DE102005010704A1

DE102005010704A1 - Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder

Info

Publication number: DE102005010704A1
Application number: DE102005010704A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Lappöhn
Original assignee: ERNI Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: ERNI ELECTRONICS GMBH, 73099 ADELBERG, DE
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: US7303449B2; DE102005010704B4; US20060205283A1; JP2006253142A

Abstract

Bei einer Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder mit mindestens einer Gehäusekammer in einem Buchsengehäuse (1) für die Aufnahme einer einteiligen Kontaktfeder (4), deren kontaktgebende Federzungen (4d, 4e, 4f) überdeckungsfrei aus einem ebenen Blechstanzteil mindestens einseitig ausgebogen sind, wobei das eine Ende des Blechstanzteils, ein die Federzungen (4d, 4e, 4f) tragender Quersteg (4c), einen Festanschluss und das andere, freie Ende den Aufnahmebereich für ein Kontaktmesser ausbildet, ist die Stecktiefe (T) der Kontaktfeder (4) für ein Kontaktmesser gleich oder kleiner als ihre Steckbreite (B).

Description

Die Erfindung betrifft eine Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder mit mindestens einer Gehäusekammer in einem Buchsengehäuse für die Aufnahme einer einteiligen Kontaktfeder, deren kontaktgebende Federzungen überdeckungsfrei aus einem ebenen Blechstanzteil mindestens einseitig ausgebogen sind, wobei das eine Ende des Blechstanzteils, ein die Federzungen tragender Quersteg, einen Festanschluss ausbildet und das andere, freie, Ende den Aufnahmebereich für ein Kontaktmesser.

Üblicherweise werden Kontaktfedern U-förmig aus einer Platine ausgestanzt, wobei die beiden U-Schenkel, welche Federschenkel bilden, bezüglich des U-Stegs anschließend zueinander verdreht werden, wodurch die U-Schenkel sich genau gegenüber liegen und die Aufnahme für ein Kontaktmesser bilden. Entsprechend hoch ist der Stanzabfall und der Fertigungsaufwand. Gemessen am zur Verfügung stehenden Stanzblech-Ausgangsmaterial verringert der Stanzabfall die mögliche Stromtragfähigkeit einer Kontaktfeder. Außerdem steht der Bereich, in dem die U-Schenkel zueinander verdreht werden, nicht zur Kontaktierung mit dem Kontaktmesser und zur Erzeugung von Federkräften zur Verfügung, wodurch die Kontaktfedern und damit die Federbuchsen regelmäßig sehr lang werden.

Aus der DE 87 10 419 U1 ist bereits ein Federkontakt für elektronische Bauteile bekannt, bei dem die Federschenkel zueinander überdeckungsfrei angeordnet sind, indem einer der Federschenkel aus der Ebene des anderen Federschenkels ausgeschnitten und ausgebogen ist, wobei der Quersteg Kontaktstifte für eine Leiterplattenmontage trägt. Hierdurch wird das Stanzmaterial optimal ausgenutzt. Aber auch dieser Federkontakt hat relativ lange Federschenkel, was sich negativ auf die Toleranzen in der Stecktiefe, die Stecksicherheit des Messerkontakts und die Stromtragfähigkeit auswirkt, insbesondere für Anwendungen in vielpoligen Miniatur-Buchsen, wie Federleisten. Eine große Stecktiefe erfordert zudem auch eine entsprechend große Bauhöhe der Buchse und des Gegensteckerteils.

Auch aus der DE 93 10 600 U1 ist eine einteilige Stiftstruktur einer elektrischen Anschlussklemme zum Anbringen elektrischer oder elektronischer Bauelemente auf einer Leiterplatte bekannt, die einen Klemmhalterungsabschnitt, einen Trageabschnitt, einen Rückhalteabschnitt und einen Verbindungsstiftabschnitt aufweist und somit insgesamt sehr lang baut. Der Klemmhalterungsabschnitt ist durch zwei federnde Arme gebildet, um ein Gegenkontaktstift eines Bauelementes klemmend in Eingriff zu nehmen. Die federnden Arme weisen eine gemeinsame Basis auf, die mit dem Trageabschnitt verbunden ist, wobei die beiden Arme davon getrennt voneinander abzweigen. Ein kürzerer, mittlerer Arm ist hierzu so aus einem Blechteil ausgeschnitten und gebogen, das aus dem übrigen Blechabschnitt der Gegenarm entsteht, dessen zwei äußeren Armteile am freien Ende verbunden sind.

