Ob Maschine, Gebäudeinstallation oder Telekommunikation – aus unserer technisierten Welt sind elektrische Steckverbinder nicht mehr wegzudenken. Umso wichtiger ist es, dass diese unter den Bedingungen der jeweiligen Applikationen zuverlässig ihre Aufgabe verrichten. Was zuverlässig genau bedeutet, bedarf jedoch einer Definition.

Welche Umwelt- und elektrischen Anforderungen erfüllt sein müssen, ist genau zu definieren, außerdem wann ein Steckverbinder dabei als funktionstüchtig gilt. Auch die Gebrauchsdauer, für die die Gebrauchstüchtigkeit unter den Umgebungsbedingungen gelten soll, ist festzulegen. Nur mit Bezug auf diese Faktoren lässt sich die Zuverlässigkeit eines Steckverbinders korrekt beurteilen. Dabei muss der Anwender sich darüber im Klaren sein, dass unter anderen Umweltbedingungen, elektrischen Parametern, Funktionskriterien oder Lebensdauervorstellungen die Beurteilung der Zuverlässigkeit bei demselben Produkt zu einem anderen Ergebnis kommen kann. In Bezug auf die Zuverlässigkeit sind mehrere Begriffe zu diskutieren. Zunächst gibt es den Minderungsmechanismus, der einen physikalischen, chemischen oder auch anderen Prozess beschreibt, der zum Ausfall führt. Grund dafür kann zum Beispiel der Einfluss von Flüssigkeiten, Gasen oder mechanischen Effekten sein. Zweitens ist die Ausfallart wichtig. Sie ist die physikalische Beschreibung der Zustandsänderung eines Steckverbinders, der auf dem Minderungsmechanismus basiert. Dabei kann es sich um die Erhöhung des Kontaktwiderstandes, um verringerte Isolationswiderstände oder um Änderungen der Signalintegritätsparameter handeln. Zuletzt ist noch der Ausfalleffekt zu betrachten, der für den Anwender das Hauptproblem darstellt. Dabei geht es dann etwa um den Verlust des Signals, um die Unterbrechung der Stromversorgung, um eine Überhitzung, einen Kurzschluss oder auch um andere Effekte.
In der Praxis ist als Ausfallart die Erhöhung des Kontaktwiderstandes die wichtigste Eigenschaft, daher ist eine nähere Betrachtung sinnvoll. Für die Minderungsmechanismen, die zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes führen, sind Korrosion, Relaxation und Oberflächenbeschädigung von Bedeutung.
Steckverbinderkontakte sind grundsätzlich so gestaltet, dass zwischen den beiden Partnern des Kontaktpaares eine Berührfläche entsteht, über die die elektrische Verbindung entsteht. Die in professionellen Anwendungen am meisten verbreitete Gestaltung besteht aus einem runden Buchsen- und Stiftkontakt. Diese Ausführung sorgt dafür, dass mehrere Berührflächen vorhanden sind und dass auch unter ungünstigen Umständen stets mindestens eine Berührfläche die elektrische Verbindung herstellt. Diese Berührfläche ist im gesteckten Zustand gasdicht. Schadgase aus der Umwelt können also nicht zwischen die Flächen dringen und dort zu Korrosion führen. Für die Gasdichtigkeit ist ein ausreichender Andruck durch den Buchsenkontakt auf den Stiftkontakt erforderlich.
Bei den Kontaktoberflächen unterscheidet man zwischen unedlen und edlen Systemen. Bei den unedlen Systemen besteht die Oberfläche nicht aus einem Edelmetall. Dies ist zwar preisgünstig, kann aber durch Umwelteinflüsse leichter zu Korrosion führen. Bei den edlen Systemen besteht die Kontaktoberfläche aus einer dünnen Edelmetallschicht wie etwa Silber oder Gold. Zwischen dem Basismaterial des Kontakts – üblicherweise Messing – und der edlen Oberfläche sitzt oft noch ein Trägermaterial, das die Haftung der Oberflächenbeschichtung verbessert und häufig aus Nickel besteht. Vorteilhaft bei diesen Oberflächen ist die hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber korrosiven Umwelteinflüssen.
All dies ist notwendig, um die für den Kontaktwiderstand abträglichen Effekte durch Reibkorrosion und Relaxation zu vermeiden (siehe Kästen auf Seite 52). Abhängig von zu erwartenden Umwelteinflüssen in der Applikation muss der Betreiber daher ein Steckverbindersystem mit einer Oberfläche auswählen, das sich im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit am besten eignet.
Um die Auswahl zu optimieren, muss sich der Anwender die Anforderungen und Umweltbedingungen seiner Applikation näher anschauen. Durch Studium von Datenblättern kann er potenziell geeignete Produkte für die Buchsen- und Stiftseite identifizieren, deren Kontaktoberflächen und Gehäusematerialien aus demselben Werkstoff bestehen und passend erscheinen. Dieses Indiz sollte er sich jedoch bei hohen elektrischen oder Umweltanforderungen durch Tests bestätigen lassen. Schlussendlich hängt die zuverlässige Funktion seiner Anlage davon ab.

Die Andruckkraft eines Buchsenkontakts wird durch die Relaxation vermindert.

Während Fremdpartikel den Widerstand erhöhen (links), sorgen geeignete Oberflächensysteme für einen gleichbleibenden Kontaktwiderstand (rechts).

Von den Einsatzbedingungen bis hin zum Ausfall führt eine kausale Verkettung.

Steckverbinder – wie etwa Rundsteckverbinder von M5 bis M58 – sind seit Jahrzehnten aus industriellen Anwendungen nicht mehr wegzudenken.