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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Anschlusselement
zum Anschluss eines Leiters an eine Leiterplatte bzw. an daran angeordnete
Leiterbahnen, umfassend ein Gehäuse,
mindestens einen Klemmanschluss für den Leiter sowie mindestens
zwei Anschlusspins zur vorzugsweise lötbaren Verbindung mit der Leiterplatte
bzw. den Leiterbahnen, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung umfassend eine Leiterplatte mit
einer Oberseite und einer Unterseite und ein an der Oberseite der
Leiterplatte montierbares elektrisches Anschlusselement zum Anschluss
eines Leiters, wobei das elektrische Anschlusselement ein Gehäuse, mindestens
einen Klemmanschluss für den
Leiter sowie mindestens zwei Anschlusspins zur vorzugsweise lötbaren Verbindung
mit der Leiterplatte aufweist, und die Leiterplatte mit Aufnahmeöffnungen
zur Aufnahme der Anschlusspins versehen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
10.
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Elektrische
Anschlusselemente finden in verschiedensten Ausführungsformen Anwendung, um einen
zumeist kabelförmigen
Leiter an eine Leiterplatte (auch als PCB, Printed Circuit Board,
bezeichnet) bzw. an daran angeordneten Leiterbahnen anzuschließen.
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Derartige
elektrische Anschlusselemente sind auf der Leiterplatte mittels
abstehender Kontaktelemente, im Folgenden Anschlusspins genannt,
befestigt, welche in Montageposition elektrisch leitend mit an der
Leiterplatte vorgesehenen, zugeordneten Leiterbahnen verbunden sind.
Die Anschlusspins werden auch als Lötpins bezeichnet, weil sie üblicherweise
in bereits in der Leiterplatte vorhandene Aufnahmeöffnungen
bzw. Bohrungen eingreifen und anschließend mit der Leiterplatte verlötet werden.
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Anschlusspins
existieren in unzähligen
Ausführungsvarianten
und weisen zumeist einen runden oder rechteckigen Querschnitt auf.
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Aufgrund
der hohen Anordnungsdichte von an der Leiterplatte vorgesehenen
Bauteilen ist eine möglichst
kleine Dimensionierung auch der elektrischen Anschlusselemente erwünscht.
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Die
Reduzierung der Größe der elektrischen Anschlusselemente
stößt jedoch
aufgrund eines zwischen den einzelnen Anschlusspins notwendigen
Sicherheitsabstandes an eine Grenze.
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Derartige
Sicherheitsabstände
sind zumeist normgemäß vorgeschrieben,
um einen Spannungsüberschlag
und somit einen Kurzschluss zwischen benachbarten Anschlusspins
sicher zu verhindern und variieren entsprechend der Höhe der am
elektrischen Anschlusselement bzw. an den Anschlusspins anliegenden
Spannung.
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Die
konkrete Spannung, welche notwendig ist, um Strom durch einen Isolator,
bei gattungsgemäßen Leiterplatten-Anordnungen
insbesondere zwischen den benachbarten Anschlusspins befindliche Luft,
fließen
zu lassen, ist im Wesentlichen proportional zur Länge des
im Folgenden als „Spannungsstrecke" bezeichneten Weges,
welchen die Elektronen durch den Isolator bzw. durch die Luft zurücklegen müssen, um
von einem Anschlusspin zum nächst
gelegenen Anschlusspin zu gelangen und einen Kurzschluss zu verursachen.
Dementsprechend ist eine materialspezifische Durchschlagfestigkeit
auch in der Einheit [V/mm] angegeben. Hierbei weist Kunststoff eine
etwa zehn- bis vierzigfach höhere
Durchschlagfestigkeit auf als das Medium Luft.
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Der
erwähnte
Sicherheitsabstand entspricht bei konventionellen elektrischen Anschlusselementen
der Spannungsstrecke, welche im Wesentlichen mit der Lücke zwischen
zwei Anschlusspins gleichzusetzen ist. Genauer gesagt wird der Sicherheitsabstand
bzw. die Spannungsstrecke üblicherweise
als unmittelbarer Abstand zwischen den Außenmänteln zweier Anschlusspins
auf einer in Normalrichtung zu den zumeist in Steckrichtung des
elektri sche Anschlusselementes verlaufenden Achsen der Anschlusspins
gedachten Verbindungslinie gemessen, wobei ein solcherart gemessener
Sicherheitsabstand auch als „Luftstrecke" bezeichnet wird.
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Parallel
dazu ist auch ein weiterer Sicherheitsabstand hinsichtlich einer „Kriechstrecke" definiert, welche
der Strom entlang der Oberfläche
der Leiterplatte zurücklegen
muss, um von einem Anschlusspin zum nächsten zu gelangen. Der vorgeschriebene „Kriechstrecken"-Sicherheitsabstand
ist zumeist wesentlich höher
als der „Luftstrecken"-Sicherheitsabstand,
da die Oberfläche
der Leiterplatte im Laufe des Betriebs verschmutzen kann und der
an der Oberfläche
der Leiterplatte anhaftende Schmutz, gegebenenfalls in Kombination
mit einem Vorliegen hoher Luftfeuchtigkeit und einer Kondensation
der Luftfeuchte an der Leiterplatte, einen erleichterten Kurzschluss
zwischen zwei Anschlusspins ermöglicht.
