-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Kontaktierungsverbindung, bei der ein Kontaktträger,
insbesondere eine Leiterplatte unmittelbar mit Hilfe eines Kontaktierungssteckers
kontaktiert wird. Bevorzugt handelt es sich um eine Kontaktierungsverbindung
aus dem Automobilbereich, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung
von Tür- und/oder Motorsteuergeräten in Kraftfahrzeugen.
-
Eine
bekannte Kontaktierungsverbindung, umfassend einen Kontaktierungsstecker
sowie eine Kontaktierungssteckeraufnahme ist in der
DE 10 2004 063 239 A1 beschrieben.
Die bekannte Kontaktierungsverbindung zeichnet sich dadurch aus,
dass die von den Kontaktelementen auf eine Leiterplatte aufgebrachten
Kontaktkräfte unabhängig sind von Klemmkräften,
mit denen die die Kontaktelemente tragenden, als Kontakthalter ausgebildeten
Klemmklauen an der Leiterplatte anliegen. Die Klemmklauen sind so
ausgelegt, dass diese bei einem Nennmaß der Leiterplatte
parallel zur Leiterplatte ausgerichtet sind. Anders ausgedrückt
sind die an den Klemmklauen ausgebildeten Anlageflächen
zur Anlage an dem Kontaktträger parallel zur Leiterplatte
ausgerichtet. Der bekannte Kontaktierungsstecker hat sich bewährt.
Nachteilig ist jedoch, dass die Kontaktkräfte, mit denen
die federnden Kontaktelemente auf elektrischen Kontakten der Leiterplatte
aufliegen, abhängig sind von der Dickenerstreckung der
elektrischen Kontakte. Anders ausgedrückt sind die Kontakt kräfte abhängig
von Fertigungstoleranzen der federnden Kontaktelemente.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktierungsverbindung
vorzuschlagen, bei der die Größe der Kontaktkraft
des mindestens einen federnden Kontaktelementes in einem Toleranzbereich
nicht von der Dickenerstreckung des zu kontaktierenden elektrischen
Kontaktes abhängig ist.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Kontaktierungsverbindung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den
Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus
zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen
und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine von dem mindestens einen
federnden Kontaktelement erzeugte Kontaktkraft, mit der sich das
mindestens eine Kontaktelement unmittelbar auf dem mindestens einen
elektrischen, vorzugsweise als Leiterbahn oder Land ausgebildeten,
Kontakt des Kontaktträgers abstützt, dadurch unabhängig
von der Dickenerstreckung und des elektrischen Kontaktes und damit
unabhängig von Fertigungstoleranzen zu gestalten, dass
mindestens eine Anlagefläche, mittels der sich der Kontakthalter
mit einer von Federmitteln erzeugten Klemmkraft abstützt,
unmittelbar auf dem elektrischen Kontakt und nicht wie im Stand
der Technik benachbart zu dem Kontakt auf dem Kon taktträger
aufliegt. Anders ausgedrückt ist die Anlagefläche des
Kontakthalters, mit der der Kontakthalter auf dem Kontaktträger
aufliegt, derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Abstützung
des Kontaktträgers mittels der Anlagefläche unmittelbar
an dem mindestens einen elektrischen Kontakt der Leiterplatte erfolgt,
mit der Folge, dass die Lage des mindestens einen Kontaktelementes
des Kontakthalters nicht zur Oberfläche des Kontaktträgers
benachbart zu dem elektrischen Kontakt des Kontaktträgers
definiert wird, sondern unmittelbar zu dem elektrischen Kontakt,
sodass Fertigungstoleranzen bezüglich der Dickenerstreckung
des elektrischen Kontaktes (innerhalb eines Toleranzbereichs) sich
nicht auf die Größe der Kontaktkraft auswirken,
mit der das Kontaktelement den elektrischen Kontakt des Kontaktträgers
berührt. Die Vorteile eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten
Kontaktierungsverbinders kommen besonders dann zum Tragen, wenn
der Kontakthalter eine Vielzahl von federnden, insbesondere metallischen
Kontaktelementen aufweist, wobei bevorzugt jedem Kontaktelement