Ferner ist aus der DE 197 24 581 A1 eine Steckhülse für Leiterplatten bekannt, die in einem Gehäuse Klemmelemente zum Einstecken von Gegenmessern enthält. Ein Klemmelement ist als einteiliges Stanzteil aus Blech ausgebildet. Es enthält zwei flache in einer gemeinsamen Ebene liegende Arme, zwischen denen, durch je einen Schlitz getrennt, eine Zunge angeordnet ist. Die Zunge ist an einem die beiden Arme verbindenden Steg mit selbigem verbunden und so abgebogen, dass sie in ihrem unmittelbar an den Steg angrenzenden Bereich aus der Ebene der Arme nach oben läuft und anschließend sich der Oberseite der Arme wieder nähert. In geradliniger Verlängerung der Arme sind jenseits des Stegs zwei Ansätze zum Einpressen in die Leiterplatte angeformt. Schultern an den Außenkanten der Arme begrenzen den Einschiebeweg in das Gehäuse. Auch dieses Klemmelement besitzt im Vergleich zu seiner Breite noch eine relativ große Stecktiefe, die sich auf die Länge der gesamten Steckhülse auswirkt.

Letztlich offenbart die DE 202 03 083 U1 einen rahmenartigen elektrischen Federkontakt zum Aufbringen einer Leiterplatte und zur Aufnahme eines Kontaktmessers, der gleichfalls durch Stanzen und Biegen aus einem einteiligen Metallblech hergestellt ist und zumindest ein Paar gegenüberliegende Kontaktarme aufweist. Dieser Kontakt besitzt eine sehr kleine Einstecktiefe, ist aber durch seinen rahmenförmigen Aufbau insgesamt relativ großvolumig und deshalb nicht für vielpolige Kontaktbuchsen im genormten Federleisten-Anschlussrastermaß (2,54 mm) geeignet. Bei diesem Federkontakt sind beide Enden des Blechstanzteils zu Festkontakten in Form von Lötfahnen oder SMD-Kontakten für die Leiterplatte ausgebildet, und die Federarme sind entgegengesetzt von der Mitte des Blechstanzteils zu den Festkontaktenden hin ausgeschnitten, wobei zwei von Randstegen getragene Querstege als Einführhilfe für das Kontaktmesser stehen bleiben. Das Stanz- Biegewerkzeug zur Herstellung dieses Federkontaktes wird hierdurch relativ aufwändig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Miniatur-Federbuchse derart weiterzuentwickeln, dass sie sich für Federleisten im genormten Rastermaß eignet, eine geringe Einstecktiefe und damit geringe Bauhöhe besitzt, eine hohe Einstecksicherheit und damit Zuverlässigkeit einer Verbindung schafft, eine hohe Stromtragfähigkeit durch eine optimale Materialausnutzung hat, eine hohe Kontaktsicherheit infolge großer Kontaktkräfte gewährleistet sowie eine materialsparende und technologisch günstige Herstellung erlaubt.

Die Aufgabe wird von einer Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche an. Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass bei einer Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder mit mindestens einer Gehäusekammer in einem Buchsengehäuse für die Aufnahme einer einteiligen Kontaktfeder, die kontaktgebende Federzungen aus einem ebenen Blechstanzteil ausgeschnitten und überdeckungsfrei mindestens einseitig ausgebogen sind, wobei das eine Ende des Blechstanzteils, ein die Federzungen tragender Quersteg, einen Festanschluss und das andere Ende den freien Aufnahmebereich für ein Kontaktmesser ausbildet, und die Stecktiefe der Kontaktfeder gleich oder kleiner als ihre Steckbreite dimensioniert ist. Hierdurch wird die gesamte Federbuchse in Einsteckrichtung sehr kurz. Die kontaktgebenden Federzungen bringen auf kurze Länge entsprechend Steifigkeit für große Kontaktkräfte auf, und die Federzungen sind unanfällig gegenüber Biege- und Einstecktoleranzvorgaben. Die Federzungen lassen sich besonders materialarm herstellen, weil keine Ausschnitte, wie bei aus U-förmig ausgeschnittenen Blechplatinen hergestellte Kontaktfedern, anfallen. Die Kontaktfedern sind klein und vor allem sehr schmal und lassen sich deshalb sehr gut in Federleisten für die Steckverbindung zwischen elektronischen Baugruppen einsetzen. Vorzugsweise ist der kontaktgebende Federbereich der Kontaktfeder dreischenklig gestanzt und gebogen, wobei die äußeren kontaktgebenden Federzungen zur mittleren kontaktgebenden Federzunge entgegengesetzt aus dem Festanschlussbereich heraus abgebogen sind. Da bei einer Kontaktfeder mit drei Federzungen auf der einen Kontaktmesserseite zwei Federzungen anliegen und auf der anderen Seite nur eine, hat es sich als günstig für die Aufteilung des Stromflusses und der Kontaktkräfte erwiesen, wenn die zwei äußeren Federzungen auf der einen Kontaktmesserseite zusammen soviel Stanzblech beanspruchen wie die mittlere Federzunge auf der anderen Seite des Kontaktmessers. Die äußeren Federzungen sind folglich schmaler als die mittlere Federzunge, insbesondere halb so breit.

