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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Anschlusselement zum Anschluss eines Leiterkabels an eine Leiterplatte, mit einer für Oberflächen-Lötmontage ausgebildeten Unterseite und mit einer für Oberflächenmontage ausgebildeten Montageseite, wobei an dem elektrischen Anschlusselement für das Leiterkabel mindestens zwei Klemmelemente zum leitenden Verbinden des Leiterkabels vorhanden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anschließen eines Leiterkabels an eine Leiterplatte.
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Es sind viele Designs für elektrische Kontakte oder Verbinder zur Anbringung auf gedruckten Leiterplatten bekannt. Die
DE 196 08 032 A1 zeigt eine große Auswahl dieser Kontakte und verweist auf weitere Druckschriften zu verschiedenen Ausführungsformen. Die genannte Druckschrift beschäftigt sich im Allgemeinen mit elektrischen Kontakten und genauer mit an der Oberfläche zu befestigenden elektrischen Kontakten, die auf Oberflächen von gedruckten Leiterplatten befestigt werden können durch eine automatisch arbeitende Einrichtung zum Anbringen von Komponenten, die fähig ist, die elektrischen Kontakte nacheinander einzeln aufzunehmen und sie von einer Aufnahmestation zu einer Anbringstation zur genauen Befestigung auf einer gedruckten Leiterplatte zu transportieren.
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In der eingangs genannten Schrift wird ein an der Oberfläche zu befestigendes Kontaktelement beschrieben für das Befestigen auf einer Oberfläche einer im wesentlichen flachen, leitenden Oberseite einer gedruckten Leiterplatte. Das Kontaktelement umfasst eine Basis, die die im Wesentlichen flache Oberfläche aufweist und geeignet ist zur Befestigung mit der leitenden Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte. Ein solches elektrisches Kontaktelement, das die Form eines Pins, Vorsprungs, einer Teststelle, Aufnahme oder eines Jumpers haben kann, hat wenigstens einen Abschnitt, der von der Basis in einer Richtung senkrecht zur Basis vorsteht. Es verbindet wenigstens ein gebogener dazwischenliegender Verbindungsabschnitt den Kontakt integral mit der Basis. Der Kontakt, die Basis und der gebogene dazwischenliegende Verbindungsabschnitt sind alle aus einem flachen, leitenden Material geformt. Es wird auch ein Rohling für den an der Oberfläche zu befestigenden Verbinder sowie ein aufgerollter Streifen von Verbindern offenbart. Die offenbarten Verbinder sind nicht zur direkten Aufnahme von Leitern vorgesehen.
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Weiterhin sind Klemmelemente bekannt für den abisolierfreien Anschluss verschiedener Kabel. Das isolierte Kabel wird dazu in eine Kabelaufnahme der Klemme eingeführt und anschließend in ein Schneidelement gedrückt, wodurch die Isolierung des Kabels durchtrennt und der Leiter von den Schneidelementen kontaktiert wird. Dabei gibt es eine große Anzahl von Ausführungsmöglichkeiten solcher Klemmelemente zum Anschluss von nichtisolierten Kabeln. Diese unterscheiden sich zum einen dadurch, wie das in die Klemmaufnahme eingeführte Kabel in das Schneidelement eingedrückt wird, zum anderen wie das Klemmelement auf der Leiterplatte befestigt wird. Aus der Druckschrift
DE 201 12 045 U1 ist ein hülsenförmiges Klemmelement bekannt mit einem dem abisolierfreien Anschluss eines elektrischen Leiters dienenden in Längsrichtung verlaufenden Klemmschlitz, mit zwei zum Klemmschlitz hin konvergierenden gegenüberliegenden ausgeformten Schneiden, mit mindestens einem aus dem bogenförmigen Bodenbereich ausgeformten Befestigungszapfen. Diese Art von Klemmelementen wird verwendet zur herkömmlichen Verlötung auf Leiterplatten mit dafür vorgesehenen Bohrungen.