des Kontakthalters ein entsprechender zu kontaktierender elektrischer
Kontakt, insbesondere eine Leiterbahn oder ein Land des Kontaktträgers
zugeordnet ist.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
den mindestens einen elektrischen Kontakt klemmkraftbeaufschlagende
Anlagefläche des Kontakthalters, vorzugsweise stirnseitig, an
einem Abstützabschnitt des Kontakthalters angeordnet ist,
wobei der Abstützabschnitt so bemessen ist, dass das federnde
Kontaktelement dann, wenn der Kontaktierungsstecker den Kontaktträger
noch nicht kontaktiert, also vor dem Einsteckvorgang den Abstützabschnitt
in Richtung auf die gegenüberliegende Klemmklaue überragt. über
die Wahl der Längenerstreckung des Abstützabschnittes im
Verhältnis zur Erstreckung des mindestens einen Kontaktelementes
senkrecht zur Einsteckrichtung, also über die Wahl der
Längendifferenz, ist es möglich, die Kontaktkraft
(Federkraft) mit der sich das Kontaktelement an dem mindestens einen
elektrischen Kontakt des Kontaktträgers abstützt,
einzustellen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform,
bei der sich die Anlagefläche im kontaktierten Zustand
nicht nur an einem einzigen elektrischen Kontakt des Kontaktträgers,
sondern vorzugsweise an mindestens zwei, ganz besonders bevorzugt
an ausschließlich zwei, quer zur Einsteckrichtung nebeneinander
angeordneten elektrischen Kontakten abstützt.
-
Um
eine mehrfache Verwendung des Kontaktierungssteckers zu ermöglichen
bzw. um die Robustheit der Kontaktierungsverbindung zum mehrfachen
Durchführen eines Kontaktierungsvorgangs zu gewährleisten,
ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass
die Längenerstreckung des Abstützabschnitts derart
auf die Längenerstreckung des mindestens einen federnden
Kontaktelementes des Kontakthalters abgestützt ist, dass
sich das federnde Kontaktelement beim Kontaktierungsvorgang ausschließlich
elastisch verformt, d. h. im kontaktierten Zustand nicht plastisch
verformt ist.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Kontaktierungsverbindung,
bei der der Kontakthalter für das mindestens eine federnde
Kontaktelement einen Aufnahmegraben aufweist. Bevorzugt sind eine
Vielzahl von quer zur Einsteckrichtung voneinander beabstandeten
und sich in Einsteckrichtung erstreckenden Aufnahmegräben
vorgesehen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
wird mindestens einer der Aufnahmegräben von dem die Anlagefläche
aufweisenden Abstützabschnitt, vorzugsweise in Einsteckrichtung
be grenzt, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn sich das Kontaktelement
im nicht kontaktierten Zustand des Kontaktierungssteckers nicht
an dem Abstützabschnitt abstützt, also mit Abstand
zu diesem angeordnet ist.
-
Optimal
zur Sicherstellung einer definierten Kontaktkraft, ist eine Ausführungsform,
bei der das die Kontaktkraft erzeugende bzw. aufbringende federnde,
vorzugsweise metallische Kontaktelement des Kontakthalters einen
gebogenen Endabschnitt aufweist, wobei der Endabschnitt bevorzugt
derart gebogen ist, dass ein Umfangswinkel von mindestens 350°,
vorzugsweise von etwa 360°, realisiert ist. Mit einem derartig
gebogenen Endabschnitt überragt das federnde Kontaktelement
im nicht eingesteckten Zustand des Kontaktierungssteckers bevorzugt
den Abstützabschnitt in Richtung der gegenüberliegenden
Klemmklaue, also im Wesentlichen senkrecht zur Einsteckrichtung.
-
Wie
eingangs bereits angedeutet, ist eine Ausführungsform der
Kontaktierungsverbindung besonders bevorzugt, bei der der mindestens
eine elektrische Kontakt des Kontaktträgers eine Leiterbahn oder
ein Land ist, also nicht von einer Messerleiste gebildet ist, die
bisher noch in der Praxis Anwendung findet. Anders ausgedrückt
handelt es sich bei der Kontaktierungsverbindung bevorzugt um eine
Direkt-Steckverbindung zur Leiterplattenkontaktierung, bei der auf
das Vorsehen speziell ausgebildeter elektrischer Kontakte mit Vorteil
verzichtet wird.