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Die
normgemäßen Sicherheitsabstände unterliegen
neben der Leistungsklasse der elektrischen Anschlusselemente noch
weiteren Faktoren wie etwa dem Einsatzgebiet der elektrischen Anschlusselemente,
z.B. ob diese in Industrie- oder in Haushaltsnetzen eingesetzt ist.
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Falls
die Leiterplatte im Bereich der für die Aufnahme der Anschlusseins
vorgesehenen Aufnahmeöffnungen
noch metallische Einfassungen aufweist, so kann sich hierbei die
effektive Spannungsstrecke bzw. „Kriechstrecke", welche der Strom
zwischen zwei Anschlusspins zurücklegen
muss, noch verringern. Auch die Schichtdicke des Lötmaterials, mittels
welchem die Anschlusspins mit der Leiterplatte verlötet sind,
ist hierbei zu berücksichtigen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die einzelnen
Anschlusspins voneinander zu isolieren, um einen Spannungsüberschlag
zwischen diesen zu verhindern. Insbesondere soll es ermöglicht werden,
die Anschlusspins des elektrischen Anschlusselementes näher zueinander
anzuordnen und somit eine kleinere Bauweise des elektrischen Anschlusselementes
zu ermöglichen
als dies bei konventionellen Anschlusselementen bzw. durch die Vorgabe
der beschriebenen Sicherheitsabstände der Fall ist. Trotz der
kleineren Beabstandung der Anschlusspins soll jedoch eine ausreichende
Sicherheit gegenüber
der Gefahr eines Spannungsüberschlags zwischen
benachbarten Anschlusspins gewährleistet sein.
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Erfindungsgemäß werden
diese Ziele durch ein elektrisches Anschlusselement mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 10 erreicht.
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Ein
gattungsgemäßes elektrisches
Anschlusselement zum Anschluss eines Leiters an eine Leiterplatte
bzw. an daran angeordnete Leiterbahnen umfasst ein Gehäuse, mindestens
einen Klemmanschluss für
den Leiter sowie mindestens zwei Anschlusspins zur vorzugsweise
lötbaren
Verbindung mit der Leiterplatte. Erfindungsgemäß weist das Gehäuse an einer
in Montageposition der Leiterplatte zugewandten Unterseite mindestens
ein abstehendes Trennelement aus einem isolierenden Material auf,
welches zumindest abschnittsweise zwischen den Anschlusspins angeordnet
ist und sich in Montageposition durch die Leiterplatte hindurcherstreckt.
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Auf
diese Weise werden benachbarte Anschlusspins isolierend voneinander
abgeschirmt bzw. die Durchschlagsfestigkeit jenes Bereichs zwischen zwei
benachbarten Anschlusspins erhöht,
welcher bei konventionellen elektrischen Anschlusselementen bisher
nur durch das Medium Luft gebildet war.
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Die
Länge der
Spannungsstrecke zwischen den Anschlusspins ergibt sich also bei
einem erfindungsgemäßen elektrischen
Anschlusselement nicht mehr in der oben beschriebenen Weise als
ein linearer Normalabstand zwischen zwei Anschlusspins, sondern
entspricht nun jenem hypothetischen Weg, welchen der an einem Anschlusspin
anliegende Strom zur Überwindung
bzw. Umrundung der Fläche des
Trennelementes nehmen muss, um zum nächst benachbarten Anschlusspin
zu gelangen.
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Es
versteht sich, dass das Trennelement hierbei eine gewisse Mindestdicke
aufweisen muss, um nicht einem Spannungsdurchschlag zu unterliegen.
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Durch
Vorsehung eines erfindungsgemäßen Trennelementes
kann also die Spannungsstrecke (sowohl die oben beschriebene „Kriechstrecke" als auch die „Luftstrecke") deutlich erhöht und die
Abstände
zwischen den Anschlusspins verringert werden, ohne dass daraus ein
Sicherheitsrisiko bzw. eine Kurzschlussgefahr resultieren würde. Indem
die Anschlusspins fortan näher
zueinander benachbart sein können,
wird der Platzbedarf des erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
gegenüber konventionellen
elektrischen Anschlusselementen verringert. Durch die solcherart
ermöglichte
kleinere Fertigung des elektrischen Anschlusselementes ergibt sich
zudem ein Kostenvorteil sowohl bei der Herstellung von Anschlusselementen
und als auch bei der Herstellung von korrespondierenden Leiterplatten,
welche ebenfalls kleiner dimensioniert werden können.
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Gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 2, wonach das Trennelement in einer im Wesentlichen
normalen Richtung von der Unterseite des Gehäuse absteht und gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 3, wonach das Trennelement in der Mitte
zwischen zwei benachbarten Anschlusspins angeordnet ist und sich vorzugsweise
in normaler Richtung zu einem Achsabstand zwischen den Anschlusspins
erstreckt, wird eine Optimierung des Materialaufwands für die Trennelemente
sowie eine einfach herstellbare Kompatibilität hinsichtlich der Steckbarkeit
der Trennelemente in der Leiterplatte ermöglicht.
