Hebelbasierte Reihenklemmen für Platinen

Platinen, die Träger elektronischer Schaltungen, tragen viele Komponenten. Eine Reihenklemme ist eine solche Komponente, die zwei Drähte oder einen Draht und eine Platine in elektrischen oder elektronischen Schaltungen miteinander verbindet. Verschiedene elektrische, mechanische und andere Faktoren bestimmen die Auswahlkriterien für Reihenklemmen.

Das EDV-Ökosystem treibt die Verwendung von Reihenklemmen an

Da immer mehr Unternehmen, auch solche, die früher traditionelle Fertigungsstraßen betrieben, datengesteuert werden, wächst das industrielle IoT (IIoT), um diesem Wandel Rechnung zu tragen. Es wird erwartet, dass die Zahl der IoT-Geräte bis 2030 weltweit 40 Milliarden erreichen wird.

Neben dem Aufkommen des Internet der Dinge (IoT) führen die folgenden Trends zu einer steigenden Nachfrage nach einer Vielzahl von elektrischen und elektronischen Komponenten:

• Industrie 4.0 und 5.0: IIoT und Roboter sind Eckpfeiler der modernen Fertigung. Beide erfordern eine Vielzahl von Sensoren und elektronischen Komponenten, um Maschinendaten zu lesen und Informationen zur Verarbeitung weiterzuleiten. Das Wachstum der industriellen Automatisierung steigert die Nachfrage nach elektronischen Schaltungen und dementsprechend auch nach Reihenklemmen.
• KI und Edge-Computing: Bei IIoT-Vorgängen wurden Daten zur Verarbeitung an die Cloud weitergeleitet, aber das hat sich mit dem Bedarf an Echtzeit-Entscheidungen in Sekundenbruchteilen geändert. Der Einsatz von KI am Rande des Netzwerks hat die Nachfrage nach Hochleistungsrechnern erhöht, was wiederum anspruchsvolle und komplexe Schaltkreise erfordert.
• Dekarbonisierung und Elektrifizierung der Wirtschaft: Mit der zunehmenden Dekarbonisierung werden immer mehr elektrische Schaltkreise durch eine Vielzahl von Anwendungen in Betrieb genommen werden, darunter Elektro- und Hybridfahrzeuge und elektrische Stromnetze.

In diesem breiteren Kontext des Wachstums elektrischer und elektronischer Schaltungen werden auch Reihenklemmen eine wachsende Nachfrage verzeichnen. Der Weltmarkt für Reihenklemmen wird bis 2027 voraussichtlich 5,2 Mrd. USD erreichen, mit einem CAGR von 5,7 %.

Anschlussmechanismen für Reihenklemmen

Reihenklemmen können in verschiedene Kategorien eingeteilt werden, und eines ihrer Unterscheidungsmerkmale ist der Mechanismus, mit dem die Verbindungen hergestellt werden. Eine Schraubklemme verwendet eine Schraube, um einen Draht zu fixieren. Bei einem Druckknopfmechanismus wird ein Knopf gedrückt, ein Draht eingeführt und der Knopf wieder losgelassen, so dass der Draht eingeklemmt wird.

Bei einer Steckklemme (Push-in-Klemme) drückt der Benutzer den Draht einfach hinein, und eine Federklemme verriegelt ihn an seinem Platz. So funktionieren die hebelbasierten Reihenklemmen der Serie 2601 von WAGO mit der von WAGO patentierten Steckanschlusstechnik „CAGE CLAMP®“. Um die Verbindung herzustellen, drückt der Benutzer den Draht in die richtige Position. Um den Draht zu befreien, kippt der Benutzer den Hebel nach oben, um den Druck auf die Klemme zu verringern (Abbildung 1). Durch die einfache Auf- und Abklappfunktion ist die hebelbasierte Reihenklemme leicht und schnell zu bedienen.

Abbildung 1: Hebel an Reihenklemmen sorgen für schnelle und einfache Verbindungen durch einen einfachen Mechanismus, der Drähte einklemmt und festhält. (Bildquelle: WAGO)

Vorteile von hebelbasierten Verbindungen

Die hebelbasierte Reihenklemme bietet gegenüber anderen Verriegelungsmechanismen eine ganze Reihe von Vorteilen:

• Werkzeugfreier Betrieb: Die Montage erfolgt schneller und effizienter, da kein Schraubendreher zum Anziehen der Drähte benötigt wird. Anwendungen, bei denen die Verdrahtung häufig geändert werden muss, wie z. B. bei Installationen vor Ort oder im Laborprototypenbau, profitieren besonders von der hebelbasierten Reihenklemme.
• Geringere Beanspruchung der Drähte: Die Geräte halten wahrscheinlich länger, weil die Kabel nicht durch Schrauben festgezogen und somit weniger abgenutzt werden. Das Anschließen und Wiederanschließen von Drähten ist einfacher und weniger abnutzend, was die Lebensdauer erhöht.
• Das richtige Maß an Kraft: Bei Schraubmechanismen für Reihenklemmen besteht die Gefahr, dass sie zu fest angezogen werden. Erhöhter Druck durch zu festes Anziehen kann die Drähte schneller beschädigen und die Lebensdauer elektrischer und elektronischer Komponenten verkürzen. Bei Steckklemmen mit Hebellösung muss nicht mehr geschätzt werden, wie viel Kraft erforderlich ist, um die Drähte zu fixieren.
• Stärkere und konsistentere Verbindungen: Auch bei Schraubmechanismen besteht die Gefahr von Wackelkontakten, die zu fehlerhaften Signalen und Datenverlusten führen. Die Verwendung einer Reihenklemme mit Stecktechnik gewährleistet konsistente Verbindungen, die nicht von der Erfahrung des Technikers abhängen. Konsistenz und Vollkontaktverbindungen machen diese Klemmen besonders nützlich in Umgebungen mit hohen Vibrationen wie der industriellen Fertigung und der Luft- und Raumfahrt.
• Flexibilität und Kompatibilität: Bei der Integration in größere elektrische Schaltkreise werden IoT-Sensoren wahrscheinlich eine uneinheitliche Mischung von Drähten ergeben, die alle Verbindungen benötigen, um Daten und Signale weiterzuleiten. Die Verwendung von Steckklemmen mit Hebellösung ist mit verschiedenen Arten von Drähten - massiv oder Litzen - kompatibel.
• Benutzerfreundlich: Der Hebel zur Entriegelung der Anschlussdrähte erleichtert es, den verriegelten oder unverriegelten Zustand der Verbindung zu erkennen. Visuelle und taktile Hinweise erleichtern die Bedienung und verringern die Fehleranfälligkeit beim Aufbau komplizierter Schaltungen.

Auch Inspektion und Wartung sind aufgrund des modularen Aufbaus der einzelnen Blockeinheiten einfacher. Modulare Konstruktionen ermöglichen auch ein schnelleres Auswechseln von Drähten. Die Techniker müssen bei Änderungen nicht ganze Platinen herausreißen und ersetzen, sondern können sich auf die spezifischen Abschnitte konzentrieren, die bearbeitet werden müssen, und Module selektiv ersetzen.

Auswahl der richtigen Reihenklemme

Da die Schaltkreise immer komplexer und anspruchsvoller werden, wird sich die Suche nach der richtigen Reihenklemme für Drähte wahrscheinlich auf Einheiten konzentrieren, die unter extremen Umweltbedingungen funktionieren und in kleinere Formfaktoren gepackt werden können.

Zu den Kriterien, die bei der Auswahl einer Reihenklemme zu berücksichtigen sind, gehören der Strom und die Spannung, denen die Stromkreise standhalten müssen. Konstrukteure lassen in der Regel einen gewissen Spielraum bei den Werten (150 % der erforderlichen Leistung), bevor sie ein Produkt auswählen. Die Anzahl der Pole bestimmt die Anzahl der Stromkreise, die die Reihenklemme aufnehmen kann. Die Spannungs-/Strombegrenzung der Klemme, die Kriechstrecke usw. bestimmen die Teilung der Klemme, d. h. den Abstand zwischen der Mitte eines Pols und dem nächsten (Abbildung 2). Schließlich müssen die Konstrukteure sicherstellen, dass die Reihenklemme die Drähte aufnehmen kann, deren Größe normalerweise in American Wire Gauge (AWG) angegeben wird.

Abbildung 2: Das Klemmenraster, eines der Auswahlkriterien für Schaltungsdesigner, ist der Abstand zwischen der Mitte eines Pols und dem nächsten. (Bildquelle: WAGO)

Die elektrische Performance muss zusammen mit den mechanischen Parametern und anderen Maßstäben berücksichtigt werden, bevor eine Klemme ausgewählt wird. Die Leiterplattenklemmen mit Hebeln der Serie 2601 von WAGO beispielsweise sind kompakt und werkzeuglos und ermöglichen einen schnellen und einfachen Anschluss von Draht der Größen 26 AWG bis 14 AWG. Durch die von WAGO patentierte Steckanschlusstechnik CAGE CLAMP® werden massive und Litzendrähte mit Aderendhülse durch Einschieben in die Klemme angeschlossen.

Die 2601-Serie kann vertikal oder horizontal an die Leiterplatte angeschlossen werden und beansprucht mit einem Pin-Abstand von nur 3,5 mm nur wenig Platz auf der Leiterplatte. Mit der Serie 2601 bietet WAGO weiterhin eine einzigartige Auswahl an hebelbestückten Platinen-Anschlussklemmen für die Geräteanbindung im Feld, unabhängig von der Leistungsklasse. Die werkzeuglose Verdrahtung ist intuitiv und weltweit einsetzbar, und die Hebeltechnik sorgt für einen stets sicheren Kontakt. Die Serie findet Anwendung in Stromversorgungen, Steuerplatinen, Geräteherstellung/Geräteverbindungen, Schnittstellenmodulen, Sensoren, Smart Homes und Steuerplatinen.

Fazit

Reihenklemmen sind entscheidend für die Integrität und Leistungsfähigkeit komplexer elektrischer und elektronischer Schaltungen. Bei der Auswahl müssen die Konstrukteure verschiedene Faktoren berücksichtigen, darunter die Anwendung, Spannungs- und Stromtoleranzen und mechanische Verbindungsmechanismen. Steckklemmen mit Hebellösung sind besonders einfach zu handhaben, da sie schnelle, konsistente und zuverlässige Verbindungen ermöglichen.