DE102009020984A1

DE102009020984A1 - Toleranzausgleichender elektrischer Verbinder, insbesondere für Kraftfahrzeugsteuergeräte

Info

Publication number: DE102009020984A1
Application number: DE102009020984A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heise; Wolfgang Käfer; Jürgen SCHERSCHMIDT; Jörn SCHRIEFER
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2009-11-19
Also published as: CN102027644A; US20110183529A1; WO2009138415A1; EP2277238A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder mit Toleranzausgleich aus einem Steckteil und einem Gegenstück, wobei beim Zusammenstecken von mindestens einen elektrisch leitenden Stift (1) umfassendes Steckteil und Gegenstück in z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems mit den Vektoren x, y und z eine elektrische Verbindung entsteht. Erfindungsgemäß ist das Gegenstück (3, 3') volumenelastisch und elektrisch leitend ausgebildet und bildet einen vorgegebenen Volumenbereich aus, wobei das Gegenstück (3, 3') in z-Richtung von jeweils einer Kontaktfläche (11a, 11b) begrenzt wird und zur Bildung der elektrischen Verbindung der mindestens eine elektrisch leitende Stift (1) im Wesentlichen in dem Gegenstück (3, 3') in z-Richtung ausgerichtet ist und eine Kontaktfläche (11a, 11b) im Wesentlichen senkrecht durchdringt, und der von dem Gegenstück (3, 3') ausgebildete Volumenbereich derart dimensioniert ist, dass der Stift (1) im Rahmen einer zugelassenen Wegtoleranz in x- und/oder y-Richtung beim Zusammenstecken den Volumenbereich zur Herstellung einer sicheren elektrischen Verbindung trifft. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder mit Toleranzausgleich gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Elektrotechnik/Elektronik, insbesondere in der Kraftfahrzeugelektronik, und überall dort, wo elektronische Baugruppen an mechanische oder hydraulische Baugruppen montiert werden, um elektrische Motoren, Spulen, Sensoren oder Aktuatoren elektrisch anzuschließen, tritt häufig das Problem auf, dass Toleranzen zwischen einzelnen elektrischen Kontaktstellen oder Steckern überbrückt werden müssen. Sind über eine Baugruppe flächig verteilt mehrere elektrische Anschlussstellen (Kontaktstellen) angeordnet und/oder sind andere Bauelemente für die Positionierung der Baugruppen relevant, so müssen die elektrischen Verbinder diese Toleranzen aufnehmen können.
Auch besteht bei der Verwendung von üblichen Steckverbinder die Gefahr, dass mechanische Spannungen auf die Kontaktstellen gelangen, da diese fest montiert sind und einen bevorzugten Einführungskanal haben.
Insbesondere bei gelöteten Kontakten könnte dies zu Ermüdungsbrüchen im Lot führen, was unter allen Umständen zu verhindern ist.
Bekannte Steckverbinder mit Toleranzausgleich, die in ABS-Bremsensteuergeräten für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, bestehen z. B. aus Federelementen oder aus über Litzen oder Bleche federnd-verschiebbar aufgehängten Steckern/Buchsen.
Solche Lösungen sind technisch aufwändig und führen somit zu hohen Herstellkosten.
Die DE 10 2005 041 892 A1 offenbart einen gattungsbildenden elektrischen Steckverbinder mit einem Stiftträger, welcher vorspringende elektrisch leitende Stifte aufweist, die mit den Stiften zugeordneten Aufnehmern eines Aufnehmerträgers in einen elektrischen Kontakt treten, wobei die Aufnehmer durch in einem Kabel geführte Schläuche oder Umhüllungen gebildet sind, welche regelmäßig sich längs des Kabels erstreckende Litzen umschließen. Somit werden die Stifte nicht in leere hülsenförmige Aufnehmer gesteckt, sondern in bereits mit den elektrischen Leitungen des Kabels gefüllte Aufnehmer, wobei bspw. eine durch ein Bündel von sehr feinen Drähten gebildete Litze verwendet wird und zugespitzte Stifte in der Form einer Lanze das Eindringen derselben in die Litze des Kabels erleichtert. Der Vorteil dieses bekannten elektrischen Verbinders liegt darin, dass unter Einsparung von Bauraum auf einen an einem Kabel befestigten Stecker verzichtet werden kann, bei dem bspw. die Litzen des Kabels mit den Aufnehmern einzeln verbunden werden.
