Kabelkonfektion

Einzellitzen werden von 0,05 mm² bis 16 mm² gecrimpt und von 0,05 mm² bis 25 mm² geschnitten. Zwischen 16 und 25 mm² ist die Leitung also als Zuschnitt erhältlich, das Crimpen deckt diesen Bereich nicht ab.

Wer in AWG konstruiert, muss beachten, dass AWG- und mm²-Reihe nicht deckungsgleich sind. Die Grenzen entsprechen etwa:

• 0,05 mm²: AWG 30 (0,051 mm²), die Untergrenze für feine Signal- und Sensorleitungen
• 16 mm²: zwischen AWG 6 (13,3 mm²) und AWG 5 (16,8 mm²)
• 25 mm²: zwischen AWG 4 (21,2 mm²) und AWG 3 (26,7 mm²)

Ein Crimpkontakt ist nicht für einen einzelnen Querschnitt ausgelegt, sondern für einen Querschnittsbereich, einen Leiteraufbau und einen Isolationsdurchmesser. Eine feindrähtige Litze der Klasse 5 und eine feinstdrähtige der Klasse 6 nach IEC 60228 können deshalb bei gleichem Querschnitt unterschiedliche Kontakte oder Crimpwerkzeuge verlangen. Ob die Verbindung stimmt, zeigen Crimphöhe, Auszugskraft und Schliffbild; Anforderungen und Prüfverfahren beschreibt DIN EN 60352-2.

Wie Leitungen über 16 mm² angeschlossen werden sollen, etwa mit Rohrkabelschuh oder über eine Schraubklemme, klären wir im Projekt mit Ihnen.

Ein FFC-Steckverbinder legt neben dem Rastermaß auch Kontaktseite, Dicke im Steckbereich und Kontaktoberfläche fest – stimmt einer dieser Werte nicht, lässt sich das FFC-Kabel oft trotzdem stecken, kontaktiert aber unsicher oder gar nicht.

• Rastermaß: 0,5 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 2,54 mm – der Ausgangspunkt, aber nur einer von mehreren Werten.
• Kontaktseite: an beiden Enden auf derselben Seite freigelegt (Typ A) oder an einem Ende gewendet (Typ B). Davon hängt ab, ob die Steckverbinder auf beiden Platinen in dieselbe Richtung zeigen können.
• Verstärkungsplatte: eine Versteifung aus PET oder Polyimid im Steckbereich, deren Dicke zur Klemmhöhe des Steckverbinders passen muss.
• Kontaktoberfläche: verzinnt oder vergoldet, passend zum Kontakt des Steckverbinders. Eine Paarung von Gold gegen Zinn gilt als ungünstig, weil sie Reibkorrosion begünstigt.
• Schirm: Eine Abschirmfolie wirkt nur, wenn sie angebunden ist. Geschirmte FFC-Kabel gibt es deshalb mit und ohne Schirmanbindung an einen Leiter.

Maßgeblich ist das Datenblatt des jeweiligen FFC/FPC-Steckverbinders, nicht die Bezeichnung des Kabels. Gestanzte Konturen, Faltungen, Biegeradien, Stromtragfähigkeit, Übertragungsfrequenz und Temperaturbeständigkeit lassen sich darüber hinaus an den Einbauraum anpassen; das Isoliermaterial ist PET.

Ein Flachbandkabel ist die bessere Wahl, wenn die Verbindung robust und schnell anzuschlagen sein soll und Standard-Steckverbinder genügen; das FFC-Kabel gewinnt, wo Bauhöhe, Gewicht und kleine Raster zählen.

Der Unterschied steckt im Aufbau: Das Flachbandkabel besteht aus runden Litzen in einer gemeinsamen Isolation, das FFC-Kabel aus flachen Leitern, die zwischen zwei PET-Folien laminiert sind. Daraus folgen die Auswahlkriterien:

• Anschlagtechnik: Flachbandkabel werden in Schneidklemmtechnik (IDC) angeschlagen – der Kontakt durchtrennt die Isolation, alle Adern werden in einem Arbeitsgang ohne Abisolieren kontaktiert. FFC-Kabel werden in ZIF- oder LIF-Steckverbinder gesteckt oder aufgelötet
  Beispiel: Micro-MaTch (TE Connectivity), Pfostenverbinder
• Raster: Flachbandkabel liegen meist bei 1,27 mm Aderabstand, Pfostenverbinder im 2,54-mm-Raster nehmen sie zweireihig auf. FFC-Kabel reichen bis 0,5 mm hinunter.
• Halt im Steckverbinder: IDC-Steckverbinder mit Verriegelung und Zugentlastung sichern das Kabel mechanisch; ein ZIF-Steckverbinder hält das FFC-Kabel nur über den Klemmdruck seines Verschlusses.
• Bauhöhe und Gewicht: Hier liegt das FFC-Kabel vorn, weil es kaum dicker ist als seine Folien.