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Indem
die ab der Unterseite des Gehäuses gemessene,
sich in Montageposition in Richtung der Leiterplatte erstreckende
Länge des
abstehenden Trennelementes sowie die entlang der Unterseite des Gehäuses verlaufende
Breite des Trennelementes zufolge der kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 4 jeweils so gewählt
sind, dass sowohl eine vom an den Anschlusspins anliegenden Strom
zur Umrundung des Trennelementes zurückzulegende, einen Kurzschluss
zwischen zwei benachbarten Anschlusspins verursachende „Luftstrecke" als auch eine vom
Strom zur Umrundung des Trennelementes zurückzulegende, einen Kurzschluss
zwischen zwei benachbarten Anschlusspins verursachende, entlang
einer Unterseite der Leiterplatte sowie der Oberfläche des
Trennelementes verlaufende „Kriechstrecke" jeweils mindestens
so groß,
vorzugsweise größer ist
als ein korrespondierender normgemäßer „Luftstrecken"-Sicherheitsabstand
bzw. ein „Kriechstrecken"-Sicherheitsabstand,
wird ein Spannungsüberschlag
zwischen benachbarten Anschlusspins sicher verhindert.
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Das
Trennelement kann gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 5 integral mit dem Gehäuse gefertigt sein. Auf diese
Weise wird eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 6 ist das elektrische Anschlusselement aus
Kunststoff gefertigt. Der Werkstoff Kunststoff weist allgemein eine
hohe Isolierwirkung bzw. Durchschlagfestigkeit auf und eignet sich
daher ganz besonders, um benachbarte Anschlusspins voneinander abzuschirmen.
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Gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 7 ist das Trennelement in fertigungstechnisch
einfacher Weise im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Die Rechtecksform
weist vorzugsweise abgerundete oder gefaste Bereiche auf, um eine
bessere Steckbarkeit der Trennelemente zu ermöglichen bzw. um Material einzusparen.
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Um
eine verbesserte Isolierwirkung zu erzielen, ist das Trennelement
gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 8 schachtförmig ausgeführt, wobei eine beliebige Anzahl
der Anschlusspins vom Trennelement in einer normal auf die Unterseite
der Leiterplatte erfolgenden Draufsicht zumindest abschnittsweise
umgeben ist.
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Gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 9 ist es für den Fall, dass auf der Leiterplatte
mehrere elektrische Anschlusselemente aneinandergrenzend angeordnet
sind, auch mög lich, an
der Unterseite des Gehäuses
eine beliebige Anzahl an zusätzlichen
Trennelementen vorzusehen, welche zwischen den Anschlusspins eines
ersten elektrischen Anschlusselementes und den Anschlusspins eines
angrenzenden weiteren elektrischen Anschlusselementes angeordnet
sind.
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Anspruch
10 richtet sich analog zu den voranstehend beschriebenen Ansprüchen auf
eine Anordnung, umfassend eine Leiterplatte mit einer Oberseite
(auch „Montageseite" genannt) und einer
Unterseite (auch „Lötseite" genannt) sowie ein
an der Oberseite der Leiterplatte montierbares elektrisches Anschlusselement
zum Anschluss eines Leiters an auf der Leiterplatte angeordnete
Leiterbahnen, wobei das elektrische Anschlusselement ein Gehäuse, mindestens
einen Klemmanschluss für
den Leiter sowie mindestens zwei Anschlusspins zur vorzugsweise lötbaren Verbindung
mit der Leiterplatte bzw. den Leiterbahnen aufweist und die Leiterplatte
mit Aufnahmeöffnungen
zur Aufnahme der Anschlusspins versehen ist. Um die bereits beschriebene
Isolierwirkung bzw. kleinere Abstände zwischen den einzelnen Anschlusspins
zu ermöglichen
und einen Spannungsüberschlag
zwischen benachbarten Anschlusspins sicher auszuschließen, ist
im montierten Zustand der Anordnung mindestens ein zumindest abschnittsweise
zwischen den Anschlusspins angeordnetes Trennelement aus isolierendem
Material vorgesehen.
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Das
erfindungsgemäße Trennelement
ist in einer bevorzugten Ausführungsweise
gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 11 an einer der Leiterplatte zugewandten
Unterseite des Gehäuses
des elektrischen Anschlusselementes angeordnet und vorzugsweise
integral mit dem Gehäuse
gefertigt. Hierbei ist die Leiterplatte mit mindestens einer Zusatz-Aufnahmeöffnung versehen,
durch welche sich das Trennelement hindurcherstreckt.
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In
einer alternativen Bauart gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 12 ist es jedoch auch möglich, das Trennelement an
der einer Montageseite gegenüberliegenden
Unterseite, der Leiterplatte anzuordnen und vorzugsweise integral
mit der Leiterplatte auszuführen.
Im Falle einer solchen Ausführungsweise
kann es gegebenenfalls notwendig sein, zwischen der Oberseite der
Leiterplatte und der Unterseite des Anschlusselement-Gehäuses eine
isolierende Schicht z.B. aus Kunststoff vorzusehen, um in jenem
Bereich einen Spannungsüberschlag
zwischen zwei benachbarten Anschlusspins zu verhindern.