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Der hauptsächliche Nachteil bestehender Kontaktelemente ist, dass die Leiter für die Kontaktelemente entsprechend vorbereitet werden müssen oder es für sehr kleine Leiterquerschnitte gar keine geeigneten Kontaktelemente gibt, die eine einfache Schneid-Klemm-Montage zulassen. Bei der Herstellung von Kleinsensoren müssen die Kabel durch fehlende Kleinstverbinder aufwändig einzeln angeschlossen werden. Entweder müssen die Leiter mit Hülsen zum Aufstecken auf die Kontaktelemente vorbereitet werden oder der Leiter wird an den zur Verfügung gestellten Kontaktstift angelötet.
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Eine derartige Lötmontage muss vielfach in Handarbeit durchgeführt werden, da die Leiter nicht maschinell zu bestücken sind. Dies ist zeit- und kostenaufwändig. Auch das Aufbringen von zusätzlichen Hülsen auf den Leiter ist kosten- und zeitaufwändig. Eine derartige Vorbereitung der Leiter oder die Lötmontage von Hand kann fehlerbehaftet sein, und es kann zu einem hohen Nacharbeitsaufwand kommen.
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Oft wird das Kabel auch mangels geeigneter Verbinder oder Kontakte direkt auf der Leiterplatte angelötet. Auch hier muss das Kabel abisoliert und durch einen zusätzlichen Arbeitsgang aufgelötet werden.
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Weiterhin wird der Leiter bei den bekannten Verbindern nur durch den Verbinder gehalten. Dies führt dazu, dass bei erhöhter mechanischer Belastung das Kabel aus dem Verbinder gezogen wird.
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Die bisherigen Klemmvorrichtungen sind auch nicht für sehr kleine Abstände, kleiner 2,5 mm Rastermaß geeignet. Bei kleineren Abständen als 2,5 mm Rastermaß müssen die Leitungen direkt an die Leiterplatte angelötet werden.
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Von weiterem Nachteil bei bisherigen Klemmvorrichtungen ist auch der Umstand, dass der Leiter bei der Montage gegebenenfalls beliebig weit in die Klemmvorrichtung eingeführt werden kann und unter Umständen in die nachfolgend untergebrachten Baugruppen ragt. Bei einem teilweise abisolierten Leiter kann dies zu Kurzschlüssen auf den nachfolgenden Baugruppen führen.
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Die
DE 42 07 369 C1 offenbart ein Schneid-Klemm-Anschlusselement zum Kontaktieren von elektrischen Leitern, insbesondere für Kabeladern der Fernmeldetechnik, aus einem im Querschnitt U-förmigen Profilstück mit einem Schneid-Klemm-Kontakt und mehreren Mittelstegen.
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Die
FR 2 842 029 offenbart das Anbringen von elektrischen Leitern auf Leiterplatten mit unterschiedlichen Schaltkreisen und elektronischen Bauelementen, wobei die Leiterplatte mindestens ein Crimpelement aufweist das mit der Platine verlötet ist.
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Die
DE 200 01 510 U1 offenbart eine Anschlussvorrichtung für elektrische Leiter, die wenigstens eine Leitungsader und eine die Leitungsader umgebende Isolierung umfassen, mit auf der Leiterplatte befestigbaren Schneidkontaktelementen.
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Die
US 1 706 005 offenbart eine Schneidklemme mit zwei Schneidkontakten für ein Kabel mit Isolierung.
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Die
US 2 630 468 offenbart eine Schneidklemme für ein Kabel mit Isolierung mit einem Dorn.
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Die
US 4 790 771 offenbart eine Schneidklemme zur Bestückung auf einer Platine mit einem Schneidelement, wobei das Schneidelement in das Kabel eingeschnitten wird indem das Kabel entgegen der Einführrichtung bewegt wird.
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Die
US 6 442 832 offenbart eine Leiterklemme zur Bestückung auf einer Platine, wobei die Leiterklemme durch ein Stempelwerkzeug zusammengedrückt wird, so dass der Leiter in der Leiterklemme eingeklemmt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes, platzsparendes, elektrisches Anschlusselement für eine einfache, bedrahtungsfreie Montage oder Bestückung bereitzustellen, das insbesondere in besonders kleinen Sensoren eingesetzt werden kann und eine einfache Kontaktierung ermöglicht, die insbesondere auch eine maschinelle Fertigung erlaubt.
