Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PLACA DE CIRCUITOS IMPRESSOS COM UM ELEMENTO DE ACOPLAMENTO DE UM DISPOSITIVO DE ENCAIXE". A invenção consiste em uma placa de circuitos impressos, especialmente para um instrumento de indicação em um veículo, com um elemento de acoplamento de um dispositivo de encaixe e com um ou mais entalhes e um ou mais contatos de ligação do elemento de acoplamento que penetram nos entalhes, em que o elemento de acoplamento apresenta um casquilho ligado à placa de circuitos impressos, e em que o ou os contatos de ligação estão ligados eletricamente à placa de circuitos impressos do lado que está voltado de costas para uma zona de acoplamento do elemento de acoplamento.
As placas de circuitos impressos do gênero são geralmente divulgadas por exemplo nos atuais instrumentos combinados de veículos e daí conhecidas. Um elemento de acoplamento montado como apoio da ficha faz assim a ligação elétrica da placa de circuitos impressos com uma ficha elétrica, através da qual ocorre especialmente a troca de dados do instrumento combinado com uma eletrônica do veículo para controlar os visores individuais do instrumento combinado. Uma fixação do apoio da ficha na placa de circuitos impressos e os contatos necessários do condutor elétrico do apoio com as vias condutoras da placa de circuitos impressos são assim executados com dificuldade. É necessário, posicionar, adaptar e encalcar o apoio da ficha e a placa de circuitos impressos exatamente encostados um ao outro. Desta forma obtém-se uma ligação mecânica entre a placa de circuitos impressos e o apoio da ficha. Além disso, os condutores elétricos do apoio da ficha devem ficar em contato com a placa de circuitos impressos, o que pode, por exemplo, ser efetuado por meio de um procedimento de soldadura por onda. Especialmente os primeiros passos referidos da junção e da ligação do apoio da ficha com a placa de circuitos impressos são complicados e demorados e representam um obstáculo considerável no caso de fabricação automática em série em elevadas quantidades. A invenção tem como objetivo, criar uma placa de circuitos impressos com um elemento de acoplamento de um dispositivo de encaixe do tipo acima mencionado, que garanta uma montagem fácil e precisa bem como uma ligação mecânica segura e duradoura de ambos os componentes.
Este objetivo é concretizado de acordo com a invenção, em que o casquilho do elemento de acoplamento tem um elemento de ligação que penetra em um entalhe da placa de circuitos impressos e que pode rodar em um eixo que corre quase perpendicularmente à placa de circuitos impressos, e que encaixa o elemento de acoplamento na placa de circuitos impressos, de forma a que o entalhe penetrado pelo elemento de ligação esteja disposto em um plano quase paralelo à placa de circuitos impressos em ângulo em relação ao elemento de ligação e de forma a que o elemento de ligação seja girado na altura da introdução no entalhe. Com a placa de circuitos impressos, de acordo com a invenção, já não é mais necessário que o elemento de acoplamento e a placa de circuitos impressos estejam presos um ao outro em um procedimento adicional por meio de encalcaduras, uniões aparafusadas ou semelhantes. Além disso, prescinde-se também de um posicionamento exato das juntas de ambos elementos que, devido à disposição do elemento de ligação e do entalhe em ângulo em relação um ao outro, se obtém um ajuste automático da posição ao ligar a placa de circuitos impressos ao elemento de acoplamento. Além disso, é conveniente que a ligação seja segura por meio de um encaixe de forma a que a placa de circuitos impressos e o elemento de acoplamento possam ser novamente separados um do outro, o que por exemplo, no caso de uma encalcadura, não seria possível fazer sem provocar danos.
Pode imaginar-se, encaixar o casquilho do elemento de acoplamento apenas por meio de um único elemento de ligação à placa de circuitos impressos. No entanto, a ligação apresenta, de forma mais vantajosa, ainda uma firmeza e segurança da posição especialmente elevadas, se estiverem previstos dois elementos de ligação dispostos nos lados opostos do casquilho.
