Über diese universelle Anforderung hinaus ergeben sich oft besondere Anforderungen an Befestigungen: 

• Platinen müssen gestapelt oder beabstandet werden
• Mehrdrähtige Kabel müssen gebündelt werden und an Ort und Stelle bleiben
• Stromkabel müssen abgeschlossen werden
• Die Installation einer Komponente muss unter Umständen deren Entfernung oder Austausch ermöglichen
• Bei vielen Anwendungen lässt die Miniaturisierung wenig Spielraum

Für jede Herausforderung, die beim Einbau elektronischer Komponenten in eine Baugruppe auftritt, lässt sich eine Hardware-Lösung finden. Wie die folgenden Beispiele zeigen (und es gibt noch viele mehr), kann die Lösung sogar Produktions- und Leistungsvorteile bringen, die über den eigentlichen Wert einer Methode zur Befestigung hinausgehen.

Anwendungsherausforderung

Drähte und Kabel befestigen

Die meisten herkömmlichen Halterungen für Drähte oder Kabel in (Elektronik-)Gehäusen weisen entweder spezifische Probleme im Betrieb auf oder haben andere Nachteile:

• Mit Kunststoffkleber befestigte Sockel können im Laufe der Zeit und bei Temperaturschwankungen versagen und sich lösen.
• Einrastende oder verschraubte Sockel ragen auf der anderen Seite der Installation heraus und beeinträchtigen das Erscheinungsbild und den Abstand.
• Verschraubte Sockel erfordern die Verwendung zusätzlicher Hardware (Schrauben) und mehr Zeit für die Installation.
• Andere Methoden wie z. B. Lanzen in Blechen schaffen zwar Öffnungen für die Befestigung von Kabelbindern, öffnen aber die Tür für EMI/RFI oder die Verunreinigung der Elektronik durch Staub oder Schmutz.

Es wurde eine innovative Hardware-Lösung entwickelt, um diese Probleme zu umgehen:  PEM® TY-D Einpresskabelbinderhalterungen. Diese „Einpresshardware“ wird dauerhaft ohne Klebstoffe oder Schrauben installiert, sodass die Kabelbinderbefestigungen genau an der angegebenen Stelle sicher in Position bleiben.

TY-D-Hardware (in verschiedenen Größen, die den Industriestandards entsprechen) können für Stahl- oder Aluminiumbleche mit einer Dicke von 0,040″/1,02 mm und 0,125″/3,18 mm verwendet werden. Das niedrige Profil der Hardware erweist sich als vorteilhaft bei der Montage, wenn der Platz knapp ist.

Der einfache Installationsprozess wird erreicht, indem die TY-D-Hardware durch ein entsprechend dimensioniertes rechteckiges Montageloch in einem Amboss an jeder gewünschten Stelle eingesetzt wird. Die ausgeübte Druckkraft schließt die Installation ab. Die Außenfläche bleibt bündig und die Binder gleiten leicht durch das „Öse“ der Hardware.

Anwendungsherausforderung

Schrauben auf ein Minimum beschränken

Schrauben werden in der Elektronik- und Computerindustrie routinemäßig eingesetzt, um die Stabilität von Baugruppen zu gewährleisten, aber sie haben ihre eigenen Probleme:

• Schrauben können während des Verbindens oder nach der Installation herausfallen, was empfindliche Schaltkreise beschädigen kann
• Schrauben neigen dazu, sich abzulösen
• Schrauben erhöhen den Umfang der zu lagernden und zu handhabenden Hardware.

Aus diesen Gründen ist eine Hardware wünschenswert, die die Anzahl der Schrauben reduziert, ohne die Integrität einer Baugruppe zu beeinträchtigen. Einer unserer Kunden (Agilent Technologies, Loveland, CO) hat eine Erfolgsgeschichte aus erster Hand dokumentiert, bei der PEM-Einpressabstandshalter als Teil einer neuen Gehäusebauweise eingesetzt wurden.

Agilent gestaltete das Gehäuse neu und verwendete nur eine Schraube (für eine elektrische Erdungsverbindung) anstelle von 40 Schrauben in vergleichbaren gestellmontierten Gehäusen. Die drastisch reduzierte Anzahl von Bauteilen und die „schraubenlose“ Bauweise wurden durch die Einpress-SNAP-TOP® und -KEYHOLE® Abstandshalter aus Edelstahl ermöglicht.

Bei dieser Anwendung befestigen vier SNAP-TOP-Abstandshalter die Stromversorgungsplatine des Geräts an der Bodenabdeckung. Außerdem sichern acht KEYHOLE-Abstandshalter die 17″ x 9″ große Hauptplatine an der Bodenabdeckung und halten die Frontplatte an ihrem Platz. Dutzende von Schrauben wurden somit überflüssig.