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Analog
zu Anspruch 2 erstreckt sich das in der erfindungsgemäßen Anordnung
vorgesehene Trennelement gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 13 in einer im Wesentlichen normalen Richtung
zu einer von der Leiterplatte gebildeten Ebene, steht also senkrecht
von der Unterseite des Gehäuses
oder senkrecht von der Unterseite der Leiterplatte ab.
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Analog
zu Anspruch 3 ist das Trennelement gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 14 in der Mitte zwischen zwei benachbarten Anschlusspins
angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in normaler Richtung
zu einem Achsabstand zwischen den zwei Anschlusspins.
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Analog
zu Anspruch 4 ist die ab der Unterseite der Leiterplatte gemessene
Länge des
Trennelementes sowie die normal dazu verlaufende Breite des Trennelementes
gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 15 jeweils so gewählt sind,
dass sowohl eine vom an den Anschlusspins anliegenden Strom zur
Umrundung des Trennelementes zurückzulegende,
einen Kurzschluss zwischen zwei benachbarten Anschlusspins verursachende „Luftstrecke" als auch eine vom
Strom zur Umrundung des Trennelementes zurückzulegende, einen Kurzschluss
zwischen zwei benachbarten Anschlusspins verursachende, entlang
der Unterseite der Leiterplatte sowie der Oberfläche des Trennelementes verlaufende „Kriechstrecke" jeweils mindestens
so groß,
vorzugsweise größer ist
als der korrespondierende normgemäße „Kriechstrecken"-Sicherheitsabstand
bzw. der „Luftstrecken"-Sicherheitsabstand.
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Unter
Erzielung der bereits zu Anspruch 6 angeführten Vorteile ist das Trennelement
gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 16 aus Kunststoff gefertigt.
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Analog
zu Anspruch 7 ist das Trennelement gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 17 rechteckig ausgebildet, wobei die Rechtecksform
auch abgerundet oder gefast sein kann.
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Das
Trennelement kann gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 18 schachtförmig ausgeführt sein, wobei eine beliebige
Anzahl der Anschlusspins in einer normal auf die Unterseite der
Leiterplatte erfolgenden Draufsicht zumindest abschnittsweise vom
Trennelement umgeben ist.
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Falls
analog zu Anspruch 9 mehrere elektrische Anschlusselemente zueinander
benachbart bzw. aneinandergrenzend auf der Leiterplatte angeordnet
sind, kann gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 19 wiederum mindestens ein zusätzliches Trennelement vorgesehen
sein, welches zwischen den Anschlusspins eines ersten elektrischen
Anschlusselementes und den Anschlusspins eines angrenzenden zweiten
elektrischen Anschlusselementes angeordnet ist und sich durch eine
weitere Zusatz-Aufnahmeöffnung
in der Leiterplatte hindurcherstreckt.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in axonometrischer Explosionsdarstellung
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 1 in montierter
Position
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3 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
in Schrägansicht
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4 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
in Schrägansicht
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5 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
in Schrägansicht
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6 eine
geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
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7 eine
Vorderansicht eines mit einer Leiterplatte verlöteten erfindungsgemäßen elektrischen Anschlusselementes
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8 eine
schematische Darstellung eines mit Aufnahmeöffnungen versehenen Bereichs
einer Leiterplatte in Draufsicht
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes elektrisches
Anschlusselement 1, welches manuell oder automatisiert
in Steckrichtung 14 auf einer Leiterplatte 10 angebracht
wird (siehe auch 2).
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Das
in den 3 bis 5 näher ersichtliche elektrische
Anschlusselement 1 weist ein vorzugsweise aus Kunststoff
gefertigtes Gehäuse 2 auf, welches
an einer Frontseite 2c mit mehreren Klemmanschlüssen 5 versehen
ist, wobei mittels stegartiger Wandungen 5b jeweils eine
Aufnahme 5a ausgebildet ist. In die Aufnahme 5a des
Klemmanschlusses 5 ist jeweils ein Leiter 6 in
einer Einführrichtung 15 einsetzbar
und mittels im Gehäuse 2 angeordneter
Betätigungselemente 7 fixierbar
(siehe Schnittdarstellung gemäß 6).
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Bei
den Betätigungselementen 7 kann
es sich beispielsweise um Schraub- oder Drückerelemente handeln, welche
in an sich bekannter Weise eine Klemmung des in den Klemmanschluss 5 eingeführten Leiters 6 gegen
einen im Gehäuse 2 angeordneten
Klemmkäfig 9 bewirken.
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Gemäß den 3 bis 5 weist
das Gehäuse 2 an
einer der Leiterplatte 10 in Montageposition abgewandten
Oberseite 2b integral angeformte, zumeist röhrenförmige Formelemente 8 auf,
welche jeweils eine Öffnung 8a ausbilden,
in welche ein Werkzeug, z.B. ein Schraubendreher eingeführt werden
kann, um die innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten,
den Leiter 6 freigebenden oder fixierenden Betätigungselemente 7 zu
betätigen.
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Aus
einer in Montageposition der Leiterplatte 10 zugewandten
Unterseite 2a des Gehäuses 2 ragt eine
beliebige Anzahl an Anschlusspins 3 in der senkrecht zur
Unterseite 2a verlaufenden Steckrichtung 14 heraus,
welche zum Anschluss an nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 10 vorgesehen
sind.