Segundo uma outra aplicação vantajosa da invenção, o entalhe penetrado pelo elemento de ligação está ligado com o ou com um dos entalhes penetrados pelo contato ou pelos contatos de ligação, formando um entalhe comum. Desta forma, por exemplo, pode ser disposto um lado de um entalhe penetrado por um ou mais contatos de ligação de forma a funcionar como passagem para o elemento de ligação. Desta forma a preparação da placa de circuitos impressos fica significativamente facilitada e é reduzido o trabalho necessário com ferramentas. A exatidão da posição do elemento de acoplamento é preferencialmente aumentada, uma vez que o casquilho apresenta um bujão que penetra quase perpendicularmente em um entalhe da placa de circuitos impressos. Assim, é ainda mais vantajoso se estiverem previstos dois bujões, dispostos dos lados opostos do casquilho, que penetrem quase perpendicularmente em um entalhe da placa de circuitos impressos, de forma a obter-se também especialmente, uma disposição resistente à torção do elemento de acoplamento na placa de circuitos impressos. Para se tornar a junção dos componentes mais fácil, é conveniente, quando o bujão ou os bujões são mais alargados conicamente nas suas extremidades livres contra a direção da junção. Uma codificação da posição de montagem do elemento de acoplamento na placa de circuitos impressos é obtida de forma especialmente fácil, de forma que os bujões apresentam uma forma ou dimensão da seção transversal diferentes.
Ligando ou separando o elemento de acoplamento, que pode, por exemplo, ser feito sob a forma de régua de terminais, em que no elemento de acoplamento é introduzida uma ficha sob a forma de régua de terminais como segundo elemento de acoplamento, não se devem transferir quaisquer forças para a zona de ligação dos contatos de ligação com a placa de circuitos impressos que provocariam a destruição dos contatos. Desta forma, e de acordo com uma outra aplicação vantajosa da invenção o casquilho apresenta uma flange que corre quase paralelamente à placa de circuitos impressos e pode ser apoiada nesta. Assim, as forças exteriores que atuam sobre o casquilho são transferidas diretamente para a placa de circuitos impressos, sem sobrecarregar os contatos de ligação.
Para se obter uma ligação segura do elemento de acoplamento e da placa de circuitos impressos é importante que o elemento de ligação apresente uma resistência à torção suficiente mesmo sob influência de temperaturas ambientes oscilantes. É especialmente vantajoso, se o elemento de ligação for constituído por chapa ou plástico, podendo assim ser facilmente fabricado e de forma econômica, bem como em grandes quantidades.
Uma vez que o elemento de ligação serve tanto uma junção precisa do elemento de acoplamento e da placa de circuitos impressos, bem como um encaixe destes elementos e respectiva fixação segura, é especialmente vantajoso, se o elemento de ligação apresentar uma seção de introdução e fixação e uma seção de torção atrás uma da outra na placa de circuitos impressos contra a direção de introdução. É possível imaginar, a concepção do elemento de ligação como um componente construído como componente único com o elemento de acoplamento, sendo que, como material se pode selecionar, por exemplo, um plástico estável à temperatura. Para uma seleção de material optimizada dos componentes individuais de acordo com o objetivo em que, por exemplo, para o elemento de ligação se seleciona uma chapa e para o elemento de acoplamento se seleciona um plástico, pode ser, no entanto, necessário formar o elemento de ligação e o elemento de acoplamento como componentes únicos que devem, no entanto, estar ligados um ao outro. Neste caso, é especialmente vantajoso, se o elemento de ligação apresentar a seção de torção, contra a direção de introdução, uma seção de fixação atrás, para possibilitar a sua disposição no elemento de acoplamento. Assim, esta disposição é de forma vantajosa especialmente fácil, se o casquilho apresentar um entalhe, no qual se pode inserir a seção de fixação do elemento de ligação.
Em uma outra aplicação vantajosa de acordo com a invenção, o elemento de ligação apresenta uma garganta na zona da seção de torção. Desta forma, obtém-se uma torção do elemento de ligação especialmente boa e não é necessária uma execução dispendiosa da seção de torção. É especialmente vantajoso quando, de acordo com uma outra aplicação da invenção, a seção de introdução e de fixação na direção de introdução é em forma de cunha. Assim, ocorre, na altura da introdução do elemento de ligação no entalhe da placa de circuitos impressos, uma cen-tragem automática, pelo que se pode executar automática e mecanicamente este processo de junção de uma forma especialmente vantajosa.
Para garantir um assento seguro e fixo do elemento de acoplamento na placa de circuitos impressos, é necessária uma tolerância exata do elemento de acoplamento, do elemento de ligação, do entalhe bem como da altura da placa de circuitos impressos. Isto traduz-se em elevadas exigências de fabricação. Para tornar possível, de forma simples, obter um assento fixo do elemento de acoplamento na placa de circuitos impressos com compressão de tolerâncias no mesmo tempo, é especialmente vantajoso se a seção de introdução e de fixação passar em forma de cunha para a seção de torção contra a direção de introdução. Desta forma obtém-se sempre uma disposição rígida e centrada do elemento de acoplamento e da placa de circuitos impressos.
