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Jun 09, 2024

Auf den Punkt gebracht: Schneidklemm-Steckverbinder

In meiner vergeudeten Jugend fand ich mich in Rotationen in einem örtlichen Krankenhaus wieder. Meine Kommilitonen und ich standen in der Rangordnung des Krankenhauses ganz unten und waren diejenigen, die den Großteil der Arbeit erledigten

In meiner vergeudeten Jugend fand ich mich in Rotationen in einem örtlichen Krankenhaus wieder. Meine Kommilitonen und ich standen in der Rangordnung des Krankenhauses ganz unten, da wir den Großteil der Arbeit in der Abteilung erledigten und für das Privileg bezahlten, dies tun zu dürfen. Daher waren unsere Schließfächer etwas unterdurchschnittlich: eine Ecke eines Schranks hinter einer Tür mit der Aufschrift „COMMS“.

Im Zimmer befanden sich ein kaputter Stuhl und ein paar Haken an der Wand für unsere Mäntel sowie eine (für mich) interessante Schalttafel. Es bestand aus einer Reihe rechteckiger Blöcke, aus denen Stifte herausragten. Jeder Block hatte ein dickes Kabel mit vielen Paaren dünner, bunter Drähte, die aufgefächert und sauber mit der linken Seite verbunden waren, und ein Rattennest aus blauen und weißen Drähten entlang der rechten Seite. Uns wurde gesagt, wir sollten die Tafel nicht berühren. Ich habe es trotzdem berührt.

Später erfuhr ich, dass es sich dabei um Punchdown-Blöcke vom Typ 66 für das Telefonsystem der Abteilung handelte, von denen ich im Laufe meines Hackerlebens etliche davon benutzte. Punchdown-Steckverbinder waren jahrzehntelang ein fester Bestandteil privater und öffentlicher Telekommunikationsanlagen und gehören zu einer Klasse elektrischer Verbindungen, die als Isolationsverdrängungsverbindungen (IDC) bezeichnet werden. Wir haben uns kürzlich angeschaut, wie Crimpverbindungen funktionieren und was genau im Inneren einer Lötverbindung vor sich geht. Ich dachte, es wäre vielleicht nett, das Ganze mit etwas über die Funktionsweise von IDC abzurunden.

Da Crimpverbindungen ein Versuch der Elektro- und Elektronikindustrie waren, die Effizienz der Montage durch den Wegfall des arbeitsintensiven Lötens zu steigern, wurde auch die Schneidklemmtechnik entwickelt, um im Vergleich zum Crimpen Zeit zu sparen. So effizient Crimpverbindungen im Vergleich zu handgelöteten Verbindungen auch sind, das Crimpen erfordert in den meisten Fällen immer noch einen erheblichen manuellen Arbeitsaufwand. Und selbst wenn der Montagevorgang kompliziert genug ist, um ein automatisches Crimpen zu rechtfertigen, sind zum Abschluss des Crimpvorgangs immer noch mehrere Schritte erforderlich: Abisolieren, Einführen des Drahtes in den Crimpverbinder und Anwenden von Crimpdruck, möglicherweise mehrere Male. IDCs machen die Schritte zur Drahtvorbereitung überflüssig und führen zu schnelleren Verbindungen mit weniger Werkzeugwechseln. Außerdem eignen sie sich viel besser für den Massenanschluss von Leitern.

Das erste US-Patent für IDC wurde 1961 an zwei Erfinder erteilt, die für die Minnesota Mining and Manufacturing Corp. arbeiteten. 3M ist auch heute noch ein großer Hersteller von IDC-Steckverbindern; Nur wenige von uns, die ein Radio oder einen Fernstarter in ein Auto eingebaut haben, werden nicht mit Scotchlock-Anschlüssen zum Anschließen der Verkabelung eines Autos vertraut sein. Die Original-Patentabbildungen zeigen eine verblüffende Ähnlichkeit mit den Scotchlocks, die wir heute noch verwenden, und offenbaren die Grundidee hinter allen IDCs. Das Herzstück des IDC ist eine geschlitzte Metallklinge, deren Schlitzgröße knapp unter dem Durchmesser des zu befestigenden Drahtes liegt.

