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Dupont Steckverbindung V1.1

Nerds — Sun, 11 Aug 2024 07:46:11 +0000

Auf die äußerst positive Resonanz zu meinen Schnellverbindern (Dupont Steckverbindung) hin musste ich feststellen, dass ihr ursprünglicher Zweck, sie nur in der Entwicklungsumgebung einzusetzen, sich auf den Dauereinsatz an verschiedenen Geräten ausgeweitet hat. Viele äußerten zudem den Wunsch, die Verbinder fest montieren oder anschrauben zu können. Diesem Wunsch bin ich nun nachgekommen.

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Umsetzung der Dupont Steckverbindung

Wie bei jeder Neuentwicklung oder Änderung eines bestehenden Teils standen auch hier einige Entscheidungen an, jedoch waren in diesem Fall nicht viele notwendig.

Anzahl der Befestigungslaschen: zwei oder vier
Durchmesser der Befestigungslöcher: 2,2 mm
Deckel nach Befestigung abnehmbar: ja

Bei der Anzahl der Befestigungslaschen ist klar, dass eine einzelne Lasche dazu führt, dass sich das Gehäuse um die Schraube dreht, wenn diese nicht fest genug angezogen ist. Beim Ein- oder Ausstecken der Verbindung versucht das Gehäuse sich um die Schraube zu drehen. Mit zwei oder mehr Laschen lässt sich das Ein- und Ausstecken problemlos bewerkstelligen, selbst wenn die Schrauben nicht vollständig festgezogen sind.

Der Durchmesser der Befestigungsbohrungen wurde auf 2,2 mm für M2-Schrauben festgelegt. Größere Schrauben würden die Laschen größer machen als das Gehäuse des Verbinders selbst, und zwei M2-Schrauben bieten bereits ausreichend Haltekraft.

Die Entscheidung, ob der Deckel nach der Befestigung des Verbinders weiterhin abnehmbar sein soll, ergab sich zwangsläufig. Da die Klemmlaschen des Deckels am Gehäuseboden überstehen, mussten die Befestigungslaschen ohnehin erhöht über dem Boden stehen. Wären die Laschen bündig mit dem Gehäuseboden, könnte sich der Deckel beim Anziehen der Schrauben um etwa 0,3 mm anheben. Warum wurden die Befestigungslaschen nicht direkt am Deckel angebracht? Der Deckel ist nicht stabil genug, um die seitlichen Laschen zu tragen. Der Abstand zwischen der Oberfläche und dem Gehäuseboden beträgt im verschraubten Zustand 1,1 mm, was ausreicht, um den Deckel problemlos zu entfernen.

Zu den Befestigungsbohrungen mit einem Durchmesser von 2,2 mm: Der Bohrungsabstand ist immer ein Vielfaches von 2,54 mm, was sinnvoll ist, da auch die DuPont-Stecker eine Breite und Höhe von 2,54 mm haben. Der Bohrungsabstand vergrößert sich proportional zur Anzahl der Pins am Gehäuse. Ein positiver Nebeneffekt: Diese Abstände passen auch zu den Löchern einer Lochrasterplatte. In Bild 1.0.1 habe ich zwei 4-Pin-Stecker auf einer Lochrasterplatte montiert. Für die Befestigung habe ich die passenden Löcher im Abstand der 4-Pin-Stecker verwendet und mit einem M2-Gewindebohrer Gewinde geschnitten. Wie man sehen kann, halten die Schrauben einwandfrei, ohne dass eine Mutter benötigt wird.

Ja, das war’s fast für diesmal – eigentlich wären wir jetzt fertig, aber zwei Dinge sind mir noch wichtig. Erstens möchte ich auf die vielseitige Verwendung der Steckverbinder eingehen. Ich benutze sie seit vier Jahren und entdecke ständig neue Möglichkeiten, diese flexibel einzusetzen. Nachfolgend einige Beispiele mit Variante eins, die bis auf die Anschraubmöglichkeit identisch mit Version 1.1 ist.

