten sorgt für eine sichere Verbindung.

Schutzhauben für die Zugentlastung von Kabeln sind aus Kunststoff, metallisierten oder metallischen Materialien erhältlich. Metallische und metallisierte Abdeckungen berühren das Schirmgeflecht des abgeschirmten Kabels, um EMI weiter zu reduzieren. Die Hauben bieten gerade oder abgewinkelte Austrittsöffnungen und verfügen über verschiedene Verriegelungsoptionen.

D-Sub-Steckverbinder für hohe Leistungen

Amphenol ICC bietet eine breite Palette von D-Sub-Steckverbindern in Standard- und hochkompakten Formfaktoren an. Um dem steigenden Strombedarf vieler Anwendungen gerecht zu werden, hat das Unternehmen eine Reihe von D-Sub-Steckverbindern für hohe Leistungen mit Kontakten für bis zu 75 Ampere (A) eingeführt. Die Steckverbinder dieser Serie haben Kontaktlayouts mit zwei, drei, fünf oder acht Kontakten (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die Kontaktlayouts für die D-Sub-Hochleistungssteckverbinder von Amphenol bieten zwei, drei, fünf oder acht Kontakte. (Bildquelle: Amphenol ICC)

Die in Abbildung 2 mit einem W gekennzeichneten Layouts, wie z. B. 5W5, zeigen an, dass die Leistungskontakte alle in der gleichen Ebene im Steckverbinderkörper liegen. Die mit einem V gekennzeichneten Kontakte zeigen an, dass einer der Kontakte bei Buchsen in den Steckerkörper versenkt ist und bei Steckern über den Körper hinausragt. Ein Kontakt wird vor den anderen verbunden, so dass Masse oder eine andere Quelle geschaltet werden kann, bevor die anderen Stifte Kontakt herstellen. Die Kontakte in den W-Layouts werden alle gleichzeitig verbunden, wenn die Steckverbinder zusammengesteckt werden.

Die Gehäusegrößen des D-Sub-Steckers sind A, B, C, D und E. Dies sind historische Bezeichnungen, die auf den ursprünglichen Pin-Layouts der D-Stecker basieren. Die A-Schale hat 15 Standardstifte, B hat 25, C hat 37, D hat 50 und E hat 9. Die D-Sub-Hochleistungssteckverbinder verwenden größere Stifte und weisen proportional weniger Stifte in einer bestimmten Gehäusegröße auf.

Die D-Sub-Hochleistungssteckverbinder von Amphenol liefern ihre 75 A pro Kontakt bei einer maximalen Spannung von 300 Volt. Die gepaarten Kontakte haben einen Serienwiderstand von weniger als 7,3 Milliohm (mΩ). Der Widerstand entspricht einem Spannungsabfall von weniger als 0,55 Volt über den Kontakten bei 75 A. Die aktuelle Bewertung basiert auf UL 1977, „Component Connectors for Use in Data, Signal, Control, and Power Applications“. Die Prüfung selbst basiert auf der Temperatur des Steckverbinders bei Nennlast: „Die an den Prüfpunkten gemessene Temperatur einer Komponente darf den relativen Wärmeindex (+130°C) des Isoliermaterials nicht überschreiten“, wenn das Gerät mit seinem maximalen Nennstrom von 75 A belastet wird.

Der relative Wärmeindex (RTI) ist die maximale Betriebstemperatur, bei der die kritischen Eigenschaften eines Materials über einen längeren Zeitraum innerhalb akzeptabler Grenzen bleiben. Ein typischer 8W8-Steckverbinder mit acht Kontakten weist einen Temperaturanstieg von 75 °C bei einem Strom von 75 A auf (Abbildung 3).

Abbildung 3: Abgebildet ist der gemessene Temperaturanstieg eines 8W8-Hochleistungssteckers bei 75 A. (Bildquelle: Amphenol ICC)

Die Steckverbinder sind für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -55°C bis +125°C ausgelegt. Bei der Angabe des Maximalstroms wird davon ausgegangen, dass der Steckverbinder Raumtemperatur hat, und die Leistung wird auf der Grundlage seiner tatsächlichen Temperatur gemindert (Abbildung 4).