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Bei
den Anschlusspins 3 handelt es sich um dornförmig abstehende
elektrische Kontakte, welche in korrespondierende Aufnahmeöffnungen 11 bzw. Bohrungen
der Leiterplatte 10 eingreifen und anschließend mit
dieser verlötet
werden (siehe 8).
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Die
Anschlusspins 3 können
in verschiedenster Weise ausgestaltet sein und beispielsweise runde,
rechteckige oder quadratische Querschnitte aufweisen. Üblicherweise
werden die Anschlusspins 3 durch das Stanzen von flachem
Material hergestellt.
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Die übereinander
angeordneten Klemmanschlüsse 5 und
Anschlusseins 3 sind jeweils leitend miteinander verbunden.
Der Anschlusspin 3 ist beispielsweise mit dem Klemmkäfig 9 des
Klemmanschlusses 5 verbunden, durchdringt die Unterseite 2a des
Gehäuses 2 und
ragt über
die Unterseite 2a mit einer Länge 21 hinaus (6).
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Das
Verlöten
des Anschlusspins 3 mit einem Lötmaterial 20 erfolgt üblicherweise
auf einer dem aufgesteckten elektrischen Anschlusselement 1 abgewandten,
auch als „Lötseite" bezeichneten Unterseite 10b der
Leiterplatte 10, nachdem das elektrische Anschlusselement 1 auf
einer auch als „Montageseite" bezeichneten Oberseite 10a der
Leiterplatte 10 positioniert wurde und die Anschlusspins 3 im
Bereich der Aufnahmeöffnungen 11 durch
die Leiterplatte 10 hindurchragen (siehe 7),
um an dieser Stelle mit korrespondierenden an der Leiterplatte 10 vorgesehenen
Leiterbahnen in elektrisch leitendem Kontakt zu stehen.
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Anstelle
einer Lötmontage
kann das elektrische Anschlusselement 1 auch auf andere
Weise an der Leiterplatte 10 befestigt sein, beispielsweise durch
passgenaues Aufstecken.
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Erfindungsgemäß ist das
Gehäuse 2 des elektrischen
Anschlusselementes 1 an seiner der Leiterplatte 10 zugewandten
Unter seite 2a mit abstehenden Trennelementen 4 aus
isolierendem Material versehen, welche zumindest abschnittsweise
zwischen den Anschlusspins 3 angeordnet sind und in montierter
Position in eigens dafür
vorgesehene Zusatz-Aufnahmeöffnungen 12 der
Leiterplatte 10 hinein- bzw. durch diese hindurchragen.
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Die
Trennelemente 4 erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen parallel zu den Anschlusspins 3 bzw. senkrecht
zur Unterseite 2a des Gehäuses 2 und somit senkrecht
zur Oberseite 10a bzw. Unterseite 10b der Leiterplatte 10,
wobei das Trennelement 4 vorzugsweise in der Mitte zwischen
zwei benachbarten Anschlusspins 3 angeordnet ist.
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Auf
diese Weise wird eine in 3 ersichtliche Spannungsstrecke 16,
worunter jener Weg verstanden wird, welchen die Elektronen im Falle
eines Kurzschlusses zurücklegen
müssen,
um von einem Anschlusspin 3 zum nächst gelegenen Anschlusspin 3 zu
gelangen, signifikant vergrößert. Während die Spannungsstrecke 16 bei
einem konventionellen elektrischen Anschlusselement 1 im
Wesentlichen einem Achsabstand 19 zwischen zwei benachbarten Anschlusspins 3,
exakter gesagt, einer in 7 eingezeichneten Lückenerstreckung 13 zwischen
den Außenmänteln der
Anschlusspins 3 entspricht, so setzt sich die Spannungsstrecke 16 im
Falle der Vorsehung eines erfindungsgemäßen Trennelementes 4 aus
Streckenabschnitten 16a, 16b und 16c bzw. 16d, 16e und 16f zusammen
(ebenfalls in 7 ersichtlich), welche in Summe
jeweils einen längeren
Weg ergeben als diesen der Stromfluss zur kurzschließenden Überwindung
des Achsabstandes 19 bzw. der Lückenerstreckung 13 nehmen
müsste.
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Zur
Herstellung eines Kurzschlusses kann der Stromfluss eine „Luftstrecke" einnehmen, welche im
Wesentlichen der Summe der Streckenabschnitte 16a, 16b und 16c entspricht,
oder auch eine „Kriechstrecke", welche im Wesentlichen
der Summe der Streckenabschnitte 16d, 16e, 16f, 16e und 16d entspricht
und entlang der Unterseite 10b der Leiterplatte 10 und
der Oberfläche
des Trennelementes 4 verläuft. Wie 7 zu
entnehmen, kann hierbei zur Errechnung des entlang der Unterseite 10b der
Leiterplatte 10 verlaufenden Streckenabschnitts 16d der „Kriech strecke" nicht einfach der
parallel zum Achsabstand 19 verlaufende Abstand zwischen
Anschlusspin 3 und Trennelement 4 herangezogen
werden, da die Breite des an der Leiterplatte 10 aufgebrachten
elektrisch leitenden Lötmaterials 20 berücksichtigt
bzw. vom Abstand zwischen Anschlusspin 3 und Trennelement 4 subtrahiert
werden muss.