In Bild 2.0.1 sieht man einen 10-PIN-Stecker mit einem 200 mm Jumperkabel. Bild 2.0.2 zeigt den Unterschied zwischen einem 10-PIN-Stecker mit einem 100 mm Jumperkabel und einem mit 200 mm.

Bild 2.1.1 zeigt einen 9-PIN-Stecker auf der einen Seite und drei verschiedene Stecker auf der gegenüberliegenden Seite. In Bild 2.1.2 ist diese Seite vergrößert dargestellt. Hier sieht man die drei Stecker: einen 4-PIN-Stecker, daneben einen 3-PIN-Stecker und ganz links einen 2-PIN-Stecker. Addiert man die Pins der drei Stecker, kommt man wieder auf die neun Pins, wie auf der anderen Seite.

Sicherlich ist euch aufgefallen, dass die DuPont-Stecker der drei Verbindungen unterschiedlich sind. Beim 4-PIN-Stecker sind alle Pins männlich, also Stifte. Im Gegensatz dazu sind beim mittleren 3-PIN-Stecker alle Pins weiblich, also Buchsen. Besonders interessant wird es beim 2-PIN-Stecker, der einen Stift und eine Buchse kombiniert. Was hat es damit auf sich? Hier möchte ich die Flexibilität des werkzeuglosen Stecksystems von Nerd-Corner demonstrieren. Mit diesen Steckern kann man, wie beim 2-PIN-Stecker, einen Verpolungsschutz einbauen: Der Stift ist der Pluspol, die Buchse der Minuspol. Am Gegenstecker ist es umgekehrt, wodurch die Verbindung nicht falsch gesteckt werden kann!

Der 2-PIN-Stecker ist das einfachste Beispiel, aber dieses Prinzip lässt sich auf alle Stecker anwenden, sodass sich auch komplexere Schutzsysteme aufbauen lassen.

Der Aufbau in Bild 2.2.1 zeigt eine weitere Möglichkeit, einen Kabelbaum zu erstellen. Auf der linken Seite befindet sich ein 10-PIN-Stecker, ganz rechts ein 5-PIN-Stecker, verbunden durch ein 200 mm Jumperkabel. Der orangefarbene 3-PIN-Stecker ist über ein 400 mm Jumperkabel mit dem 10-PIN-Stecker verbunden, ebenso wie der 2-PIN-Stecker, allerdings mit einem 500 mm Jumperkabel. Diese Lösung bietet grenzenlose Flexibilität über die gesamte Steckerfamilie hinweg und das komplett werkzeuglos.

Zusammenbau der Dupont Steckverbindung

Ich erhalte immer wieder Anfragen, Steckergehäuse für 15 oder 22 Pins zu bauen. Leider ist dies mit diesem System zwar nicht unmöglich, aber eine große Herausforderung. Der Aufwand steht in keinem sinnvollen Verhältnis zum Nutzen – zumindest für mich. Eigentlich wollte ich bereits bei der 6-PIN-Variante aufhören, da die Montage schon einiges an Feinmotorik erfordert und die Haltekraft der Laschen nachlässt. Das Problem der Haltekraft konnte ich ab der 7-PIN-Variante durch eine dritte Lasche lösen, aber der Zusammenbau wurde dadurch sehr schwierig.

Es gibt jedoch meist eine Lösung, wie in der Bilderserie 3.0 zu sehen ist.

In Bild 3.0.1 erkennt man, dass eine Buchsenleiste ins Spiel kommt, da wir hier männliche (Stift-)Kabel verwenden. Für weibliche Kabel könnte man stattdessen eine Stiftleiste nutzen.