Seria, a título de exemplo, concebível desenvolver o elemento de ligação a três dimensões o que, no entanto, iria causar elevadas exigências de fabricação. As exigências de fabricação para o elemento de ligação são de forma vantajosa especialmente reduzidas e as exigências de material baixas, quando o elemento de ligação está praticamente plano.
Segundo uma outra aplicação vantajosa da invenção, o entalhe penetrado pelo elemento de ligação tem a forma de fenda. As arestas laterais da fenda, paralelas em frente uma da outra, garantem assim uma introdução especialmente precisa de um elemento de ligação cuja seção de introdução e fixação na direção de introdução é em forma de cunha. O mesmo se aplica ao estado de encaixe do elemento de ligação, se a sua seção de introdução e de fixação passar para a seção de torção contra a direção de introdução em forma de cunha.
Obtém-se de forma vantajosa, uma torção do elemento de ligação, para a sua introdução no entalhe da placa de circuitos impressos, es- pecialmente fácil, mas suficientemente grande para uma fixação segura se o ângulo entre o entalhe penetrado pelo elemento de ligação e o elemento de ligação for de cerca de 20°. O elemento de acoplamento tem uma estabilidade especialmente elevada, quando apresenta de preferência um ou mais entalhes, nos quais se pode inserir o ou os contatos de ligação. Os entalhes servem assim ao mesmo tempo como guias estabilizadores dos contatos de ligação.
Seria concebível prever contatos de ligação retilíneos que são ligados à placa de circuitos impressos, por exemplo, através de soldadura por onda. De acordo com uma outra aplicação da invenção é, no entanto, especialmente vantajoso quando o contato ou os contatos de ligação são em forma de L, em que a primeira aresta do L fica em contato com a placa de circuitos impressos e a segunda aresta do L termina na zona de acoplamento do elemento de acoplamento. Assim pode por intermédio da aresta do L que contacta com a placa de circuitos impressos, obter-se uma compressão de tolerâncias da unidade de construção e ainda evitar-se ao máximo uma carga mecânica da ligação entre os contatos de ligação e a placa de circuitos impressos. Para se efetuar uma soldadura dos contatos de ligação e da placa de circuitos impressos em fornos de infra-vermelhos ou por convexão que são, por exemplo, utilizados no caso da soldadura de componentes SMD (dispositivos montados à superfície), é vantajoso, se a aresta que contacta com a placa de circuitos impressos estiver em abóbada na direção de extensão da aresta fazendo um contato de ponto ou um contato linear perpendicularmente à direção de extensão da aresta com a placa de circuitos impressos. O elemento de acoplamento ligado à placa de circuitos impressos é de preferência especialmente seguro e duradouro se for ligado a um contra-acoplamento, se o elemento de acoplamento apresentar na sua zona de acoplamento uma ranhura pelo menos em parte da volta, em que se pode inserir um gancho da braçadeira. Através deste gancho da braçadeira é possível trancar ambos os elementos de acoplamento.
Segundo uma outra aplicação vantajosa da invenção, o elemento de acoplamento penetra completamente em um entalhe na placa de circuitos impressos. Desta forma o elemento de acoplamento pode ter um flange do seu casquilho encostado à placa de circuitos impressos do lado em que se ligam os contatos de ligação e a parte restante do elemento de acoplamento é passada através da placa de circuitos impressos. Isto é especialmente conveniente, se se previrem contatos de ligação em forma de L, cujas extremidades a contactar podem, desta forma, ser facilmente encostadas às vias condutoras da placa de circuitos impressos.
No entanto, é ainda concebível e vantajoso que o elemento de acoplamento seja assentável sobre o lado oposto à zona de acoplamento da placa de circuitos impressos, sendo que o ou os contatos de ligação da placa de circuitos impressos penetram em um entalhe comum ou cada em um entalhe individual. Esta forma de aplicação oferece-se, por exemplo, se por razões técnicas na altura da fabricação da placa de circuitos impressos não for possível introduzir o elemento de acoplamento no lado oposto à zona de acoplamento da placa de circuitos impressos. A invenção permite inúmeras formas de aplicações. Para se compreender melhor o seu princípio básico explica-se em mais pormenor o exemplo de uma aplicação ilustrada no desenho em anexo. Esta mostra na Figura 1 uma placa de circuitos impressos de acordo com a invenção com um elemento de acoplamento de um dispositivo de encaixe em uma vista em perspectiva, Figura 2 o elemento de acoplamento da Figura 1 com um segundo elemento de acoplamento correspondente do dispositivo de regulação em uma apresentação com os componentes em destaque, Figura 3 dois elementos de acoplamento encaixados um no outro de acordo com a figura 2 sem placa de circuitos impressos, e Figura 4 uma vista lateral parcialmente cortada da placa de circuitos impressos da figura 1.