Abbildung 4: Die Abbildung zeigt ein Beispiel für eine typische temperatur-basierte Leistungsminderungskurve für einen 8W8-Steckverbinder mit gelöteten Kontakten. (Bildquelle: Amphenol ICC)

Die Kontakte der D-Sub-Hochleistungssteckverbinder von Amphenol ICC sind in Lötkelch-, Crimp- und rechtwinkligen Versionen erhältlich, um die Anforderungen der Leiterplatten-, Schalttafel- und Kabelmontage zu erfüllen.

Typische Konfigurationen von Hochleistungssteckverbindern

Der DA3W3PA009KLF von Amphenol ICC ist ein dreipoliger Stecker, der in einer A-Schale montiert ist. Er nimmt Steckkontakte wie den 8638PPC7506LF auf, einen gedrehten Kontaktstift mit einer Crimpverbindung. Diese Art der Verbindung wird in einem kabelgebundenen Steckverbinder verwendet. Ein alternativer Kontakt ist der 8638PPS7506LF, ein gedrehter Stecker mit einem Lötkelch als Abschluss.

Eine weitere Version des 3W3-Typs ist der DA3W3SA009KLF. Er nimmt einen Buchsenkontakt wie den gedrehten 8638PSC7506LF mit Crimpanschluss auf. Es sind verschiedene Stecker- und Buchsenkontakte mit Crimp- und Lötkelchanschlüssen erhältlich.

Der DBV5W5P500H9KLF von Amphenol ICC ist ein Beispiel für einen rechtwinkligen Steckverbinder, der für die Montage auf Leiterplatten vorgesehen ist. Es handelt sich um einen 5W5-Stecker mit fünf Kontakten, der die Steckkontakte umfasst (Abbildung 5).

Abbildung 5: Der DBV5W5P500H9KLF ist ein 5W5-Stecker mit fünf Kontakten für die Leiterplattenmontage. (Bildquelle: Amphenol ICC)

Die Steckverbinder bieten eine Vielzahl von Zubehör für die Leiterplatten- und Panelmontage, um eine zuverlässige Sicherung der Steckverbinderkörper zu gewährleisten. Das Zubehör für die Vorderseite umfasst Gewindeeinsätze oder Innengewinde mit M3- oder UNC-4-4-Gewinde. Zu den Zubehörteilen für die Platinenmontage gehören Metallhalterungen und Harpunen (Abbildung 6).

Abbildung 6: Zur Befestigung der Steckverbinder auf einer Leiterplatte kann verschiedenes Montagezubehör verwendet werden. (Bildquelle: Amphenol ICC)

Der in Abbildung 5 gezeigte 5W5-Stecker enthält Harpunen für die Montage auf der Leiterplatte und Innengewindeschrauben zur Sicherung des Gegensteckers. Die Gegenbuchse des Winkelsteckers sowie zwei-, drei- und achtpolige Versionen sind ebenfalls erhältlich.

D-Sub-Anwendung für hohe Leistungen

Zu den Anwendungsbeispielen für die leistungsstarke D-Sub-Serie gehört Industrie 4.0, wo sie Industriecomputer mit Strom versorgen kann. Im Gegensatz zu typischen Desktop-Computern sind diese eingebetteten Computer für den Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt. Sie sind Stößen, Vibrationen und starken Temperaturschwankungen ausgesetzt. Die leistungsstarken Steckverbinder bieten zuverlässige Verbindungen mit flexiblen Kontaktkonfigurationen. Ebenso können diese Steckverbinder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andere Maschinenautomatisierungselektronik versorgen.

Fazit

Die D-Sub-Hochleistungssteckverbinder von Amphenol ICC erweitern den Anwendungsbereich des ehrwürdigen D-Steckverbinders um zuverlässige Stromanschlüsse mit einer maximalen Strombelastbarkeit von 75 A auf bis zu acht Leitungen.