Auch dieser bekannte elektrische Verbinder löst nicht das oben gennannte Problem, toleranzausgleichend elektrische Baugruppen mit Sensor- oder Aktuatorbaugruppen elektrisch zu verbinden, so dass insgesamt ein kompakte Baugruppe entsteht, insbesondere ist eine Kabelverbindung gemäß dieser DE 10 2005 041 892 A1 nicht geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Verbinder anzugeben, mit dem toleranzausgleichend Baugruppen elektrisch verbunden werden können und kostengünstig zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Verbinder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Hiernach ist bei einem elektrischen Verbinder mit Toleranzausgleich, bestehend aus einem Steckteil und einem Gegenstück, bei dem beim Zusammenstecken von mindestens einen elektrisch leitenden Stift umfassenden Steckteil und Gegenstück in z-Richtung eine elektrische Verbindung entsteht, erfindungsgemäß das Gegenstück volumenelastisch und bildet einen vorgegebenen Volumenbereich aus, wobei das Gegenstück in z-Richtung von jeweils einer stirnseitigen Kontaktfläche begrenzt wird; ferner ist zur Bildung der elektrischen Verbindung der mindestens eine elektrisch leitende Stift, der insbesondere als Kontaktlanze ausgebildet ist, im Wesentlichen in dem Gegenstück in z-Richtung ausgerichtet und durchdringt eine Kontaktfläche im Wesentlichen senkrecht, wobei der von dem Gegenstück ausgebildete Volumenbereich derart dimensioniert ist, dass der Stift im Rahmen einer zugelassenen Wegtoleranz in x- und/oder y-Richtung beim Zusammenste cken den Volumenbereich zur Herstellung einer sicheren elektrischen Verbindung trifft.
Mit diesem erfindungsgemäßen Gegenstück bzw. Verbindungselement ist es möglich über dessen Dimensionierung in x- und y-Richtung, d. h. durch entsprechende Wahl der stirnseitigen Kontaktflächen, jede beliebige Toleranz zu überbrücken.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat der von dem Gegenstück gebildete Volumenbereich in z-Richtung eine so große Ausdehnung, dass auch in z-Richtung eine zugelassene Wegtoleranz gegeben ist. Damit kann auch in z-Richtung durch entsprechende Wahl der Überdeckungslänge zwischen dem Stift und dem Gegenstück bzw. dem Verbindungselement jede Toleranz überbrückt werden.
Die Volumenelastizität des Gegenstücks bzw. des Verbindungselements garantiert, dass der vorzugsweise als Kontaktlanze ausgebildete Stift elastisch in das Gegenstück eingesteckt werden kann und so eine dauerhafte elektrische Verbindung garantiert.
Idealerweise bildet das Gegenstück einen Volumenbereich mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen aus, die vorzugsweise als dünne und sich im Wesentlichen in z-Richtung erstreckenden, elektrisch leitfähigen Elementen, insbesondere als Drähte ausgebildet sind.
Ebenso vorteilhaft ist es, anstelle von dünnen Drähten für die elektrisch leitfähigen Elemente des Gegenstücks Metall- Filz, Metallwolle, Metallgeflecht oder metallisiertes Kunststoffgewebe zu verwenden.
Mit solchen elektrisch leitfähigen Elementen kann ein Stift oder können mehrere Stifte leicht in ein damit aufgebautes Gegenstück bzw. Verbindungselement eingedrückt werden, so dass dabei die Drähte oder die anderen verwendeten leitfähigen Elemente ausweichen und diese jedoch gleichzeitig großflächig berühren und damit für eine dauerhafte elektrische Verbindung sorgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gegenstück bzw. das Verbindungselement nicht nur volumenelastisch ausgebildet, sondern ist zusätzlich auch formelastisch. Damit ist es zusätzlich mögliche, dauerhaft mittels eines solchen Gegenstücks bzw. Verbindungselements sich im Betrieb gegeneinander verschiebenden Baugruppen bzw. Leiterplatten dauerhaft und sicher elektrisch zu verbinden. Auch ist es dadurch möglich, bspw. zwei nur schwer zugängliche Kontaktstellen in einem Gehäuse, die geradlinig nicht verbindbar sind, über ein solches gebogenes Gegenstück bzw. Verbindungselement elektrisch miteinander zu verbinden.