-
In
Weiterbildung der Erfindung umfasst die Kontaktierungsverbindung
zusätzlich zu dem Kontaktierungsstecker eine Kontaktierungssteckeraufnahme
zur Aufnahme des Kontaktie rungssteckers, vorzugsweise zur Aufnahme
eines Montagehilfsgehäuses des Kontaktierungssteckers.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist es, wenn die Federmittel zum Erzeugen der
Klemmkraft sich nicht wie bei der aus der
DE 10 2005 063 239 A1 bekannten
Ausführungsform an der Kontaktierungssteckeraufnahme, insbesondere
an einem Steuergerätgehäuse abstützen,
sondern ausschließlich an dem Kontaktierungsstecker. Anders
ausgedrückt ist eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der der Kontaktierungsstecker im Hinblick auf die Größe
der Klemmkraft, mit der die, vorzugsweise als Kontakthalter ausgebildeten
Klemmklauen am Kontaktträger anliegen, autark ausgebildet
ist. Noch anders ausgedrückt ist die die Klemmklauen beaufschlagende
Klemmkraft zumindest näherungsweise, vorzugsweise vollständig
unabhängig von der Form-Kontaktierungssteckeraufnahme.
Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass sich die Federmittel
im Endmontagezustand einer mit dem Kontaktierungsstecker ausgestatteten Kontaktierungsverbindung,
also bei in die Kontaktierungssteckeraufnahme aufgenommenem Kontaktierungsstecker
zum Erzeugen der Klemmkraft, nicht mehr wie im Stand der Technik
an der Kontaktierungssteckeraufnahme abstützen, sondern
ausschließlich am Kontaktierungsstecker selbst. Die Federmittel
greifen also ausschließlich am Kontaktierungsstecker an,
vorzugsweise mit Abstand zu vorzugsweise vorgesehenen Schwenkgelenken,
mit Hilfe derer die Klemmklauen relativ zueinander verschwenkbar
sind, derart, dass die Klemmklauen, von denen zumindest eine als
mindestens ein ein federndes Kontaktelement tragender Kontakthalter
ausgebildet ist, bestrebt sind, sich aufeinander zu zu bewegen.
Da die Klemmkraft bei einem derartigen Kontaktierungsstecker nicht
länger abhängig ist von einer Formänderung
oder Relaxation der Kontaktierungssteckeraufnahme, wird das Unterschreiten
einer minimal erforderlichen Klemmkraft mit Vorteil vermieden. Darüber
hinaus kann der Aufbau aufgrund der speziellen Ausbildung und Anordnung
vereinfacht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Klemmkraft
auch ohne das Vorsehen einer Kontaktierungssteckeraufnahme erzeugt
werden kann, sodass von Fall zu Fall auf das Vorsehen einer derartigen
Aufnahme verzichtet werden kann.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Federmittel derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die von
den Federmitteln erzeugte Klemmkraft und die von dem mindestens
einen federnden Kontaktelement erzeugte Kontaktkraft in einer gemeinsamen
Wirkebene liegen. Anders ausgedrückt liegen die Kraftpfeile
der vorgenannten Kräfte bei einem Kraftpfeilmodell in einer
Ebene. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die
Federmittel unmittelbar außerhalb von Kontaktpunkten angeordnet
sind, an denen die Kontaktelemente auf dem Kontaktträger,
insbesondere auf Lands oder Leiterbahnen einer Leiterplatte, aufliegen.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist es, wenn der Kontaktierungsstecker zum Zusammenwirken
mit mindestens einem die Federmittel beim Einstecken des Kontaktierungssteckers
spannenden Gegeneinsteckelement ausgebildet ist. Dabei ist das Gegeneinsteckelement
bevorzugt Bestandteil einer zuvor erwähnten Kontaktierungssteckeraufnahme
und wird beim Einstecken des Kontaktierungssteckers in eine entsprechende
Aufnahme (Aufnahmekanal) desselben eingeschoben und bewirkt beim
Einschubvorgang ein Aufweiten des von den Klemmklauen gebildeten
Klemmmauls, also ein relatives Verschwenken der Klemmklauen zueinander,
vorzugsweise um mindestens ein Schwenkgelenk.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Federmittel umfangsgeschlossen ausgebildet sind, d. h. einen, vorzugsweise rechteckig
konturierten, Ring bilden, der die Klemmklauen, vorzugsweise in
Querrichtungen zu deren Längserstreckung umgibt. Anders
ausgedrückt umschließen die Federmittel die Klemmklauen
vollumfänglich und beaufschlagen diese mit einer Federkraft
(Klemmkraft) aufeinander zu.