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Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
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Durch die für Oberflächen-Lötmontage ausgebildete Oberfläche lässt sich die Kontakthülse auf sehr einfache Weise mit anderen Bauteilen, welche für Oberflächen-Lötmontage ausgebildete Oberflächen haben, in einem Arbeitsgang bestücken. Die Oberflächen-Lötmontage ist unter dem Begriff ”Surface mounted device” (SMD) bekannt. Diese SMD-Bauteile finden heute in der Elektronikfertigung fast ausschließlich Anwendung. Sind alle Bauteile auf einer Leiterplatte als SMD-Bauteile verfügbar, so kann die Leiterplatte in einem Arbeitsgang vollautomatisch bestückt und gelötet werden. Die Bauteile werden von Bestückungsautomaten auf die Leiterplatte gesetzt. Die Kontaktstellen für die SMD-Bauteile wurden in einem Arbeitsgang davor mit Lötpaste vorbereitet. Danach wird die gesamte Leiterplatte erhitzt und die Bauteile an den dafür vorgesehenen Stellen angelötet. In der Leiterplatte sind dadurch keine Löcher vorzusehen für herkömmlich bedrahtete Bauteile. Durch die Ausbildung des Anschlusselements als SMD-Bauteil kann dieses zusammen mit den anderen Bauteilen bestückt werden.
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Gleichzeitig sind wenigstens zwei Klemmelemente vorgesehen, mit denen das Leiterkabel leitend mit dem Anschlusselement verbindbar ist. Durch die mechanische Kontaktierung kann auf einen weiteren Lötvorgang verzichtet werden. Durch das Einpressen des Klemmelements in das Leiterkabel bis zur leitenden Verbindung kann auf ein Abisolieren verzichtet werden. Da auch das Einpressen maschinell erfolgen kann, fallen insgesamt reduzierte Kosten bei der Bestückung von Leiterkarten an. Die so hergestellten bestückten Leiterkarten weisen auch eine sehr hohe Qualität auf. Für die elektrischen Anschlusselemente müssen keine Bohrungen in der Leiterplatte vorgesehen werden. Dadurch wird auch die Herstellung der Leiterkarte und damit des gesamten elektronischen Bauteils, insbesondere eines magentischen Sensors, der nur aus der bestückten Leiterkarte mit einem Gehäuse und dem Leiterkabel besteht, kostengünstiger.
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Da die Klemmelemente als Dorn und das elektrische Anschlusselement hülsenförmig ausgebildet ist, können Leiterkabel mit sehr kleinen Querschnitten verwendet werden. Diese werden in der Hülse gehalten, während der Dorn von außen in das Kabel eingedrückt wird. Damit kann das Anschlusselement für sehr kleine Leiterquerschnitte zum Beispiel kleiner 0,2 mm2, typischerweise 0,14 mm2 verwendet werden. Das Anschlusselement wird dafür in den notwendigen kleinen Abmessungen hergestellt. Die Fläche für die Oberflächenbestückung weist dabei nur eine Fläche von wenigen Quadratmillimetern auf. Das elektrische Anschlusselement ist auch für Rastermaße kleiner 2,5 mm, typischerweise 2,5 mm–1,5 mm geeignet.
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Vorteilhaft ist die Erfindung in Miniatursensoren, insbesondere in magnetischen Sensoren, einsetzbar. Durch die Oberflächenbestückungseigenschaften und die geringe Bauform ist es möglich, das elektrische Anschlusselement auf Leiterkarten für kleinste Sensoren unterzubringen. Dadurch können auch sehr kleine Anschlussleitungen ohne Lötvorgang oder Schraubklemme angeschlossen werden. Für den Anschluss der Leitung ist vorteilhaft auch nur ein Arbeitsgang notwendig.