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Sowohl
die Summe der Streckenabschnitte 16a, 16b und 16c,
also die „Luftstrecke", als auch die Summe
der Streckenabschnitte 16d, 16e, 16f, 16e und 16d,
also die „Kriechstrecke" muss jeweils ausreichend
groß,
d.h., mindestens so groß sein
wie die bereits einleitend beschriebenen, normgemäßen „Luftstrecken-" und „Kriechstrecken-" Sicherheitsabstände. Wesentlich
ist also, dass die in 7 ersichtliche Länge 22, 22' ebenso wie
die in 6 ersichtliche Breite 23 des Trennelementes 4 so
gewählt
ist, dass dieses Erfordernis erfüllt
ist, wobei sich die „Luftstrecke" und die „Kriechstrecke" nun nicht mehr als
eine jeweils einzige lineare, sondern als eine zufolge des vom Trennelement 4 gebildeten „Hindernisses" diskontinuierliche,
sich aus mehreren Streckenabschnitten zusammensetzende Strecke ergibt.
Es versteht sich, dass sich die „Luftstrecke" sowie die „Kriechstrecke" bei anderer geometrischer
Ausgestaltung des Trennelementes 4 als in 7 abgebildet,
gegebenenfalls auch aus anderen bzw. aus mehr Streckenabschnitten
ergeben kann als im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Konkret
bedeutet die Vorsehung von erfindungsgemäßen Trennelementen 4,
dass beispielsweise im Falle eines elektrischen Anschlusselementes 1 mit
einer vorgesehenen Nennanschlussspannung von 600 V, wobei der normgemäße „Kriechstrecken-" Sicherheitsabstand
bzw. die Lückenerstreckung 13 zwischen
zwei Anschlusspins 3 gemäß einer US-Norm an sich mit
12,7 mm festgesetzt ist, diese Lückenerstreckung 13 bei
voller Gewährleistung der
Kurzschlusssicherheit nun auf etwa 6 mm reduziert werden kann. Erfindungsgemäße elektrische Anschlusselemente 1,
welche für
eine Nennspannung von 600 V vorgesehen sind, weisen z.B. einen Achsabstand 19 der
Anschlusspins 3 von lediglich 6,35 mm auf, wobei der Anschlusspin-Durchmesser 1
mm beträgt.
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Hierbei
ist auch darauf zu achten, dass eine zwischen den Klemmanschlüssen 5 bzw.
den Klemmkäfigen 9 weitere
Spannungsstrecke 16g ausreichend groß ist, indem sich die Wandungen 5b, welche
die Aufnahme 5a ausbilden, genügend weit von den leitenden
Bauteilen des Klemmkäfigs 9 wegerstrecken.
Gleichfalls müssen
die Formelemente 8 tief genug bzw. eine weitere Spannungsstrecke 16h groß genug
sein, um einen Spannungsüberschlag zwischen
benachbarten Betätigungselementen 7, genauer
gesagt zwischen den Köpfen 17 der
Betätigungselemente 7,
welche in den Öffnungen 8a der Formelemente 8 angeordnet
sind, zu verhindern.
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Um
einen Spannungsdurchschlag durch das Trennelement 4 zu
verhindern und auch, um ein Abbrechen der Trennelemente 4 während der
Montage oder während
des Betriebs des elektrischen Anschlusselementes 1, z.B.
durch Erschütterungen
zu verhindern, muss das Trennelement 4 eine gewisse Mindest-Wanddicke
aufweisen. So beträgt
die Wanddicke des Trennelementes 4, welche gemäß 7 den
Längen
der Streckenabschnitte 16b bzw. 16f entspricht,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa
0,95 mm.
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Das
erfindungsgemäße Trennelement 4 ist im
Wesentlichen rechteckig ausgeführt,
kann jedoch gemäß 6 an
seinen Eckbereichen auch Fasen 4b oder Abrundungen aufweisen,
um eine optimale Steckbarkeit der Trennelemente 4 in die
korrespondierenden Aufnahmeöffnungen 11 der
Leiterplatte 10 zu ermöglichen.
Auch die Anschlusspins 3 sind vorzugsweise mit einem konischen
Endbereich 3a versehen, um eine bessere Steckbarkeit ebendieser
in die Leiterplatte 10 zu ermöglichen.
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Anstelle
der dargestellten Rechtecksform kann das Trennelement 4 selbstverständlich auch
in anderer Weise, beispielsweise schirmförmig bzw. konvex/konkav oder
als Polygon ausgestaltet sein.