Deshalb sitzen Flachbandkabel und Jumper bevorzugt dort, wo Vibration und Montage im Takt zählen, etwa an Klimageräten und in Fahrzeugtüren – FFC-Kabel dort, wo zwischen zwei Platinen wenig Platz ist.

Hotmelt und Umspritzung unterscheiden sich vor allem in Druck und Werkstoff: Beim Hotmelt-Verfahren wird ein Schmelzklebstoff, meist auf Polyamid- oder Polyolefinbasis, mit niedrigem Druck um Kabel und Bauteile gespritzt; bei der Umspritzung wird ein thermoplastischer Kunststoff im klassischen Spritzguss mit hohem Druck verarbeitet.

• Hotmelt schont empfindliche Bauteile, weil Druck und Temperatur niedrig bleiben – deshalb lassen sich auch Platinen, Sensoren und Lötstellen direkt einschließen. Die Aushärtezeit eines Gießharzes entfällt, und Tüllen oder Zugentlastungen entstehen genau dort, wo sie gebraucht werden. Das ersetzt Vergussgehäuse und schützt die Elektronik vor unerwünschtem Zugriff.
• Umspritzung ergibt härtere, abriebfeste Formteile – Knickschutz, Steckergehäuse, Abzweige an Kabelbäumen –, die selbst mechanische Last tragen. Hoher Druck und hohe Schmelztemperatur schließen empfindliche Elektronik im Inneren meist aus.

Die Grenzen des Hotmelt-Vergusses liegen in der geringeren mechanischen Festigkeit, in der niedrigeren Dauergebrauchstemperatur gegenüber technischen Spritzgusswerkstoffen und in der Haftung: Auf PVC- und PUR-Mänteln haftet der Schmelzklebstoff in der Regel gut, auf Silikon oder Fluorpolymeren kaum. Der Mantelwerkstoff sollte deshalb feststehen, bevor das Werkzeug ausgelegt wird, nicht erst danach.

Ausgewählt wird nach drei Merkmalen: Nennstrom, Schutzleiter und zulässige Stifttemperatur. Jede Kombination hat in IEC 60320 ein eigenes Steckgesicht, sodass sich ein ungeeigneter Stecker mechanisch nicht stecken lässt.

Die Nummerierung folgt einem festen Schema: Die ungerade Nummer ist die Buchse an der Leitung, die folgende gerade Nummer der passende Stecker am Gerät. Für Netzleitungen gebräuchlich sind:

• C5/C6: 2,5 A, mit Schutzleiter, bis 70 °C Stifttemperatur – Kleingeräte wie Notebook-Netzteile.
• C7/C8: 2,5 A, ohne Schutzleiter, bis 70 °C – Kleingeräte der Schutzklasse II.
• C13/C14: 10 A, mit Schutzleiter, bis 70 °C – der klassische Kaltgerätestecker für PC, Monitor oder Messgerät.
• C15/C16: 10 A, mit Schutzleiter, bis 120 °C – für heiße Geräte. Eine C15-Buchse passt auch auf einen C14-Stecker, eine C13-Buchse aber nicht auf einen C16.
• C17/C18: 10 A, ohne Schutzleiter, bis 70 °C.
• C19/C20: 16 A, mit Schutzleiter, bis 70 °C – Server, USV und Geräte höherer Leistung.

Zwei Punkte werden bei der Auslegung leicht übersehen: Die Nennstromangabe gilt für den Steckverbinder, nicht für die Leitung – der Leiterquerschnitt der Netzleitung muss eigens dazu passen. Und in Nordamerika lässt UL für C13/C14 bis 15 A und für C19/C20 bis 20 A zu; eine Netzleitung für diesen Markt ist deshalb unter Umständen anders zu dimensionieren als ihr europäisches Gegenstück.

Eine Netzleitung für den Export braucht die Zulassung, die im Zielland für Netzleitungen gilt – ein Stecker in der richtigen Form genügt nicht, und eine in Europa zugelassene Leitung ist nicht ohne Weiteres in Nordamerika oder Asien einsetzbar.