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Die Klemmelemente sind bevorzugt als laschenförmiger, spitz zulaufender Abschnitt der Bauteilwand des elektrischen Anschlusselementes ausgeführt. Der Leiter kann vorteilhaft ohne Abisolierung angeschlossen werden. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Anschlusselements.
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Es können auch mehr als zwei Klemmelemente an dem elektrischen Anschlusselement untergebracht werden. Die Klemmelemente können auf der ganzen Oberfläche des elektrischen Anschlusselementes angeordnet werden. Dadurch wird vorteilhaft die Kontaktsicherheit zwischen elektrischem Anschlusselement und dem Leiter erhöht.
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Erfindungsgemäß werden die zwei Klemmelemente des elektrischen Anschlusselementes hintereinander in Richtung des Leiters an dem elektrischen Anschlusselement angeordnet. Durch die Anordnung der Klemmelemente hintereinander kann das elektrische Anschlusselement vorteilhaft besonders schmal ausgeprägt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn an das elektrische Anschlusselement besonders schmale Platzanforderungen gestellt sind. Dies ist besonders bei Miniatursensoren der Fall.
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Erfindungsgemäß sind die als Dorn ausgebildeten zwei Klemmelemente mit ihrem laschenförmigen spitz zulaufenden Abschnitt zueinander entgegengesetzt an dem elektrischen Anschlusselement angeordnet. Das erste Klemmelement zeigt in Richtung der Leitereinführungsrichtung, das zweite zeigt entgegengesetzt zur Leitereinführungsrichtung. Dadurch verschiebt sich der Leiter beim Umbiegen und Einpressen der Klemmelemente nicht. Der Leiter kann sich dadurch auch nicht aus der Befestigung lösen.
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Zusätzlich ist das elektrische Anschlusselement hülsenförmig ausgebildet. Die Hülsenform bildet dabei die optimale Form, um an der Montageseite eine Ansaugfläche für einen SMD Bestückungsautomaten bereitzustellen und an der Unterseite die Fläche für die Oberflächen-Lötmontage bereitzustellen. Die in dem hülsenförmigen Anschlusselement angebrachten Klemmelemente sind durch die Hülsenform in gleichem Abstand zu dem Leiter angebracht.
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Durch die hülsenförmige Ausbildung ist vorteilhaft besonders wenig Material für die Herstellung des elektrischen Anschlusselements notwendig. Das elektrische Anschlusselement ist durch die Hülsenform auch in besonders kleinen Abmessungen herstellbar. Die Hülsenform gewährleistet auch bei kleinsten Abmessungen optimale Stabilität des elektrischen Anschlusselementes, insbesondere während des Einpressens des Klemmelements.
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Zum Anschluss von mehreren Leitern kann es vorgesehen sein, die elektrischen Anschlusselemente nebeneinander zu montieren. Auf diese Art kann vorteilhaft ein vieladriges Kabel kompakt angeschlossen werden.
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Zum Anschluss von mehreren Leitern auf begrenztem Raum kann es vorteilhaft vorgesehen sein, auf beiden Seiten der Leiterplatte elektrische Anschlusselemente anzubringen. Gerade bei Kleinsensoren nimmt der Anschlussraum einen Großteil der gesamten Bauform des Sensors ein. Hier wirkt sich die besonders kompakte Anschlussmöglichkeit besonders vorteilhaft aus.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das elektrische Anschlusselement eine Zugentlastung auf. Die Zugentlastung ist vorteilhaft in das Anschlusselement integriert. Nach dem Einlegen des Leiters in das Anschlusselement wird die Zugentlastung des Anschlusselementes gleichzeitig mit dem Einpressen der Dome um den Leiter gebogen und angedrückt. Dadurch erhält der Leiter eine zusätzliche mechanische Sicherung. Gerade wenn die Leiterplatte in einem anschließenden Arbeitsgang mit den eingepressten Leitern weiterverarbeitet wird, zum Beispiel in ein Gehäuse eingebaut oder vergossen wird, wird der Leiteranschluss gegen mechanische Belastungen geschützt.