-
Besonders
zweckmäßig ist es, wenn die Federmittel mindestens
zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, bevorzugt identische,
insbesondere als Drahtfederelemente ausgebildete, miteinander wirkverbundene,
vorzugsweise formschlüssig miteinander verbundene Federelemente
umfassen, wobei auch eine Ausführungsform mit einem als
Schrauben- oder Spiralfeder ausgebildeten Federmittel möglich
ist, das die Klemmklauen bevorzugt auf Zug belastet. Zusätzlich
oder alternativ ist der Einsatz von Federmitteln aus einem Elastomermaterial
möglich.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1 eine
teilgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Kontaktierungssteckerverbindung,
umfassend eine fest mit einem Kontaktträger verbundene
Kon taktierungssteckeraufnahme, in der ein Kontaktierungsstecker
aufgenommen ist,
-
2 3 unterschiedliche
Ausführungsvarianten eines Details aus 1,
und
-
4 ein
Diagramm, aus dem der Zusammenhang zwischen der Länge eines
eine Anlagefläche aufweisenden Abstützelementes
einer Klemmklaue und der Kontaktkraft (Federkraft) zu entnehmen
ist, mit der ein Kontaktelement des Kontaktierungssteckers unmittelbar
auf einem elektrischen Kontakt eines Kontaktträgers aufliegt.
-
Ausführungsformen
der Erfindung
-
In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist
eine Kontaktierungsverbindung 1, hier eine Direkt-Steckverbindung
zur elektrischen Kontaktierung von Steuergeräten in Kraftfahrzeugen gezeigt.
Die Kontaktierungsverbindung 1 umfasst einen Kontaktierungsstecker 2,
umfassend zwei relativ zueinander verschwenkbare, jeweils als Kontakthalter 3, 4 ausgebildete
Klemmklauen 6, 7 sowie ein Montagehilfsgehäuse 8,
in dem die Klemmklauen 6, 7 aufgenommen sind.
Den Klemmklauen 6, 7 sind Federmittel 9 zugeordnet,
die die Klemmklauen 6, 7 federkraftbeaufschlagen,
sodass sich die Klemmklauen 6, 7 mit entsprechenden
Anlageflächen 10 unmittelbar an als Leiterbahnen
ausgebildeten elektrischen Kontakten 11 eines als Leiterplatte
ausgebildeten Kontaktträgers 12 mit einer Klemmkraft
abstützen.
-
Die
Kontakthalter 3, 4 tragen jeweils eine Vielzahl
von quer zu einer Einsteckrichtung E voneinander beabstandeten,
federnden, metallischen Kontaktelementen 13, die sich mit
einer Kontaktkraft auf den elektrischen Kontakten 11 des
Kontaktträgers 12 abstützen, die unabhängig
ist von der Klemmkraft, mit Hilfe derer sich die Klemmklauen 6, 7 an
dem Kontaktträger 12, hier unmittelbar an den
elektrischen Kontakten 11, abstützen. Die Anlageflächen 10 definieren
die exakte Relativposition der Kontaktelemente 13 zu den
elektrischen Kontakten 11, sodass die Unabhängigkeit
der Größe der Kontaktkräfte von den Klemmkräften
sichergestellt ist.
-
Die
Anlageflächen 10 sind so ausgebildet und angeordnet,
dass sie unmittelbar auf den elektrischen Kontakten 11,
hier Leiterbahnen, aufliegen, wodurch fertigungsbedingte Dickentoleranzen
der elektrischen Kontakte 11 sich nicht auf die Größe
der Kontaktkräfte auswirken.
-
Wie
aus 1 zu entnehmen ist, ist der Kontaktstecker 2 mit
seinem Montagehilfsgehäuse 8 in einer fest mit
dem als Leiterplatte ausgebildeten Kontaktträger 12 verbundenen
Kontaktierungssteckeraufnahme 14 aufgenommen. Die Federmittel 9,
die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gebildet sind von
umfangsgeschlossenen Drahtfederelementen, stützen sich
zum Erzeugen der Klemmkraft nicht an der Kontaktierungssteckeraufnahme 14 ab,
sondern ausschließlich an dem Kontaktierungsstecker 2,
sodass die Klemmkräfte unabhängig sind von fertigungstoleranzbedingten
Unterschieden in der Form der Kontaktierungssteckeraufnahme 14.