SNAP-TOP-Verbindungselemente nutzen eine Federwirkung, um PC-Platinen und Unterbaugruppen sicher zu halten, und ermöglichen gleichzeitig ein schnelles Anbringen und Entfernen durch einfaches Einrasten und Abnehmen. KEYHOLE-Verbindungselemente ermöglichen es, eine Leiterplatte oder ein Paneel schnell an ihren Platz zu schieben oder sie durch seitliches Schieben und Abheben ohne großen Aufwand zu entfernen.

Die Umstellung von Agilent auf Einpressabstandshalter hat die Montage (und Demontage) von Einheiten ohne Werkzeuge beschleunigt und die Hardware auf das gewünschte Minimum reduziert.

Anwendungsherausforderung

Stromkabel terminieren

Das Potenzial für einen „Spannungsabfall“ ist ein typisches (aber unerwünschtes) Ergebnis der meisten Stromkabelanschlüsse in Niederspannungsanlagen. Während selbst ein 10-prozentiger Stromverlust bei einem Stromkabelabschluss vernachlässigbar erscheinen mag, kann dieser Verlust in Systemen, die beispielsweise nur 3,3 Volt Strom führen, verheerend sein. Bei herkömmlichen Anschlussmethoden (wie z. B. Standard-Crimp-Kabelschuhen) müssen die Anwender oft auf größere Kabel zurückgreifen, um den Verlust auszugleichen und die Stromstärke hochzuhalten.

Als Alternative zu größeren Drähten hat Cableco Technologies (Dublin, Kalifornien) den FusionLugT-Stromkabelanschluss entwickelt, der so konzipiert ist, dass er einen Stromwert liefert, welcher der Größe eines Drahtes entspricht. Für einen Kunden von Cableco wurde der FusionLug mit PEM-Einpressmuttern weiter verbessert, um die Menge an loser Hardware zu reduzieren und die endgültige Befestigung schneller und einfacher zu gestalten.

In dieser speziellen Anwendung für ein Datenspeichersystem sind FusionLugs in zwei Kabeln enthalten (die jeweils eine Spannung von 5 Volt bei 60 Ampere führen). Sie werden aus den verseilten Enden von Kabeldrähten hergestellt, wodurch mehrere Kabelanschlüsse möglich sind (mehr als 100 Drähte können in einer Anwendung zusammen angeschlossen werden). FusionLugs sind laut Cableco extrem robust, maschinell bearbeitbar und formbar und können je nach Bedarf angepasst werden (mit Fasen, Schrägschnitten und Biegungen). Zur vollständigen Isolierung des Metalls wird ein „Stiefel“ geformt.

Bei der kundenspezifischen Anwendung werden zwei PEM-Muttern des Typs „S“ aus Stahl (Gewindegröße M4) dauerhaft in jedem FusionLug installiert, indem sie in vorgebohrte 5,4-mm-Löcher eingesetzt und mit einer Standardpresse zusammengepresst werden. Der Kunde benötigt nur eine einzige Schraube für jede Mutter, um den Stromanschluss auf der Leiterplatte zu befestigen.

Cableco hat einen um 25 Prozent geringeren Spannungsabfall für den FusionLug-Anschluss (im Vergleich zu Standard-Crimp-Kabelschuhen) und eine Anschlussleistung, die der Stromstärke des Kabels entspricht, dokumentiert. Die Hardware mit PEM-Gewinde behält die größtmögliche Oberfläche, um die Spannung hochzuhalten.

Diese Anwendung zeigt, dass Hardwarelösungen für die Montage elektronischer Komponenten nicht außergewöhnlich sein müssen. Sie können auch bewährte Bauteile wie PEM-Muttern umfassen, die 1942 als erstes Einpressverbindungselement der Welt eingeführt wurden.

Anwendungsherausforderung

Befestigung von nicht-duktilen Materialien

Rändelverbindungen in verschiedenen Größen und Ausführungen gehören zu den Hardware-Lösungen für die Verbindung von Bauteilen auf Leiterplatten, die Verbindung zweier Leiterplatten sowie einer Leiterplatte auf dem Gehäuse. Diese Verbindungselemente mit oder ohne Gewinde lassen sich dauerhaft in alle Arten von Leiterplatten sowie in Komponenten aus Acryl oder Polycarbonat einbauen.

Ähnlich wie bei Einpressbefestigungselementen für dünne Metallanwendungen können Rändelverbindungselemente für nicht-duktile Materialien die Menge der für die Befestigung erforderlichen Hardware reduzieren.

Eine Rändelverbindung ist ein Befestigungselement mit gerändeltem Schaft, das in ein gestanztes oder gebohrtes Loch gepresst werden kann, um einen starken Befestigungspunkt mit oder ohne Gewinde in nicht-duktilen (nicht-metallischen) Materialien zu schaffen. Speziell geformte axiale Rillen um den Schaft des Befestigungselements „rändeln“ oder schneiden in das Material, wodurch ein fester, drehfester Sitz entsteht.