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Weiterhin weist das erfindungsgemäße elektrische Anschlusselement einen Anschlag für den Leiter auf. Der Leiter trifft beim Einführen in das Klemmelement auf den Anschlag. In dieser Position werden die Dorne dann in den Leiter eingepresst. Durch den Anschlag wird verhindert, dass der Leiter auf nachfolgende Baugruppen gelangen und dort unter Umständen eine Kurzschluss verursachen könnte. Dadurch wird auch die Montage erleichtert. Bei der Montage muss nicht auf eine bestimmte Einführungslänge geachtet werden. Gerade bei den sehr kleinen Bauformen stellt dies eine sehr gute Hilfe für die Montage dar.
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Vorteilhafterweise sind das elektrische Anschlusselement und die Klemmelemente, die Zugentlastung und der Anschlag aus einem Teil ausgeformt. Dies spart Kosten beim Herstellen des Anschlusselementes.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1; eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform;
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3 das Anschlusselement aus 1 mit eingepresstem Leiterkabel;
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4 das Anschlusselement aus 2 mit eingepresstem Leiterkabel und Anschlag;
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5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Kontaktbereich;
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselements 1. Das elektrische Anschlusselement 1 dient dazu, ein Leiterkabel 12 direkt an eine Leiterplatte 26 anschließen zu können. Dazu wird das elektrische Anschlusselement 1 direkt auf der Leiterplatte 26 bestückt und angelötet. Solche Leiterplatten 26 finden vorzugsweise bei Miniatursensoren, insbesondere magnetischen Sensoren, Einsatz.
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An der Montageseite 10 des elektrischen Anschlusselements 1 sind zwei Klemmelemente 6 angebracht. Die Klemmelemente 6 sind dabei als laschenförmige, spitz zulaufende Abschnitte einer Bauteilwand des Anschlusselements 1 ausgebildet. Das elektrische Anschlusselement 1 wird bei der Bestückung der Leiterplatte 26 mit einem Bestückungsautomaten von diesem an der Montageseite 10 angesaugt und auf der entsprechenden Lötfläche 36 platziert. Die Montageseite 10 des Anschlusselementes 1 weist dabei eine plane Teiloberfläche auf, die geeignet ist, das Anschlusselement 1 mit einem Bestückungsautomaten aufzugreifen. Nachdem das Anschlusselement 1 positioniert ist, wird das Anschlusselement 1 zusammen mit den anderen bestückten Bauteilen in einem Arbeitsgang gelötet.
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Damit das Anschlusselement 1 mit der Technik der Oberflächen-Lötmontage aufgelötet werden kann, weist dies an seiner Unterseite 8 eine Fläche für die Oberflächen-Lötmontage auf. Diese Fläche erstreckt sich entlang der gesamten Unterseite 8 des Anschlusselements 1. Die Unterseite ist dabei für die Oberflächen-Lötmontage plan gestaltet zur optimalen sicheren Positionierung des Anschlusselements 1 auf der Leiterplatte 26. Auf der Leiterplatte 26 ist ein Pad vorgesehen, das in etwa der Größe der Lötfläche des Anschlusselementes 1 entspricht. Die Unterseite 8 wird durch das Löten optimal mit der Lötfläche 36 verbunden. Der Lötvorgang wird zum Beispiel durch Rückflusslöten durchgeführt. Dabei ist vor dem Bestücken der Bauteile eine Lotpaste auf den Lötflächen aufgetragen. Danach durchläuft die gesamte Leiterplatte 26 einen Lötofen. Alle Bauteile werden damit auf der Leiterplatte 26 eingelötet. Das elektrische Anschlusselement 1 ist in 1 in eingelötetem Zustand abgebildet.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des elektrischen Anschlusselementes 1 mit Klemmelementen 6, die jetzt seitlich an dem Anschlusselement 1 ausgebildet sind. Die Klemmelemente 6 können dabei auf beiden Seiten angeordnet sein. An der Montageseite 10 des elektrischen Anschlusselements 1 ist die Oberfläche auch in diesem Ausführungsbeispiel für die Oberflächenmontage ausgebildet, wobei hier die Fläche sich entlang des gesamten Anschlusselementes erstreckt. Die Unterseite 8 ist identisch zum ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
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3 zeigt das elektrischen Anschlusselement 1 aus 1 mit eingepresstem Leiterkabel 12. Das Leiterkabel 12 wird dazu in Längsrichtung des Leiterkabels 12 in das elektrische Anschlusselement 1 eingeführt. Mit einem nicht dargestellten Einpresswerkzeug werden die beiden Klemmelemente 6, die als Dorne ausgebildet sind, in das Leiterkabel 12 eingepresst. Die laschenförmigen spitz zulaufenden Abschnitte der Bauteilwand des elektrischen Anschlusselementes 1 werden dabei in Richtung des Leiterkabels 12 in den Leiter 14 eingepresst. Dabei wird die Isolierung des Leiterkabels 12 durchschnitten und der Leiter 14 mit den Dornen und somit mit dem elektrischen Anschlusselement 1 leitend verbunden.