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Falls
die Anschlusspins 3 von der Unterseite 2a des
Gehäuses 2 bzw.
von einer dem Achsabstand 19 zwischen zwei Anschlusspins 3 entsprechenden Linie
nicht senkrecht, sondern unter einem anderen Winkel abstehen, kann
die Geometrie des Trennele mentes 4 natürlich ebenfalls an diesen Verlauf
der Anschlusspins 3 angepasst sein. Wesentlich ist jedenfalls
stets, dass zwei benachbarte Anschlusspins 3 möglichst
effektiv durch das Trennelement 4 voneinander separiert
werden, indem der Spannungsabstand 16 zwischen den Anschlusspins 3 unter
Ausnutzung der gesamten zur Verfügung
stehenden Fläche
des im vorliegenden Ausführungsbeispiel
rechtwinkeligen Trennelementes 4 vergrößert wird.
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An
Stelle einer Anordnung des erfindungsgemäßen Trennelementes 4 am
Gehäuse 2 des
elektrischen Anschlusselementes 1 ist es ebenso denkbar, jenes
an der Unterseite 10b der Leiterplatte 10 vorzusehen,
wobei das Trennelement 4 entweder integral mit der Leiterplatte 10 ausgeführt oder
auch als separater Bauteil an der Unterseite 10b der Leiterplatte 10 angebracht
sein kann.
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Im
Falle einer solchen Ausführungsvariante ist
lediglich dafür
Sorge zu tragen, dass die Unterseite 2a des Gehäuses 2 und
Oberseite 10a der Leiterplatte 10 einander dicht,
also ohne Lufteinschluss kontaktieren, um in diesem Bereich die
Gefahr eines Spannungsüberschlags
zwischen den Anschlusspins 3 zu verhindern. Zu diesem Zweck
kann im Zuge der Montage des elektrischen Anschlusselementes 1 auf der
Leiterplatte 10 eine Materialschicht zwischen der Unterseite 2a des
Gehäuses 2 und
Oberseite 10a der Leiterplatte 10 vorgesehen sein,
welche einen ausreichenden spezifischen Widerstand aufweist und
im genannten Bereich etwaige Hohlräume zuverlässig ausfüllt, so etwa eine geeignete
Kunststoff- oder Kleberschicht.
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Unabhängig davon,
ob das erfindungsgemäße Trennelement 4 nun
am elektrischen Anschlusselement 1 oder an der Leiterplatte 10 angeordnet
ist, erstreckt sich das abstehende Trennelement 4 im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
mit einer ab der Unterseite 10b der Leiterplatte 10 gemessenen, senkrecht
zu dieser verlaufenden Länge 22,
welche größer, vorzugsweise
doppelt so lang ist wie die über die
Unterseite 10b der Leiterplatte 10 hinausragende Länge 21 des
jeweils zum Trennelement 4 benachbarten Anschlusspins 3.
Falls das Trennelement 4 fertigungs technisch dem Gehäuse 2 des
elektrischen Anschlusselementes 1 zugeordnet bzw. an diesem angeformt
ist, so ist also eine in 7 ersichtliche, ab der Unterseite 2a des
Gehäuses 2 gemessene,
sich in Montageposition in Richtung der Leiterplatte 10 erstreckende
Länge 22 des
Trennelementes 4 größer als
eine Länge 21 eines
zum Trennelement 4 benachbarten Anschlusspins 3.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ragt der Anschlusspin 3 z.B. mit einer Länge 21 von
1,9 mm über
die Unterseite 10b der Leiterplatte 10 hinaus,
wobei die ab der Unterseite 10b der Leiterplatte 10 gemessene
Länge 22' des Trennelementes 4 5,6 mm
beträgt.
Die Länge 22' des Trennelementes 4 überragt
somit die Länge 21' des Anschlusspins
3 um 3,7 mm, ist also in etwa dreimal so groß wie diese. Aus diesen geometrischen
Verhältnissen
ergibt sich, dass die Summe der Streckenabschnitte 16a, 16b und 16c,
also die „Luftstrecke", 9,7 mm beträgt, während die
Summe der Streckenabschnitte 16d, 16e, 16f, 16e und 16d,
also die „Kriechstrecke", 16 mm beträgt. Auf
diese Weise können
die Anschlusspins 3 in platzsparender Weise mit einem Achsabstand 19 von
6,35 mm zueinander angeordnet werden, ohne dass ein Kurzschluss
befürchtet
werden muss.
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Das
Trennelement 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel genau in der
Mitte zwischen zwei benachbarten Anschlusspins 3 angeordnet,
wobei in der Seitenansicht gemäß 6 ersichtlich
ist, dass eine normal zur Längsachse 18 der
Anschlusspins 3 bzw. normal zur in 7 eingezeichneten
Lückenerstreckung 13 verlaufende
Breite 23 des Trennelementes 4 ebenfalls so gewählt ist,
dass eine ausreichende abschirmende Wirkung des Trennelementes 4 gegeben
ist. Der Anschlusspin 3 wird hierbei zweckmäßigerweise
im Bereich der Mitte der Breite 23 des Trennelementes 4 (betrachtet
in einer Seitenansicht gemäß 6)
angeordnet sein bzw. das Trennelement 4 wird hinsichtlich
der Erstreckung seiner im Wesentlichen in normaler Richtung zur
Lückenerstreckung 13 verlaufenden
Breite 23 im Wesentlichen symmetrisch zum Anschlusspin 3 angeordnet sein.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 7 ist weiters
ersichtlich, dass die Unterseite 2a des Gehäuses 2 nicht
unmittelbar an der Oberseite 10a der Leiterplatte 10 anliegt,
sondern mittels an der Unterseite 2a des Gehäuses 2 angeformten
Stegabschnitten 2d bzw. mittels Schulterabschnitten 4a der
Trennelemente 4, deren Durchmesser größer ist als jener der Aufnahmeöffnungen 11,
von der Oberseite 10a der Leiterplatte 10 geringfügig distanziert
ist.
