Die Anforderungen an Steckverbinder und andere elektromechanische Bauteile in Bezug auf Technik, Funktionalität, Aussehen und Zuverlässigkeit sind durch den Trend der Miniaturisierung permanent gestiegen. Für die Weiterverarbeitbarkeit sind bestimmte Anforderungen wichtig:
Als einer der führenden Lieferanten für die Automobil-, Elektro- und Elektronikindustrie stellt Diehl Metall hochwertige Präzisionsbänder aus Kupfer und Kupferlegierungen für Steckverbinder her. Dem Trend der Miniaturisierung folgend, bietet Diehl Metall spezielle Hochleistungslegierungen wie BB80 Plus, BB95, SB92 oder SB26 für kleinste Steckverbinder an.
Die Hochleistungslegierungen SB01 und SB02 haben noch höhere elektrische und thermische Leitfähigkeiten. Unsere Hochleistungslegierungen entsprechen den gesetzlichen Anforderungen der RoHS. Zusätzlich bietet Diehl Metall einen aktiven Wertstoffrecyclingkreislauf an.
Für Anwendungsbereiche wie der Elektromobilität, wo es auf eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit ankommt, stehen die Legierungen BB01, SB01, SB02 und BB05xi zur Verfügung. Alle Werkstoffkonzepte entsprechen den gesetzlichen Anforderungen der RoHS. Zusätzlich bietet Diehl Metall einen aktiven Wertstoffkreislauf speziell auch für oberflächenbeschichtete Materialien.
Durch neue Kupferwerkstoffe werden bereits in der Konstruktionsphase von Bauteilen Materialeinsparungen von 20 Prozent avisiert. Zusätzlich eröffnen sich neue kostengünstige Wege des Recyclings.
Kupfer-Zinn-Legierungen werden für Stecker und Bauteile in der Elektronik und Elektrotechnik eingesetzt, da sie gute bis sehr gute Federeigenschaften, eine gute elektrische und thermische Belastbarkeit und geringe Spannungsrelaxation sowie eine herausragende Biegbarkeit und Lötbarkeit aufweisen. Üblicherweise wird dieser Legierungsgruppe etwas Phosphor zur Desoxidation zulegiert, deswegen bezeichnet man sie auch als „Phosphorbronzen“. Die Eigenschaften dieser Legierungsgruppe werden vorrangig vom Zinn- und Phosphorgehalt und in zweiter Linie vom Zusatz weiterer Legierungselemente bestimmt.
Durch eine abgestimmte Verarbeitung können sie einem breiten Anwendungsgebiet angepasst werden. Daraus resultiert auch die große Zahl der industriellen Einsatzbereiche, welche von hochwertigen Steckverbindern und Stecksockeln für Elektronikbaugruppen bis zur Anwendung als stromführende Relaisfeder reichen.
Für eine effizientere Werkstoffauswahl in der Familie der Phosphorbronzen wurde in der Vergangenheit in der Regel ein „Downgrading“ vorgenommen. Oder anders ausgedrückt: Es musste eine niedriger legierte Phosphorbronze in ihren technologischen Eigenschaften so
abgestimmt werden, dass die Feder- und Verarbeitungseigenschaften der höher legierten Ursprungsvariante entsprachen. Allerdings gab es Grenzen, die beachtet werden mussten: Zinn- und Phosphorgehalt beeinflussen maßgeblich das Verfestigungsverhalten und die
Duktilität der Phosphorbronzen. Als mittelbare Folgeerscheinung ergibt sich, dass die erreichbare Biegbarkeit deutlich vom Zinngehalt abhängt. Die Abbildung zeigt den positiven Einfluss steigender Zinngehalte auf das Biegbarkeitsverhalten bei konstant gehaltenem
Festigkeitsniveau. Vor diesem Hintergrund war es nur konsequent, eine höher legierte Phosphorbronze zu entwickeln.
Unterstützt wird dies auch durch die Forderung nach einer Miniaturisierung der Steckverbinder, denn eine Reduktion der Querschnitte führt bei konstanter Auslenkung des Federelementes zu einem Abfall der Kontaktkraft. Für eine definierte unveränderte Kraft
muss das Federelement also umkonstruiert werden – die Designspannung steigt entsprechend an. Eine Lösung stellt hier die neu entwickelte Legierung BB95, eine zehnprozentige Phosphorbronze dar:
Im Vergleich zu einer achtprozentigen Zinnbronze weist BB95 bei einem Streckgrenzenniveau von Rp0,2 >720 MPa eine Verbesserung der Biegbarkeit in BW 90° R/S um den Faktor 2 auf. Verfestigt werden kann BB95 je nach Anwendung auf ein Streckgrenzenniveau Rp0,2 von 800 MPa oder in der höchstfesten Form auf >950 MPa.
Der Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit zwischen BB95 und einer achtprozentigen Zinnbronze beträgt ca. 1 Prozent IACS, d. h. der leitfähigkeitssenkende Einfluss von Zinn ist auf diesem Niveau des Legierungselementgehaltes zu vernachlässigen.
Für den Temperzustand SH (Spring Hard) zeigt BB95 ein Erweichungsverhalten wie eine achtprozentige Phosphorbronze – ein signifikanter Festigkeitsabfall tritt erst bei rund 280°C auf. Zudem ist das Relaxationsverhalten des neuen Werkstoffes mit < 20 Prozent bei einer Temperatur von 100°C und für einen Prüfzeitraum von 10.000 Stunden mit der oben genannten Referenzlegierung gut vergleichbar (identischer Belastungsgrad vorausgesetzt).
Übertragen auf die oben genannte Kontaktkraft erscheint bei dem Einsatz von BB95 eine Verringerung der Materialstärke und die damit einhergehende Materialeinsparung von rund 20 Prozent im Bereich des Möglichen zu liegen.
In der Grafik sind die wichtigsten Kupferlegierungen von Diehl Metall für Steckverbinder und weitere elektromechanische Bauteile mit ihren Zugfestigkeiten und elektrischen Leitfähigkeiten dargestellt.
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