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Das Einpressen der Klemmelemente 6 wird nach dem Bestücken der Leiterplatte mit dem Anschlusselement 1 in einem Arbeitsgang durchgeführt. Durch die entgegengesetzt angebrachten Klemmelemente 6 wird das Leiterkabel 12 beim Einpressen nicht verschoben. Das Leiterkabel 12 behält seine ursprüngliche Lage bei. Die ausübende Kraft des Einpresswerkzeuges auf die Dome und somit auf das Leiterkabel 12 bewirkt keine Scherkraft auf die Lötverbindung. Das Leiterkabel 12 wird weiter vorteilhaft gegen ein Lockern durch Vibrationen oder andere mechanische Belastungen geklemmt. Das Leiterkabel 12 ist nun fest und leitend mit dem elektrischen Anschlusselement 1 verbunden.
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4 zeigt das elektrische Anschlusselement 1 aus 2 mit seitlich eingepressten Dornen in das Leiterkabel 12. Ein ebenfalls nicht dargerstelltes Einpresswerkzeug presst dabei die Klemmelemente 6 von einer Seite, oder wenn auf der anderen Seite des Anschlusselements auch Klemmelemente vorgesehen sind, von beiden Seiten in das Leiterkabel 12. Durch das Einpresswerkzeug wird dabei kein Druck auf die Leiterplatte 26 ausgeführt, denn es greift zum Biegen der Klemmelemente 6 das Anschlusselement 1 nach Art einer Zange, so dass keine Kraft auf die Lötverbindung zwischen der Leiterplatte 26 und dem Anschlusselement 1 ausgeübt wird. Vorteilhaft ist diese zweite Ausführungsform insbesondere dann, wenn auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 26 schon Bauteile bestückt sind und diese Seite nicht mehr mechanisch belastet werden soll und ein Einpressen der Klemmelemente in Richtung auf die Leiterplatte, wie im ersten Ausführungsbeispiel, nicht möglich ist.
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Zusätzlich ist an dem elektrischen Anschlusselement 1 nach der zweiten Ausführungsform ein Anschlag 32 zur Begrenzung der Leitungseinführung angeordnet. Beim Einführen des Leiterkabels 12 in das elektrische Anschlusselement 1 wird das Einführen des Leiterkabel 12 durch den Anschlag 32 begrenzt. Das Leiterkabel 12 kann dadurch nicht in nachfolgende Baugruppen ragen und dort evtl. Kurzschlüsse verursachen.
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5 zeigt ein elektrisches Anschlusselement 1 mit Schnitt durch den Kontaktbereich. Der Schnitt zeigt die Durchdringung des Klemmelementes 6 durch die Leiterkabelisolierung bis auf Leiteradern 14. Das Klemmelement 6 ragt dabei tief in den Leiterquerschnitt und verbindet die Leiteradern 14 elektrisch leitend mit dem elektrischen Anschlusselement 1.