Der Ablauf für den Zusammenbau mit männlichen Kabeln (Stiften) sieht folgendermaßen aus:

Die Kabel in die Buchsenleiste drücken.
Die gesteckten DuPont-Gehäuse leicht in den Gehäuseboden des Steckers drücken und die Kabel in die vorgesehenen Mulden pressen (siehe Bild 3.0.1).
Die DuPont-Gehäuse vollständig in den Gehäuseboden drücken und zur internen Anschlagleiste schieben. Anschließend die Kabel einzeln nach hinten ziehen – die Buchsenleiste sollte nicht entfernt werden (Bild 3.0.2).
Sobald die DuPont-Stecker im Gehäuse fixiert sind, wird der Deckel aufgesetzt und eingerastet (Bild 3.0.3).
Zum Abschluss wird die Buchsenleiste entfernt, und der Zusammenbau ist abgeschlossen (Bild 3.0.4).

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Dupont Steckverbindung 3PIN

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3D gedruckte Dupont Steckverbindung für Jumper Kabel

Nerds — Sat, 28 May 2022 09:56:11 +0000

Viele DIY Projekte werden von Chaos an der Werkbank begleitet. Schraubenzieher, Lötkolben, Jumper Kabel, alles liegt kreuz und quer. Aufgeräumt wird meistens erst am Ende des Tages oder wenn das Projekt fertig ist. Mich hat diese Unordnung genervt, vorallem die Jumper Kabeln wollte ich nicht überall verteilt haben. Nachdem ich den Verbinder als Löthilfe für Jumperkabel und LED Streifen entworfen habe, kam mir eine Idee mit der ich sowohl das Chaos in den Griff bekam, als auch die Stabilität der Jumper Kabel PINs erhöhen konnte. Die Idee war eine Dupont Steckverbindung zu nutzen.

Das nachfolgende Bild zeigt eine solche Verbindung. Ich bin absolut begeistert davon wie praktisch diese Verbindungen im Alltag sind. Beispielsweise lassen sich mehrere LED Streifen über eine 4 PIN Dupont Steckverbindung mit einem Controller ohne zusätzliches Werkzeug zusammenschalten!

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Liste der Komponenten

CAD Design für Dupont Steckverbindung

Wie bei jedem CAD Design, sollte man auch bei der Dupont Steckverbindung nicht einfach planlos loslegen, sondern zunächst ein paar Fragen klären.

Welche Fertigungstoleranz haben die schwarzen Gehäuse der Jumper-Kabel?
Welche Längen existieren für die schwarzen Gehäuse?
Gibt es unterschiedliche Kabeldurchmesser?
Wie groß muss die Nase am Deckel sein?
Welches Material soll verwendet werden?

Die Messungen (mit einem Digital Messschieber) von unterschiedlichen Herstellern der Jumper Kabel ergaben, dass kaum Abweichungen bestanden. Die größte Abweichung war die Länge von 12 mm bis 14mm. Da die meisten eine Länge von 14 mm besitzen wurde das Maß auch für mein CAD Design genutzt.

Das Ziel war es einen Schnellverbinder zu konstruieren, d.h. Kabel reinlegen Deckel draufdrücken und fertig. Damit wollte ich Schrauben, Kabelbinder, Schlauchschellen, Verkleben oder löten vermeiden.

Material und Dimensionierung

Um das zu erreichen habe ich mich für Haltenasen bzw. Krallen entschieden. Dafür muss man auf die Dimensionierung und die Wahl des Materials achten. Das vermutlich beste Material wäre Nylon. Leider stehen mir nicht die Möglichkeiten zur Verfügung mit Nylon zu drucken. Hierfür wäre ein geschlossener Bauraum nötig gewesen. Das gleiche gilt für ABS die zweitbeste Lösung. Übrig bleibt daher nur PET oder PLA. Ich hatte noch einen größeren Vorrat an farbfreien PLA, daher habe ich mich für PLA entschieden. Hinweis an dieser Stelle: Der Farbzusatz im Filament beeinflusst die Druckeigschaften und das nicht unerheblich! Für Funktionsdrucke wähle ich deswegen immer farbfreies PLA.