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Je
nach spezifischer Konfiguration der auf der Leiterplatte 10 angeordneten
Bauteile kann die erfindungsgemäße Idee
der Vorsehung von Trennelementen 4 zwischen den Anschlusspins 3 abgewandelt
werden, so können
die Anschlusspins 3 auch noch gegenüber anderen Bereichen als dies
in den vorliegenden 1–8 dargestellt
ist, abgeschirmt werden.
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Falls
beispielsweise mehrere elektrische Anschlusselemente 1, 1 aneinandergrenzend
auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind, können ein
oder mehrere zusätzliche
Trennelemente 4' vorgesehen sein,
welche die Anschlusspins 3 eines ersten elektrischen Anschlusselementes 1 und
die Anschlusspins 3' eines
dazu angrenzenden zweiten elektrischen Anschlusselementes 1' voneinander
separieren (nicht dargestellt, siehe jedoch die schematische Darstellung
einer weiteren Zusatz-Aufnahmeöffnung 12,
welche zur Aufnahme eines zusätzlichen
Trennelementes 4' vorgesehen
ist, gemäß 1).
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Im
solchem Falle mehrerer benachbarter elektrischer Anschlusselemente 1, 1' kann das mindestens
eine zusätzliche
Trennelement 4' auch
in anderer Position angeordnet sein als dies in 1 anhand
der Zusatz-Aufnahmeöffnung 12' dargestellt
ist. Das zusätzliche
Trennelement 4' ist
vorzugsweise in einem beliebigen Randbereich der Unterseite 2a des Gehäuses 2 angeordnet
und kann beispielsweise auch in einem den Klemmanschlüssen 5 benachbarten
Bereich des Gehäuses 2 angeordnet
sein.
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Der
abschirmende bzw. isolierende Effekt der erfindungsgemäßen Trennelemente 4 kann
auch gesteigert werden, indem das Trenn element 4 schachtförmig ausgeführt ist
und solcherart eine beliebige Anzahl der Anschlusspins 3,
betrachtet in einer normal auf die Unterseite 10b der Leiterplatte 10 erfolgenden
Draufsicht, vom Trennelement 4 umgeben bzw. mit mehr oder
weniger Abstand ummantelt wird (ebenfalls nicht dargestellt). Mit
anderen Worten weist das Trennelement 4 in solchem Falle
eine schachtförmige
Aufnahme auf, innerhalb welcher ein Anschlusspin 3 angeordnet
und von benachbarten Anschlusspins 3 separiert ist. Der
Umfang der Anschlusspins 3 kann hierbei entweder (unter
einer beliebigen Beabstandung zum Trennelement 4) abschnittsweise,
im Falle einer Fertigung des Trennelementes 4 gemeinsam
mit der Leiterplatte 10 sogar vollkommen vom Trennelement 4 umgrenzt
sein. Insofern können
das Trennelement 4 und das zusätzliche Trennelement 4 auch
zumindest abschnittsweise ineinander übergehen und integral miteinander
gefertigt sein.
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Das
erfindungsgemäße Trennelement 4 ist vorzugsweise
aus Kunststoff gefertigt, da dieser mit 30–130 [kV/mm] eine hohe Isolierwirkung
bzw. Durchschlagfestigkeit aufweist. Ebenso ist es jedoch denkbar,
das Trennelement 4 aus anderen isolierenden Materialien,
z.B. aus keramik- oder glashältigen Werkstoffen
herzustellen.
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Es
versteht sich, dass ein gattungsgemäßes System auch noch zusätzliche
abstehende Steckelemente und Aufnahmeöffnungen, welche entweder am
elektrischen Anschlusselement 1 oder an der Leiterplatte 10 angeordnet
sind, aufweisen kann, welche jedoch lediglich eine falsche Positionierung
des elektrischen Anschlusselementes 1 auf der Leiterplatte 10 verhindern
sollen und in ihrer Funktionalität
nicht mit den erfindungsgemäßen Trennelementen 4 zu verwechseln
sind.
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Um
sicherzustellen, dass zwischen den in den vorliegenden Figuren nicht
dargestellten, von den Aufnahmeöffnungen 11 für die Anschlusspins 3 wegführenden
Leiterbahnen der Leiterplatte 10 kein Spannungsüberschlag
zufolge der den normgemäßen Sicherheitsabstand
unterschreitenden, engen Anordnung der Anschlusseins 3 auftritt,
kann es vorgesehen sein, dass diese von den Aufnahmeöffnungen 11 bzw.
den Anschlusspins 3 wegführenden Leiterbahnen entweder
in eine isolierte Schicht einer Multilager-Leiterplatte führen und
solcherart voneinander isoliert sind oder dass die Leiterplatte 10 zumindest
bereichsweise mit einer zusätzlichen
Isolierschicht überzogen
ist.