Neben der Steckerform unterscheiden sich die Länder in Details, die in die Spezifikation gehören:

• Eurostecker: nur für Geräte der Schutzklasse II und höchstens 2,5 A.
• Großbritannien: Stecker nach BS 1363 mit eingebauter Sicherung nach BS 1362. Die Sicherung schützt die Leitung, nicht das Gerät, und wird passend zur Leitung gewählt – bevorzugte Werte sind 3 A und 13 A.
• Nordamerika, Asien, Australien: eigene Prüfzeichen für Stecker und Leitung
  Beispiel: UL und CSA für USA und Kanada, CCC für China, PSE für Japan, RCM für Australien
• Hospital Grade: Stecker für Medizingeräte in nordamerikanischen Kliniken, gekennzeichnet mit grünem Punkt und der Aufschrift „Hospital Grade“. Gefordert sind massive Messingkontakte und ein Schutzleiterstift, der sich nicht leicht verbiegen oder lösen lässt; maßgeblich sind UL 817 und UL 498 bzw. CSA C22.2 No. 21.

In der Medizintechnik kommt hinzu, dass die Netzleitung mit dem Gerät geprüft wird – ein späterer Wechsel der Leitung kann eine Nachprüfung auslösen. Die Länderausführungen sollten deshalb vor der Gerätezulassung feststehen, nicht erst beim Export.

Die Spezifikation einer Kabelkonfektion ist eine Zeichnung mit Stückliste, die jede Leitung, jeden Anschlagpunkt und jede Prüfung eindeutig festlegt – was dort fehlt, entscheidet sonst die Fertigung.

• Leitung: Typ oder Norm, Querschnitt, Leiteraufbau, Aderfarben, Mantelwerkstoff, Temperaturbereich.
• Längen: mit Toleranz und Bezugspunkt – gemessen bis zur Steckerkante oder bis zum Leiterende –, dazu die Abisolierlängen.
• Kontaktierung: Hersteller und Teilenummer von Gehäuse und Kontakt, Pinbelegung, Kontaktoberfläche. Gehäuse und Kontakte stammen etwa aus den Wire-to-Board-Steckverbindern.
• Schutz und Führung: Schlauch, Geflecht, Tüllen, Umspritzung oder Hotmelt, Schirmanbindung.
• Kennzeichnung: Etiketten, Aderbeschriftung, Datums- oder Loscode für die Rückverfolgbarkeit.
• Umgebung: Temperatur, Medien wie Öl oder Reinigungsmittel, Vibration, Biegewechsel, Schutzart.
• Zulassungen und Stoffe: UL, VDE oder Länderzulassungen, RoHS- und REACH-Konformität.
• Prüfumfang und Abnahmeklasse: welche Prüfung an jedem Teil, welche je Los.

Eine Lücke, die leicht übersehen wird, ist der Bezugspunkt der Längenangabe. Ob die Länge bis zur Steckerkante oder bis zum Leiterende gemeint ist, macht bei einem Steckverbinder mit langem Gehäuse schnell mehr aus als die Toleranz.

Festgelegt werden sollten mindestens eine elektrische Prüfung jedes Teils und eine Prüfung der Crimpverbindung je Los; welche Grenzwerte gelten, hängt von Anwendung und Abnahmeklasse ab.

• Elektrische Prüfung: Durchgang, Kurzschluss und vertauschte Pinbelegung; bei Netzleitungen und höheren Spannungen zusätzlich Isolationswiderstand und Hochspannungsprüfung zwischen Adern und Schirm.
• Crimpverbindung: Crimphöhe laufend in der Fertigung, Auszugskraft und Schliffbild an Erstmustern und Stichproben. Anforderungen und Prüfverfahren beschreibt DIN EN 60352-2.
• Maß- und Sichtprüfung: Längen, Abisolierung, Rastung der Kontakte im Gehäuse, Kennzeichnung.
• Erstmusterprüfung: dokumentierter Abgleich des ersten Serienteils gegen die Zeichnung, bevor die Serie anläuft.

Die Abnahmekriterien regelt IPC/WHMA-A-620 in drei Klassen: Klasse 1 für allgemeine Elektronik, Klasse 2 für Geräte mit dediziertem Einsatz wie Industrie- und Kommunikationstechnik, Klasse 3 für hohe Zuverlässigkeit, etwa in Luftfahrt, Militär oder lebenserhaltender Medizintechnik. Die Klasse gehört in die Zeichnung – ohne sie bleibt offen, ob ein Grenzbefund noch gut oder schon Ausschuss ist.

Welcher Prüfumfang für Ihre Serie vorgesehen wird, stimmen wir vor dem Serienanlauf anhand Ihrer Zeichnung mit Ihnen ab.