Um 4 Jumper Kabel ins Gehäuse bringen zu können, habe ich ein Innenmaß von 10,6 mm gewählt. Für die Seitenwände wählte ich eine Dicke von 1,7 mm und für den Boden eine Stärke von 1,46 mm. Für die Außen-Abmessungen ergaben sich 4 mm x 14 mm x 25 mm.

Konstruktion des Deckels

Für den Deckel sind die Maße identisch zum Gehäuse, aber mit einem Zusatz für die herausstehenden Laschen mit den Nasen. Die Dimensionen der Laschen sind auf Grundlage meiner bisherigen Erfahrungen entstanden. Ich habe mich für ein zweites Laschen Pärchen entschieden, weil die Haltekraft dadurch erhöht wird und die Kraft sich besser verteilt. Außerdem, falls eine Lasche brechen sollte, würde der Deckel trotzdem sicher am Gehäuse halten.

Wichtig ist die Form der Nase am Ende der Lasche (Detail A), da der 3D-Drucker dies nicht exakt so druckt wie am CAD konstruiert.

Wie im Detail B zu sehen wurde an die Innenseite des Deckels eine Erhöhung konstruiert. Diese Erhöhung hilft die Kabel etwas nach unten zu pressen, wenn der Deckel auf das Gehäuse gedrückt wird. Die Kabel sind im Gehäuse fixiert und ziehen dabei das Kabelgehäuse zu dem Anschlag (Detail D). Durch die zusätzliche Spannung wird das Kabelgehäuse exakter fixiert. Dies funktioniert, weil die Pressung hinter der Fixierung im Gehäuse stattfindet und die Kabel etwas Abstand zum Gehäuseboden haben. Die Höhe des Druckbalkens (Detail B) darf allerdings nicht zu groß sein, da sonst die Nasen der Laschen nicht an dem Gehäuseboden einklicken können.

Die Abrundungen am Kabelsitz (Detail C) dienen der leichten Einführung der Kabel. Die Durchbrüche oder auch Fenster genannt waren ursprünglich für die Gegenseite eines Steckers als Haltepunkt gedacht. Dies habe ich aber verworfen, da das Haltemoment mehr als ausreichend ist. Die rechteckigen Durchbrüche helfen nun bei der Orientierung beim Zusammenbau.

Zusammenbau

Der Zusammenbau ist flott und kinderleicht. Das erste Dupont-Kabel legt man von vorne an eine der beiden Seitenwände und schiebt das Kabelgehäuse bis zum Anschlag (Detail D). Danach hält man das Gehäuse fest und zieht am Kabel um mögliches Spiel zwischen Crimp-Verbindung und Kabelgehäuse zu eliminieren. Das Kabel drückt man nun in die Kabelführung am Stecker Gehäuse. Analog die Vorgensweise mit Kabel Nummer 2, 3 und 4. Anschließend wird der Deckel auf das Gehäuse gedrückt bis es klickt.

Anwendungen

Ursprünglich hatte ich dieses Stecker Design für ein Projekt mit vielen 4PIN RGB-Streifen konstruiert. Nach kurzer Zeit merkte ich wie praktisch die Konstruktion war. Ich kann es für den Arduino, Sensoren, LED Streifen, Raspberry Pi und vieles mehr verwenden und das ohne Löten oder anders Werkzeug zu benutzen. Natürlich weiß ich, dass man z.B am Arduino zwischen den Steckern immer 2 PINs Abstand lassen muss, aber im Alltag stört das eigentlich nicht.

Vorteile der Dupont Steckverbindung:

Schnelle Montage
Universeller Einsatz
Enorme Haltekraft
Leicht zu drucken

Nachteile der Dupont Steckverbindung:

Größerer Platzbedarf

Dateien zum Herunterladen

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