Nach einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung sind an den Kontaktfedern außenseitig, ausgehend vom Quersteg sowie einteilig und in einer Ebene mit diesem, zusätzlich Führungsrippen ausgestanzt, mit denen die Kontaktfeder in der Gehäusekammer des Buchsengehäuses positioniert ist. Die Führungsrippen sorgen für einen lagerichtigen Halt der Kontaktfedern in den Kammern und sorgen für Passgenauigkeit für eine Kontaktmesser-Steckerleiste. Die Führungsrippen sind etwa stiftartig dimensioniert und etwas kürzer als die Federzungen und bilden beim Einschieben der Kontaktfeder in die Gehäusekammer des Buchsengehäuses einen Anschlag. Für den Festanschlussbereich der Kontaktfeder ist vorzugsweise Löttechnik vorgesehen, vorzugsweise das SMD- ("surface mounted device") Lötverfahren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung tragen die Buchsengehäuse Schirmbleche zur Abschirmung hochfrequenter elektromagnetischer Störsignale. Die Schirmbleche werden hierzu außen auf mindestens zwei gegenüberliegende Seiten einer Gehäusebuchse aufgeschnappt und auf einen Masseanschluss der Leiterplatte oder Platine gelötet.

Zum lagerichtigen Positionieren der Federbuchse auf einer Leiterplatte oder Platine sind in Fortbildung der Erfindung am Buchsengehäuse Positionierstifte angeformt, die in entsprechend geformte Durchbrüche in der Leiterplatte oder Platine eingeführt werden, wobei durch die unterschiedliche Form der Positionierstifte und Durchbrüche ein irrtümlich seitenverkehrtes Einsetzen ("Verpolen") verhindert wird.