Die Kontaktie rungssteckeraufnahme 14 trägt zwei
quer zur Einsteckrichtung E voneinander beabstandete Gegeneinsteckelemente 15,
die beim Einsteckvorgang in entsprechende, sich in Richtung der
Einsteckrichtung E erstreckende Aufnahmekanäle 16 des
Kontaktierungssteckers 2 eingeschoben werden. Entsprechende
Anlaufschrägen 17 der Gegeneinsteckelemente 15 sorgen
dabei dafür, dass das von den Klemmklauen 6, 7 gebildete
Klemmmaul entgegen der Federkraft der Federmittel 9 aufgeweitet
wird, wobei die Klemmklauen 6, 7 entgegen der
Klemmkraft um Drehgelenke 18 (Schwenkgelenk) verschwenkt
werden. In der Endmontage (Einsteckposition) sind die Anlageflächen 10 parallel
zu den elektrischen Kontakten 11 ausgerichtet.
-
In
den 2 und 3 sind mögliche Anordnungen
von federnden Kontaktelementen 13 eines Kontakthalters 3 gezeigt.
Zu erkennen ist, dass jedem Kontaktelement 13 ein in dem
als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Kontakthalter 3 eingebrachter
Aufnahmegraben 19 zugeordnet ist. Der Aufnahmegraben 19 wird
in Einsteckrichtung E begrenzt von einem sich im Wesentlichen senkrecht
zur Einsteckrichtung E erstreckenden Abstützabschnitt 20,
der auf seiner Stirnseite eine Anlagefläche 10 aufweist,
mit der sich der Kontakthalter 3 im eingesteckten Zustand
unmittelbar an dem elektrischen Kontakt 11 (vgl. 1)
abstützt. Wesentlich hierbei ist, dass die 2 und 3 einen
Zustand des Kontaktierungssteckers 2 vor dem Einsteckvorgang zeigen.
-
Zu
erkennen ist das mit Abstand zu dem Abstützabschnitt 20 angeordnete,
metallische Kontaktelement 13, welches einen gebogenen
Endabschnitt 21 aufweist, mit dem das Kontaktelement 13 den
Abstützabschnitt 20 und damit die Auflagefläche 10 im Wesentlichen
senkrecht zur Einsteckrichtung E überragt – bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 um die Strecke
x1 und bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 um die Strecke x2.
Die Gesamtlänge L des Endabschnitts 21 des Kontaktelementes 13 ist bei
beiden Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 gleich.
-
Aus
der unterschiedlichen Bemessung der Abstützabschnitte 20 bei
den 2 und 3 resultieren unterschiedliche
Kontaktkräfte F1, F2,
mit denen das Kontaktelement 13 bei den unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 im
eingesteckten Zustand auf dem nicht gezeigten elektrischen Kontakt 11 (vgl. 1)
aufliegt. Da der Abstützabschnitt 20 derart bemessen
ist, dass sich das Kontaktelement 13 ausschließlich
elastisch verformt, ist ein in 4 gezeigter
linearer Zusammenhang zwischen der Kontaktkraft F und der Längendifferenz
gegeben. Dem Diagramm gemäß 4 ist
zu entnehmen, dass das Kontaktelement 13 bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 mit einer größeren
Kontaktkraft (F2) aufliegt als das Kontaktelement 13 gemäß 2.
Dies ist auf die größere elastische Verformung
zurückzuführen, die das Kontaktelement 13 bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 erfährt.
-
Das
Diagramm gemäß 4 zeigt
den Zusammenhang zwischen einer auf der x-Achse aufgetragenen Längendifferenz
des Kontaktelementes 13 zum Abstützabschnitt 20 senkrecht
zur Einsteckrichtung E und der auf der y-Achse aufgetragenen Kontaktkraft
F mit der sich das Kontaktelement auf dem elektrischen Kontakt des
Kontaktträgers abstützt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004063239
A1 [0002]
- - DE 102005063239 A1 [0012]