Meilensteine der Elektronik Die chaotische Evolution der Steckverbinder

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Nach einem kurzen geschichtlichen Rückblick wird in diesem Artikel die Entwicklung der Steckverbindertechnik anhand einiger Beispiele aus den letzten fünfzig Jahren beschrieben.

Steckverbinder gibt es fast so lange, wie Elektrizität kommerziell und industriell angewendet wird. Die Verbindungstechnik wurde im Rahmen der damals verfügbaren Technik jeweils spezifisch für bestimmte Anwendungsbereiche entwickelt. Im Markt erfolgreiche Steckverbinder haben im Laufe der Jahre viele Varianten und Weiterentwicklungen erfahren. Beispiele sind: Klinken-Steckverbinder, D-Sub, DIN 41612, (runde) DIN-Steckverbinder, RJ45, USB und einige andere.

Im Laufe der Zeit wechselten gelegentlich die Zuständigkeiten der normgebenden Organisationen (oft in den USA), außerdem wurden gelegentlich Varianten oder Teile der Spezifikationen von unterschiedlichen Organisationen bearbeitet. Bei RJ45 zeigt sich das sehr gut (siehe unten). Das Chaos ist vorprogrammiert.

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In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es eine enorme Nachfrage nach neuen Steckverbinder-Typen durch die Umstellung von paralleler Signalübertragung auf serielle Übertragung. Im seriellen Betrieb werden zwar weniger Kontakte und Leitungen benötigt, die Taktraten müssen aber deutlich höher sein. Das bringt zusätzliche Probleme mit Störstrahlung (aktiv und passiv). Natürlich sollen die Steckverbinder immer kleiner werden, auch um z.B. Gold auf den Kontaktflächen einzusparen. Derzeit müssen Signalverbindungen zusätzlich noch möglichst viel Energie übertragen, um Endgeräte direkt mit Strom zu versorgen. Steckverbinder sind besonders wichtige und teure Bauelemente in elektrischen und elektronischen Geräten und Systemen.

Eine Übersicht der Steckverbinder-Definitionen

Nach DIN EN 61984 wird ein Steckverbinder so definiert: „Ein Steckverbinder ist ein Bauelement, das es gestattet, elektrische Leiter anzuschließen und dazu bestimmt ist, mit einem passenden Gegenstück Verbindung herzustellen und/oder zu trennen“. In amerikanischen Definitionen wird noch hinzugefügt: „without unacceptable signal distortion or power loss“. Üblicherweise werden auch optische Verbindungen (Licht, Infrarot) eingeschlossen. Außerdem gibt es Steckverbinder auch für Flüssigkeiten (Hydraulik) und Gase (Druckluft). In industriellen Anwendungen können Module aller vier Arten in einem Steckverbindergehäuse gleichzeitig untergebracht sein.

Die lösbare Steckverbindung besteht aus zwei zueinander passenden Teilen. Sehr häufig ist ein Teil davon fest an einem Gerät angebracht und der andere Teil an einem Kabel. Steckverbinder, bei denen beide Teile an Kabeln angebracht sind, werden Kupplungen oder Kabelverbinder genannt. Eine andere Variante ist die Verbindung von zwei festen Teilen. Das sind beispielsweise Baugruppen (Einsteckkarten oder Platinen), die in Rückwände (backplanes) von Baugruppenträgern eingesteckt werden oder Baugruppen (Mezzanines, COMs), die auf andere Karten parallel aufgesteckt werden (Sandwich). Je nach Art und Ort der beiden Teile werden verschiedene Begriffe verwendet. Einige davon sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Um eine Steckverbindung herzustellen, müssen zwei geometrisch und elektrisch zusammenpassende Teile verbunden werden.

Ein Stecker oder eine Buchse, oder was?

Stecker sind meist mit Stiften und Buchsen meist mit Kontakten bestückt, wenn nicht anders angegeben. Es wird also auf die geometrische Form der Kontakte Bezug genommen. Es gibt auch Anwendungen, bei denen auf die geometrische Form des Steckverbinderkörpers und -gehäuses Bezug genommen wird. In manchen Anwendungen wird der „feste“ Teil als Buchse (receptacle) und der „nicht-feste“ Teil als Stecker (connector) bezeichnet, unabhängig von Kontakt oder Gehäuseform.

Beim „USB Typ-3“-Steckverbinder enthält die Buchse (receptacle) am Gerät die Stifte (Messerleiste) und der Stecker (connector) am Kabel die Buchsenelemente (Federleiste). Es wird also manchmal auf die Kontaktform, manchmal auf die Bauform des Gehäuses oder auf den Ort des Verbinderteils Bezug genommen.

Bei Leiterplatten unterscheidet man direkte und indirekte Steckverbinder. Bei direkten Steckverbindern sind die Steckkontakte speziell geformte Leiterbahnenden (meist vergoldet). Die Gegenstücke der direkten Steckverbinder sind Federleisten (Buchsenleisten). Bei indirekten Steckverbindern haben beide Teile zusammenpassende Steckverbinderteile, meist mit Plastikumrandung (eventuell gasdicht).

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