Obwohl die erfindungsgemäße Federbuchse vorteilhaft auch als einpolige Buchse ausführbar ist, wird ihr hauptsächlicher Anwendungsbereich als vielpolige Federleiste für die Verbindung elektronischer Baugruppen gesehen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert werden. In den zugehörigen schematisch ausgeführten Zeichnungen zeigen hierzu:
1 eine Ansicht einer Federbuchse mit teilweise montierten Kontaktfedern und
2 eine zur ersten Ansicht um 90 Grad gedrehte Ansicht der Federbuchse.
Die Federbuchse besitzt ein Buchsengehäuse 1, bestehend aus einem Kunststoffspritzgussteil, welches vier Seitenwände 1a, 1b, 1c, 1d, einen Boden 1e und Trennwände 1f, 1g im Inneren aufweist. Bodenseitig sind in der Figur nicht sichtbare Öffnungen vorgesehen, durch die elektrische Kontaktmesser eines Steckers hindurchreichen können. Auf die gegenüberliegenden Außenwände 1b, 1d sind Schirmbleche 2, 3 gerastet, die mit ihren SMD-Anschlüssen 2a, 2b; 3a, 3b auf eine nicht dargestellte Platine oder Leiterplatte gelötet werden. Zum Aufrasten dienen haken- und stiftartige Vorsprünge 2c, 2d an den Schirmblechen 2, 3 sowie 1h, 1i an den Seitenwänden 1b, 1d. Außerdem sind an das Buchsengehäuse 1 zwei unterschiedlich geformte Positionierstifte 1j, 1k angespritzt, die in Richtung der Montageebene verlängert sind und in entsprechend geformte Bohrungen der Leiterplatte oder Platine greifen. Hierdurch lässt sich die Federbuchse lagegenau und verdrehungssicher montieren.
Zwei Trennwände 1f, 1g unterteilen im Beispiel das Buchsengehäuse 1 in drei parallele Kammern. Die Anzahl der Kammern gibt die maximale Anzahl der Pole vor. In jede Kammer ist eine Kontaktfeder 4 gesteckt, wobei Führungsrippen 4a, 4b an den Kontaktfedern 4 in Führungsnuten 1l, 1m eintauchen, bis sie auf dem Grund des Gehäusebodens 1e aufsitzen. Eine Kontaktfeder 4 ist einteilig aus einem Blech gestanzt und gebogen. Die Führungsrippen 4a, 4b bilden mit einem Quersteg 4c, der zugleich den Festanschluss ausbildet, ein ebenes "U". Vom Quersteg 4c gehen nach der Innenseite drei überdeckungsfreie Federzungen 4d, 4e, 4f ab, wobei die mittlere, breitere Federzunge 4e nach der einen Richtung ausgebogen ist und die beiden äußeren, schmaleren Federzungen 4d, 4f nach der anderen Seite ausgebogen sind, so dass zwischen den Federzungen 4d, 4e, 4f ein in der Seitenansicht einer Kontaktfeder 4 lyraförmiger Aufnahmeraum mit Einführhilfen 4d', 4e', 4f' für ein Kontaktmesser entsteht. Nach einer Variante ist es aber auch möglich, nur die Federzunge(n) (4d, 4f oder 4e) einer Seite auszubiegen, wobei dann die andere(n) Federzunge(n) (4e oder 4d, 4f) in der Ebene des Querstegs 4c und der Führungsrippen 4a, 4b verbleiben. Die drei Federzungen 4d, 4e, 4f werden also allenfalls gebogen, aber keinesfalls verdreht und schaffen auf kurzer Länge den Aufnahmeraum für das Kontaktmesser und die notwendige Steck- und Kontaktkraft. "Kurze Länge" bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die maximale Einstecklänge "T" eines Kontaktmessers in den Federkontakt 4 kleiner oder gleich der maximal möglichen Einsteckbreite "B" eines Kontaktmessers ist. Aufgrund der Kurzbauweise wird das Buchsengehäuse 1 und damit die gesamte Federbuchse besonders niedrig. Auch verringern sich die Einführtoleranzen für ein Kontaktmesser durch den kurzen Abstand vom fest positionierten Quersteg 4c des Federkontakts 4 bis zu seinen freien Enden mit den Einführhilfen 4d', 4e', 4f'. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft bei vielpoligen Federbuchsen aus, namentlich bei ein- oder mehrreihigen Federleisten. Neben verbesserten Einführtoleranzen für Kontaktmesser ergeben sich bei vielpoligen Federbuchsen auch gleichmäßigere und damit sicherere Kontakt- und Steckkräfte im Vergleich der einzelnen Steckkontaktverbindungen untereinander. Auch die Gefahr des Verbiegens von Kontaktmessern einer korrespondierenden Messerleiste beim Aufstecken selbiger ist praktisch ausgeschlossen, da auch die Kontaktmesser kürzer, und über ihre Länge gesehen damit steifer werden, und sich zudem die Toleranzprobleme von Messerleisten aufgrund kürzerer Kontaktmesser so scharf nicht mehr stellen. Mit kürzeren Kontaktmessern verringert sich selbstverständlich auch die Bauhöhe der Messerleisten entsprechend. Aufgrund der Ausnutzung der vollen Stanzblechfläche erhöht sich außerdem die Stromtragfähigkeit der Kontaktfedern im Vergleich zu Federbuchsen, deren Kontaktfedern bei gleicher Stanzblechfläche aus einem "U" ausgeschnitten und zueinander so verdreht werden, dass sich die Federn gegenüberstehen. Weiterhin werden Echosignale vermieden, die bei langen Steckkontakten durch Laufzeitunterschiede hochfrequenter Ströme von der Kontaktierungszone bis zur Messerkontaktspitze und zurück auftreten können. Da eine erfindungsgemäße Kontaktfeder in wenigen, einfachen Arbeitsschritten auszustanzen und zu biegen ist, kommt man mit einfachen Stanz-Biegewerkzeugen aus, wodurch neben den Materialkosten auch die Herstellungskosten gering werden.
Aus der um 90° gedrehten Ansicht der Federbuchse nach 2, in der – soweit sichtbar – dieselben Bezugszeichen verwendet werden wie in 1, sind die Abmessungen der zwei Führungsrippen 4a, 4b und der drei Federzungen 4d, 4e, 4f an dem noch nicht in die freie Gehäusekammer des Buchsengehäuses 1 eingesteckten Federkontakt 4 zueinander deutlich sichtbar. Die maximal mögliche Einstecktiefe (-länge) (T) für ein Kontaktmesser von den zu einer Einführhilfe abgebogenen freien Enden 4d', 4e', 4f' der Federzungen 4d, 4e, 4f bis zum Quersteg 4c ist im Beispiel sichtbar kleiner als der Abstand von der Führungsrippe 4a zu der Führungsrippe 4b, welcher die maximale Einsteckbreite (B) für ein Kontaktmesser vorgibt.