Besonders vorteilhaft ist es, die leitfähigen Elemente mit einem Haltemittel zusammenzuhalten, wobei vorzugsweise die elektrisch leitfähigen Elemente des Gegenstücks mittels des Haltemittels als wenigstens ein Bündel zusammengefasst werden, vorzugsweise zu einem Bündel von elektrisch leitfähigen Drähten, insbesondere zu wenigstens einer Litze oder zu einem gebündelten Metall-Filz, metallisierten Kunststoffgewe be, Metallgeflecht oder einer gebündelten Metallwolle.
Vorzugsweise bestehen die Drähte oder die anderen genannten elektrisch leifähigen Elemente aus Kupfer als Basismaterial oder einer Kupferlegierung, die auch vergoldet oder versilbert sein können und parallel in z-Richtung oder auch verseilt nebeneinander liegen. Auch können anderen Metalle wie Aluminium oder Edelstahl, selbst auch metallisch beschichtete Nichtleiter, bspw. Kunststofffäden verwendet werden, die ebenso vergoldet oder versilbert sein können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Haltemittel als Mantel, bspw. als Hülse, vorzugsweise als formelastischer Mantel, bspw. als Kunststoffmantel oder als Silikonschlauch, ferner als Ring, als Flechtung, als Verdrillung oder als adhäsives Material ausgebildet. Mit dieser Weiterbildung der Erfindung stellt das Gegenstück bzw. das Verbindungselement ein vielseitig einsetzbares elektrisches Bauelement dar.
Besonders vorteilhaft ist es, das Haltemittel derart auszubilden, dass der von dem Gegenstück gebildete Volumenbereich mit den leitfähigen Elementen zumindest teilweise ringförmig oder zylinderförmig umfasst wird, wobei das Haltemittel vorzugsweise eine Unterbrechung aufweist, welche beim Einführen des Stifts in den Volumenbereich elastisch wirkt. Vorzugsweise eignen sich hierfür Spannringe oder Spanhülsen.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist das Halteteil als Mantel derart ausgebildet, dass dieser zur Auf nahme von einem, zwei, drei oder vier Bündel von leitfähigen Elementen ein, zwei, drei oder vieradrig aufgebaut ist oder zur Aufnahme von mehr als vier Bündel von leitfähigen Elementen mehr als vier Adern aufweist. Damit können mit einem einzigen Gegenstück bzw. Verbindungselement als Bauelement gleichzeitig mehrere, für unterschiedliche Funktionen (Masseanschluss, Spannungsversorgung, Signalanschlüsse usw.) vorgesehene Kontaktierungen realisiert werden.
Das als selbstständig ausgebildete Bauelement, bestehend aus einem Gegenstück bzw. Verbindungselement mit Mantel, kann auch vorteilhaft in ein Gehäuse integriert werden, indem der Mantel von dem Gehäuse gehalten wird, das den Mantel ringförmig umfasst und bevorzugt eine ringförmige Erhebung aufweist, die den Mantel sickenartig zusammendrückt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft und kostengünstig herzustellen, wenn das Haltemittel als integriertes Teil eines Gehäuses, insbesondere einer Gehäusewand eines Kunststoffgehäuses ausgebildet ist.
Wird das erfindungsgemäße Gegenstück bzw. Verbindungselement in dieser Weise in ein Gehäuse integriert, ergibt sich eine raumsparende elektrische Verbindung von einer in dem Gehäuse angeordneten Baugruppe, vorzugsweise einer Leiterplatte in den Außenraum des Gehäuses.
Besonders vorteilhaft ist es, wenigstens eine Kontaktfläche des Gegenstücks bzw. des Verbindungselements lötbar auszubilden, so dass ein solches Bauteil aus Gegenstück und Hal temittel bzw. Mantel leicht bspw. in eine Leiterplatte eingelötet werden kann.
Vorzugsweise kann ein solches Bauteil dahingehend verbessert werden, dass das Haltemittel mantelförmig die elektrisch leitfähigen Elemente umschließt und den Randbereich einer Kontaktfläche rahmenartig einfasst. Damit kann diese rahmenartig eingefasste Kontaktfläche als Lötverbindung ausgebildet werden, um so dieses Bauelement in eine Leiterplatte ein- oder auflöten zu können.
Ferner kann ein solches Bauteil auch derart ausgebildet werden, dass eine Kontaktfläche des Gegenstücks mit einem elektrisch leitfähigen Deckel vollständig abgedeckt ist, wobei vorzugsweise ein metallischer Mantel als Haltemittel und dieser elektrisch leitfähige Deckel einstückig ausgebildet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, das erfindungsgemäße Gegenstück bzw. das Verbindungselement gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, Flüssigkeiten, insbesondere Wasser und Gasen zu schützen, indem die leitfähigen Elemente mit einem adhäsiv wirkenden Klebemittel benetzt sind.