Na figura 1 encontra-se um recorte de uma placa de circuitos impressos 1 de um instrumento combinado de um veículo. A placa de cir- cuitos impressos 1 apresenta em um entalhe 4 um elemento de acoplamento 2 de um dispositivo de encaixe. O elemento de acoplamento 2 é desta forma concebido como régua de terminais. Além disso encontram-se na placa de circuitos impressos 1 entalhes 35, que servem para a colocação de elementos luminosos não apresentados, por exemplo lâmpadas para iluminação dos visores do instrumento combinado. O elemento de acoplamento 2 está equipado, no seu interior com vários contatos de ligação 5 cujas primeiras zonas das extremidades estão dispostas em uma zona de acoplamento 7 do elemento de acoplamento 2, para a ligação elétrica com um elemento de acoplamento correspondente não ilustrado aqui, que é introduzida na zona de acoplamento 7 do elemento de acoplamento 2. Além disso o elemento de acoplamento 2 apresenta um casquilho 6, que faz a ligação mecânica do elemento de acoplamento 2 com a placa de circuitos impressos 1. O casquilho 6 tem em dois lados opostos um flange 15, sendo que os flanges 15 estendem-se quase paralelamente à placa de circuitos impressos 1, assentam nesta e assim apoiam o elemento de acoplamento 2 na placa de circuitos impressos 1. Nos flanges 15 do casquilho 6 existe ainda um bujão 14 que penetra em um entalhe 13 correspondente da placa de circuitos impressos 1 e assim centra o elemento de acoplamento 2. Para facilitar a montagem do elemento de acoplamento 2 e da placa de circuitos impressos 1, a extremidade livre 26 do bujão 14 apresenta uma forma cônica na direção de introdução do elemento de acoplamento 2 na placa de circuitos impressos 1, de forma que ocorre um posicionamento automático do elemento de acoplamento 2. Quando estão montados, os flanges 15 do casquilho 6 assentam no lado 8, voltado de costas para a zona de acoplamento 7 do elemento de acoplamento 2, da placa de circuitos impressos 1. A placa de circuitos impressos 1 é forrada pelo menos deste lado 8 oposto à zona de acoplamento 7, ou seja é equipada com vias condutoras não apresentadas aqui. Além disso pode ainda equipar-se um forro em um lado 9 voltado de frente para zona de acoplamento 7 da placa de circuitos impressos 1.
Além disso, encontram-se na Figura 1 dois entalhes 10 em forma de fenda, cuja disposição central é descrita a partir do eixo central 36 e que cada uma encaixa um elemento de ligação 12 do elemento de acoplamento 2. O eixo central 36 de um entalhe 10 encontra-se em um ângulo α de cerca de 20° em relação à extensão transversal do elemento de ligação 12 quase plano. A configuração do elemento de ligação 12 encontra-se na figura 2. O elemento de ligação 12 tem a forma de cunha e apresenta na extremidade oposta à da ponta uma seção de fixação 18, com a qual este é introduzido em uma fenda 19 do casquilho 6 do elemento de acoplamento 2. O elemento de ligação 12 pode ser automaticamente mantido na fenda 19 por meio, por exemplo, de uma ligeira abóbada própria podendo no entanto ainda ser fixado com uma substância adesiva. No exemplo anterior, o elemento de ligação 12 é um componente de chapa, e o elemento de acoplamento 2 configurado como régua de terminais é moldado em plástico; os ressaltos 41 que se encontram no lado da seção de fixação 18 encaixam assim ao juntar o elemento de acoplamento 2 e o elemento de ligação 12 no plástico do elemento de acoplamento 2 e seguram firmemente o elemento de ligação 12. O elemento de acoplamento é inserido em uma direção de introdução E na placa de circuitos impressos 1. Aqui o casquilho 6 penetra o entalhe 4 da placa de circuitos impressos 1, os bujões 14 prendem nos entalhes 13 e os elementos de ligação 12 nos entalhes em forma de fenda 10. Neste caso, cada elemento de ligação 12 está encostado com as arestas de introdução 39 e 40 de uma seção de introdução e de fixação 16 às arestas laterais do entalhe 10 em forma de fenda. Com base na disposição em ângulo α do entalhe 10 e do elemento de ligação 12, este último é