1: Buchsengehäuse
1a, 1b, 1c, 1d: Seitenwände
1e: Boden
1f, 1g: Trennwände
1h, 1i: Gehäusevorsprung
1j, 1k: Positionierstifte
1l, 1m: Führungsnut
2, 3: Schirmblech
2a, 2b, 3a, 3b: SMD-Lötanschluss
2c, 2d: Schnapphaken (haken- und stiftartige
: Vorsprünge)
4: Kontaktfeder
4a, 4b: Führungsrippen
4c: Quersteg
4d, 4e, 4f: Federzungen
4d', 4e', 4f': Einführhilfe
T: Einstecklänge
B: Einsteckbreite

Claims

Federbuchse für Miniatur-Steckverbinder mit mindestens einer Gehäusekammer in einem Buchsengehäuse für die Aufnahme einer einteiligen Kontaktfeder, deren kontaktgebende Federzungen überdeckungsfrei aus einem ebenen Blechstanzteil mindestens einseitig ausgebogen sind, wobei das eine Ende des Blechstanzteils, ein die Federzungen tragender Quersteg, einen Festanschluss ausbildet und das andere, freie, Ende den Aufnahmebereich für ein Kontaktmesser, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecktiefe (T) der Kontaktfeder (4) für ein Kontaktmesser gleich oder kleiner ist als ihre Steckbreite (B).
Federbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kontaktgebende Federbereich der Kontaktfeder (4) dreischenklig ist, wobei die äußeren kontaktgebenden Federzungen (4d, 4f) im Vergleich zur mittleren kontaktgebenden Federzunge (4e) entgegengesetzt aus dem Quersteg (4c) heraus abgebogen sind.
Federbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren kontaktgebenden Federzungen (4d, 4f) schmaler sind als die mittlere Federzunge (4e).
Federbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (4) außenseitig, ausgehend vom Quersteg (4c), Führungsrippen (4a, 4b) trägt, mit denen die Kontaktfeder (4) in der Kammer des Buchsengehäuses (1) positioniert ist.
Federbuchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippen (4a, 4b) der Kontaktfeder (4) schmaler als die äußeren kontaktgebenden Federzungen (4d, 4f) sind.
Federbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippen (4a, 4b) kürzer als die kontaktgebenden Federzungen (4d, 4e, 4f) sind und mit dem Quersteg (4c) in einer Ebene liegen.
Federbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festanschluss am Quersteg (4c) der Feder (4) ein Lötanschluss in insbesondere SMD-Technik ist.
Federbuchse nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsengehäuse (1) auf mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten Schirmungsplatten trägt, insbesondere Schirmbleche (2, 3).
Federbuchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmbleche (2, 3) Schappbefestigungsmittel (2c) für das Buchsengehäuse (1) besitzen.
Federbuchse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmungsplatten (2, 3) in SMD-Technik auf einer Leiterplatte oder Platine befestigt sind.
Federbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsengehäuse (1) Positionierstifte (1j, 1k) für die Leiterplatte trägt.
Federbuchse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstifte (1j, 1k) zwecks "Verpolung" der Federbuchse ungleich gestaltet sind.
Federbuchse nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbuchse vielpolig ist.