Ferner ist es auch möglich, die leitfähigen Elemente mit einem elastischen Kunststoff, vorzugsweise mit einem Elastomer zu vernetzen.
Bevorzugt können bei einer anderen Weiterbildung der Erfin dung als leitfähige Elemente auch elektrisch leitfähige Metallpartikel oder metallisierte Partikel, vorzugsweise versilbert oder vergoldet, verwendet werden, die in einem volumenelastischen Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer eingebettet sind.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Gegenstück bzw. das Verbindungselement zur Ausbildung des Volumenbereichs aus elektrisch leitfähigem Kunststoff, vorzugsweise aus einem leitfähigen Polymer gebildet ist, insbesondere besteht ein solches Gegenstück aus Leitgummi. Vorzugsweise kann ein solches Gegenstück bzw. Verbindungselement zylinderförmig ausgebildet werden, wobei dessen Längsachse annähernd in z-Richtung ausgerichtet ist.
Idealerweise kann ein Gegenstück bzw. Verbindungselement derart ausgebildet werden, dass dessen Umfangsfläche in z-Richtung zusätzlich zu den stirnseitigen Kontaktflächen (11a, 11b) eine weitere Kontaktfläche ausbildet, wodurch sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Vorzugsweise wird diese weitere Kontaktfläche durch einen elektrisch leitfähigen Mantel gebildet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, das Gegenstück bzw. das Verbindungselement als SMD-Bauelement auszubilden, indem ein spinnenförmig ausgebildeter SMD-Adapter vorgesehen ist, der eine stirnseitige Kontaktfläche und die angrenzende Umfangsfläche des Gegenstücks umschließt. Dies ermöglicht bspw. die maschinelle Bestückung einer Leiterplatte.
Der erfindungsgemäße elektrischer Verbinder aus Gegenstück bzw. Verbindungselement und Stift kann vorteilhaft derart verwendet werden, dass der Stift und/oder das Gegenstück mit einer Leiterplatte elektrisch verbunden wird.
Auch ist es möglich, dass beide stirnseitigen Kontaktflächen des Gegenstücks bzw. des Verbindungselements jeweils über einen Stift mit einer Leiterplatte bzw. mit einem elektrischen Bauteil verbunden sind.
Des Weiteren kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein erstes und ein zweites Gegenstück über einen Doppelstift miteinander verbunden sind, wobei der Doppelstift in einer Leiterplatte angeordnet ist.
Insbesondere kann das dem Gegenstück gegenüberliegende Ende des Stiftes ein Steckerstift, insbesondere eines Steckers darstellen. Damit kann flexibel ein Gehäusestecker mit einer in dem Gehäuse angeordneten Leiterplatte verbunden werden.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verbinders liegt darin, dass das Gegenstück bzw. das Verbindungselement oder der Stift zur Kühlung von elektronischen Bauelementen verwendet wird, indem über diese Komponenten die Wärme abgeführt wird.
Vorzugsweise erfolgt dies entweder dadurch, dass der Stift unmittelbar zur Wärmeableitung an einer zu kühlenden Stelle einer Leiterplatte angeordnet ist und der Stift zusätzlich zur Wärmeableitung auch zur elektrischen Verbindung mit dem Gegenstück dient oder dadurch, dass das Gegenstück unmittelbar zur Wärmeableitung an einer zu kühlenden Stelle einer Leiterplatte angeordnet ist und wenigstens ein Stift eine elektrische Verbindung herstellt.
Eine weitere vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verbinders ergibt sich mit einer Anbindung eines Sensors, insbesondere Drucksensors an eine elektronische Einheit, wobei vorzugsweise der Sensor beim Verbinden einer Hydraulikeinheit ECU mit einer elektronischen Kontrolleinheit HCU kontaktiert wird, so dass der erfindungsgemäße Verbinder auf Grund seiner Konstruktion Fertigungstoleranzen hinsichtlich der Position der beim Zusammenfügen hergestellten elektrischen Verbindung/en ausgleicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Verwendung des erfindungsgemäßen Verbinders werden mehreren elektrischen Bauteilen, vorzugsweise von Ventilspulen z. B. eines ABS Steuergerät mit einem gemeinsamen Potential sowie einer Ansteuerelektronik miteinander verbunden.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verbinders mit einem Gegenstück bzw. Verbindungselement, das zusätzlich zu den stirnseitigen Kontaktflächen eine weitere Kontaktfläche aufweist, stellt eine elektrische Verbindung einer Leiterplatte über die weitere Kontaktfläche des Gegenstücks mit einem Stift dar, der einen Steckerstift, insbesondere eines Steckers bildet. Damit kann vorteilhaft eine geometrisch rechtwinklig verlaufende Verbindung hergestellt werden.