rodado à volta de um eixo de torção 11 que roda na sua direção longitudinal. Esta rotação ilustrada na figura 1 como a direção de rotação T encontra-se principalmente em uma seção da torção 17 do elemento de ligação 12 disposta entre a seção de fixação 18 e a seção de introdução e fixação 16. Quando a seção de introdução e de fixação 16 tiver penetrado completamente o entalhe 10 ocorre automaticamente uma rotação para trás devido às propriedades de mola do elemento de ligação 12. Assim as arestas de apoio 37 e 38 (figura 4) da seção de introdução e fixação 16 ficam encostadas às arestas laterais do entalhe 10. A seção de introdução e de fixação 16 passa em forma de cunha contra a direção de introdução E do elemento de acoplamento 2 para a placa de circuitos impressos 1 para a seção de torção 17, de forma que as arestas de apoio 37 e 38 são dispostas em um ângulo superior a 90° na direção de introdução E oposta a um eixo longitudinal do elemento de ligação 12. Desta forma garante-se, que o elemento de acoplamento 2 e a placa de circuitos impressos 1 assentam completamente em um bloco, e conseqüen-temente não existe qualquer folga entre estes dois componentes.
Tal como se pode ver na figura 2, o elemento de acoplamento 2 apresenta na direção longitudinal vários entalhes de passagem 20, inseridos nos contatos de ligação 5 em forma de L e estabilizados nas ranhuras 27. Quando o elemento de acoplamento 2 está montado, uma primeira aresta 21 do contato de ligação 5 em forma de L fica em contato com uma placa de circuitos impressos não ilustrada aqui e uma segunda aresta 22 do L termina na zona de acoplamento 7 do elemento de acoplamento 2. Para se garantir uma colocação definida da primeira aresta 21 sobre a placa de circuitos impressos, a aresta 21 que contacta com a placa de circuitos impressos está equipada com uma curva 25 na zona de contato, de forma a que este assente com um contato de ponto ou um contato linear perpendicularmente à direção de extensão da aresta 21 na placa de circuitos impressos. Uma colocação definida dos contatos de ligação 5 na placa de circuitos impressos 1, que se obtém através da disposição sem folga, acima descrita, do elemento de acoplamento 2 e da placa de circuitos impressos 1, é necessária, para se poder efetuar uma soldadura exata dos contatos de ligação 5 com a placa de circuitos impressos 1. Para este efeito é importante, que os contatos de ligação 5 com a curva 25 definida sejam premidos sobre uma massa de soldadura colocada antes na placa de circuitos impressos.
Na figura 2 encontra-se ainda apresentado um segundo elemento de acoplamento 28 sob a forma de régua de terminais que corres- ponde ao primeiro elemento de acoplamento 2 e que é introduzível neste. Para este efeito, o segundo elemento de acoplamento 28 apresenta vários entalhes 29 dispostos longitudinalmente. Cada entalhe 29 apresenta um entalhe 32 adicional perpendicular à sua direção de extensão. Nos entalhes 29 são inseridos os contatos de ligação 30 que servem para fazer o contato com os contatos de ligação 5 do primeiro elemento de acoplamento 2. Os contatos de ligação 30 encontram-se equipados em uma zona lateral com uma braçadeira de mola 31 que prende no entalhe lateral 32 dos entalhes 29 e que tranca firmemente os contatos de ligação 30 no elemento de acoplamento 28. Além disso, os contatos de ligação 30 são ainda, adicionalmente, trancados por meio de um trinco 34, que é introduzido em uma ranhura 33 correndo parcialmente na periferia do lado exterior do elemento de acoplamento 28. O primeiro elemento de acoplamento 2 apresenta na sua zona de acoplamento 7 uma ranhura 23 correndo parcialmente na periferia, na qual está inserido um gancho da braçadeira 24. O arco 24 tranca o primeiro elemento de acoplamento 2 e o segundo elemento de acoplamento 28 quando estes estão inseridos juntos.
Na figura 3 encontra-se apresentada uma ligação de ficha 3 com o primeiro elemento de acoplamento 2 e o segundo elemento de acoplamento 28 nela introduzido, no entanto, sem placa de circuitos impressos.