Zu dieser Kategorie von Hardware für nicht-duktile elektronische Bauteile gehören:

• Rändelmuttern, die ein dauerhaftes Gewinde für die Leiterplattenmontage bieten
• Rändelabstandshalter mit oder ohne Gewinde zum Stapeln oder Abstandshalten von Bauteilen
• Aufgeweitete Abstandshalter für Anwendungen, bei denen die Bauteile hohen Auszugskräften ausgesetzt sind
• Gewindebolzen zur Verwendung entweder als lötbare Befestigungselemente oder als dauerhaft montierte mechanische Befestigungselemente mit Außengewinde
• Einteilige Platinenmontage-Baugruppen zur Leiterplattenmontage, bei denen die Schrauben unverlierbar bleiben, um eine einfache Montage und Demontage von Leiterplatten ohne lose Bauteile zu ermöglichen
• Selbstexpandierende Befestigungselemente mit einem selbstexpandierenden Befestigungsschaft, um einen positiven Kontakt mit plattierten Durchgangslöchern zu gewährleisten.

Anwendungsherausforderung

Anpassung an die Miniaturisierung

„Größe“ ist einer der wichtigsten Konstruktionstrends, der sich auf die Montage von elektronischen Komponenten auswirkt. Da die Bauteile immer kleiner werden, schrumpft der verfügbare Platz und lässt weniger Raum für die Platzierung und Installation von Verbindungselementen. Bleche werden immer dünner, was die Haltekraft gefährden kann, wenn nicht ein Weg gefunden wird, starke Gewinde zu schaffen. Hardware muss daher zunehmend die Anforderungen erfüllen, die sich aus den insgesamt leichteren Konstruktionen ergeben.

Als eine Lösung eignen sich Einpress-MiniaturBefestigungselemente, die auf kleinstem Raum Platz finden und starke, wiederverwendbare Gewinde in Blechen mit einer Dicke von 0,020″/0,79 mm bieten. Wie bei allen Einpressbefestigungselementen sind bei diesen Verbindungen weniger Montagevorgänge erforderlich als bei loser Hardware. Zudem bieten sie mehr Haltekraft als Blechschrauben. (Miniaturverbindungselemente ermöglichen auch engere Randabstände und sind so konzipiert, dass sie alle einschlägigen Industrienormen erfüllen).

Unabhängig vom Typ werden Einpress-Miniaturverbindungselemente installiert, indem der Schaft in ein entsprechend dimensioniertes gestanztes oder gebohrtes Montageloch eingeführt und ausreichend Druckkraft darauf ausgeübt wird, bis der speziell entwickelte Rändelkragen des Verbindungselements vollständig im Blech eingebettet ist. Da sie ein fester Bestandteil einer Baugruppe sind, wird jegliches Risiko durch potenziell lose Hardware ausgeschlossen, selbst wenn Komponenten zu Wartungszwecken ausgebaut werden.

Einpress-Miniaturvbefestigungselemente gelten als besonders zuverlässig

Trotz ihrer geringen Größe und präzisen Fertigung sind Einpress-Miniaturbefestigungselemente aufgrund des Rändelkragens äußerst zuverlässig. Bei der Installation garantiert der eingebettete Rändelring, dass sich das Verbindungselement nicht im Blech dreht. (Selbstsichernde Verbindungselemente verfügen über zusätzliche Haltekraft).

Einpress-Miniaturbefestigungselemente werden in der Regel aus Edelstahl 303 hergestellt und sind für die Verwendung in Aluminium und kaltgewalzten Stahlblechen mit einer Härte von HRB 70 oder weniger vorgesehen. Die Gewindegrößen können von #0-80 bis 1/4-28 und M2 bis M6 reichen. Um die beste Leistung zu erzielen, sollten die Gegenschrauben lang genug sein, damit beim Anziehen mindestens zwei Gewinde durch die Befestigungselemente hindurchragen.

Natürlich sind dies nur einige Beispiele für die vielen Arten und Variationen von Befestigungselementen, die sich ideal für elektronische Komponenten eignen. Andere umfassen unter anderem: 

• Eine komplette Familie von Befestigungselementen für Schalttafeln (bekannt als „Zugangshardware“) mit unverlierbaren Schrauben, um die UL-Anforderungen für den Zugang zu Wartungszwecken zu erfüllen
• Zweiteilige Erdungssysteme (federbelastete Kolbenbaugruppe und Kontaktknopf) für statische und EMI- und RFI-Entladung
• Einzigartige kundenspezifische Hardwarebauweise
• und unzählige weitere Beispiele

Der Umfang und die Vielfalt verfügbarer (oder kundenspezifischer) Hardware für elektronische Komponenten legen nahe, dass es für den Anwender von Vorteil ist, sich bereits in einer frühen Phase des Konstruktionsprozesses an einen erfahrenen Hardwarehersteller zu wenden, um die effektivste Lösung für eine Anwendungsherausforderung zu finden.