Insbesondere kann dabei zur Kontaktierung der weiteren Kontaktfläche des Gegenstücks mit einer Leiterplatte das Gegenstück in eine Durchkontaktierung der Leiterplatte eingebracht sein, wobei vorzugsweise die Durchkontaktierung halbkreisförmig an einer Stirnseite der Leiterplatte angeordnet ist und das Gegenstück zwischen einer Gehäusewand und der halbkreisförmigen Durchkontaktierung eingeklemmt ist.
Schließlich wird bei einer weiteren vorteilhaften Verwendung des erfindungsgemäßen Verbindungselements dasselbe innerhalb einer elektrischen Baugruppe, bspw. einem ABS-Steuergerät von einem Kontaktanschluss bogenförmig zu einem weiteren Kontaktanschluss geführt, wobei mindestens ein Kontaktanschluss mittels eines Stifts das Gegenstück über dessen weitere Kontaktfläche kontaktiert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders zur Verbindung mit zwei Leiterplatten,
2 weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders zur Verbindung mit zwei bzw. drei Leiterplatten,
3 Ausführungsbeispiele der Ausgestaltung eines Gegenstücks bzw. Verbindungselements gemäß der Erfindung,
4 weitere Ausführungsbeispiele zur Verbindung eines Gegenstücks bzw. Verbindungselements als SMD-Bauelement nach der Erfindung mit einer Leiterplatte,
5 Gestaltungsmöglichkeiten und Anordnungsmöglichkeiten von Stifte auf einer Leiterplatte nach der Erfindung,
6 Querschnittsdarstellungen von Gegenstücken bzw.
Verbindungselementen als Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung,
7 Ausführungsbeispiele von Gegenstücken bzw. Verbindungselementen mit unterschiedlichen Haltemitteln gemäß der Erfindung,
8 Ausführungsbeispiele von Gegenstücken bzw. Verbindungselementen mit gecrimpten elektrisch leitfähigen Elementen nach der Erfindung,
9 ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders zur Kühlung,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Verwendung des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders zur Verbindung einer Leiterplatte mit einem Gehäusestecker,
11 ein Ausführungsbeispiel zur Verbindung von zwei Gegenstücken bzw. Verbindungselementen mit einer Doppellanze als Stift,
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verbinders gemäß der Erfindung zur Verwendung als Kühlung,
13 ein Ausführungsbeispiel eines Stiftes als Einstecklanze gemäß der Erfindung,
14 ein Ausführungsbeispiel eines Gegenstücks zur Verbindung einer Leiterplatte mit einem elektrischen Bauteil gemäß der Erfindung,
15 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung einer Leiterplatte mit einem elektrischen Bauteil mittels eines Gegenstücks bzw. Verbindungselements gemäß der Erfindung,
16 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung einer in einem Gehäuse angeordneten Leiterplatte mit einem Gehäusestecker mittels eines Gegenstücks bzw. Verbindungselements gemäß der Erfindung,
17 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung zwischen einer in einem Gehäuse angeordneten Leiterplatte und einem Gehäusestecker mittels eines Gegenstücks bzw. eines Verbindungselements mit einer zusätzlichen Kontaktfläche,
18 das Ausführungsbeispiel gemäß 17 mit einem senkrecht zur z-Richtung des Gegenstücks bzw. Verbindungselements angeordneten Steckstiften eines Gehäusesteckers,
19 das Ausführungsbeispiel gemäß 17 mit einem in z-Richtung des Gegenstücks bzw. Verbindungselements angeordneten Steckstiften eines Gehäusesteckers,
20 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leiterplatte und mehreren elektrischen Bauteilen mittels eines Gegenstücks bzw. Verbindungselements gemäß der Erfindung,
21 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung innerhalb einer elektrischen Baugruppe mittels eines Verbindungselements gemäß der Erfindung, und
22 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leiterplatte und einem elektrischen Bauteil mit einem Verbindungselement gemäß der Erfindung.
Die 1 bis 22 zeigen, wie der toleranzausgleichende elektrische Verbinder gemäß der Erfindung aufgebaut, gefertigt und bspw. an Gehäusen und/oder Leiterplatten befestigt werden kann.