Wenn ein isolierter Draht in den Schlitz eingeführt und der entsprechende Druck nach unten ausgeübt wird, schneidet der Schlitz in die Kunststoffisolierung ein und schiebt sie zur Seite, wodurch der darin befindliche Leiter freigelegt wird. Wenn der Abschlussdruck zunimmt, berührt der Draht die Seiten des Schlitzes und beginnt sich zu verformen. Ähnlich wie Drahtlitzen in einer Crimpverbindung zu fließen und sich zu dehnen beginnen, verschweißt auch der Draht im Schlitz effektiv kalt mit dem Metallkontakt und bildet so eine gasdichte Verbindung. Und wie bei der Crimpverbindung löst die durch den erhöhten Druck verursachte Verformung die Oberflächenoxidation, die eine saubere Verbindung beeinträchtigen würde, und löst sie aus.

Natürlich ist dies ein allgemeiner Fall; Die Einzelheiten der einzelnen IDCs beziehen sich speziell auf die Aufgabe, mit der sie beauftragt werden. Einige Kontaktschlitze sind konisch, andere gerade; Bei einer Anwendung können geschärfte Klingen im Schlitz erforderlich sein, während bei anderen stumpfe Klingen besser funktionieren. Einige Steckplätze sind federbelastet, andere nicht. Und auch die zum Beenden dieser Anschlüsse verwendeten Methoden variieren stark. Für einen einfachen Scotchlock unter dem Armaturenbrett ist möglicherweise nichts weiter als eine Zange erforderlich, während das Werkzeug zum Massenkonfektionieren des Flachbandkabels eines ATA-Steckers eine komplexere Presse ist, die die Kraft gleichmäßig auf einen langen Kontaktsatz verteilen kann.

Im Telekommunikationsbereich wären diese 66 Blöcke in der ehemaligen Umkleidekabine mit einem handgehaltenen Auflegewerkzeug mit einem 66er-Bit versehen worden. Das Auflegewerkzeug selbst ist ein federbelastetes Schlagwerkzeug; Wenn der Bohrer aus gehärtetem Stahl über dem Kontakt mit dem in den Schlitz eingelegten Draht platziert wird, beginnt der Abwärtsdruck, sowohl den Draht in den Kontaktschlitz zu drücken als auch den Bohrer gegen den Federdruck zurück in den Werkzeugkörper zu drücken. Wenn der richtige Druck ausgeübt wurde, löst die Feder einen Hammer aus, der auf einen Amboss schlägt und den Bohrer nach unten treibt, um die Verbindung mit genau dem richtigen Druck herzustellen. Bits vom Typ 66 verfügen über eine geschärfte Klinge auf einer Seite des Bits, mit der überschüssiger Draht beim Durchstanzen abgeschnitten werden kann. Für die Reihenschaltung von Verbindungen kann auch ein stumpfer Bit verwendet werden.

IDCs sind heutzutage überall zu finden – in den Kabelbäumen von Kraftfahrzeugen, wahrscheinlich in jedem Gerät in Ihrem Haus und Dutzende in den meisten Computern. Und obwohl IDC einst ausschließlich Niederspannungsanschlüssen vorbehalten war, stehen die Chancen gut, dass IDC immer häufiger für die Netzverkabelung im Privat- und Gewerbebereich eingesetzt wird. Die Vorteile, eine schnelle, solide und gasdichte elektrische Verbindung ohne mehrere Werkzeuge und manuelle Vorgänge herstellen zu können, sind einfach zu verlockend, als dass man sie sich entgehen lassen sollte.

[Kopfzeilenbild: Von Z22 (Eigenes Werk) [CC BY-SA 4.0], über Wikimedia Commons]