Die erfindungsgemäße toleranzausgleichende Verbindungstechnik besteht neben einem Steckteil aus einem Gegenstück, im Folgenden auch Verbindungselement genannt, das aus einer Anhäufung von bevorzugt feinen Drähten, insbesondere Kupferdrähte als leitfähige Elemente, welche im Wesentlichen in paralleler Richtung oder auch verseilt nebeneinander liegen und bspw. eine Litze bilden, aufgebaut ist. Anstelle von feinen Drähten als leitfähige Elemente können auch Metall-Filz, Metallwolle, Metallgeflecht oder metallisiertes Kunststoffgewebe, vorzugsweise metallisiertes Klettband verwendet werden.
Als leitfähige Elemente sind auch Metallpartikel geeignet, die zur Bildung eines vorgegebenen Volumenbereichs mit einem elastischen Kunststoff, bspw. einem Elastomer vergossen werden.
Schließlich ist es auch möglich, das Gegenstück bzw. das Verbindungselement zur Bildung eines vorgegebenen Volumenbereichs mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, bspw. PBT (Polybutylenterephthalat) herzustellen, vorzugsweise zur Bildung von Leitgummi.
Die folgenden Ausführungsbeispiele beschreiben Gegenstücke bzw. Verbindungselemente gemäß der Erfindung, die mit gebündelten Drähten, sogenannten Drahtbündel oder Drähtescharen aufgebaut sind. Ohne ausdrückliche Erwähnung können für solche Gegenstücke bzw. Verbindungselemente auch die oben angeführten alternativen Ausführungen verwendet werden.
1 zeigt ein Beispiel für die einfachste Form für einen erfindungsgemäßen elektrischen Verbinder bestehend aus einem leitfähigen Stift 1 als Steckteil, der auf einer ersten Leiterplatte 2 befestigt ist, und einem stirnseitig jeweils eine Kontaktfläche 11a und 11b aufweisenden Gegenstück 3, in das Stift 1 über die Kontaktfläche 11a beim Zusammenstecken in z-Richtung leitend eingeführt wird. Das Gegenstück 3 besteht aus einem rohrförmigen Mantel 4 als Haltemittel und einer Vielzahl von elektrisch leitenden dünnen Drähten 5 als leitfähige Elemente, welche leitfähig mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterplatte 6 über die andere Kontaktfläche 11b mittels einer Lotverbindung verbunden sind, wobei diese Kontaktfläche 11b lötbar ausgebildet ist. Die Leiterplatte 6 hält dabei das Gegenstück 3 an einer Oberfläche fest. Der Mantel 4 hat eine zylindrige Ausdehnung und umfasst somit einen Volumenbereich, der im Wesentlichen vollständig und gleichmäßig, vorzugsweise homogen, mit der Vielzahl von Drähten 5 gefüllt ist. Diese Drähte 5 als leitende Einzelelemente sind im Verhältnis zum Volumen zumindest in x- und y-Richtung klein, so dass eine Vielzahl der elektrisch leitenden Einzelelemente erforderlich ist, um das Volumen homogen zu füllen.
Wie aus 1 ersichtlich, kann die Position, bei der Stift 1 mit dem Gegenstück 3 eine sichere Kontaktverbindung herstellt, in einem Bereich schwanken, der im Wesentlichen der Ausdehnung des vorstehend erwähnten Volumenbereichs entspricht. Somit lässt sich auf sehr einfache Weise ein Toleranzausgleich in alle drei Raumrichtungen x, y und z erreichen.
2 zeigt Ausführungsbeispiele für Verbinder nach der Erfindung mit zwei Stiften 1 und 1'.
2a zeigt eine Ausführung der Erfindung des toleranzausgleichenden Verbinders integriert in einen Zwischenboden 7 eines Gehäuses, z. B. Kunststoffgehäuses welches auf gleichartige Weise eine bestückte Leiterplatte 6 (elektrische Bauteile sind nicht dargestellt) und eine weitere Leiterplatte 2, welche zum Beispiel auch Sensoren oder Aktuatoren kontaktiert. Dabei dringt der Stift 1 in ein Verbindungselement 3 über dessen Kontaktfläche 11a ein, während der Stift 1' über die gegenüberliegende Kontaktfläche 11b in das Verbindungselement 3 eindringt. Die beiden Stifte 1 und 1' sind über Lötkontakte mit auf den Leiterplatten 2 und 6 verlaufenden Leitbahnen verbunden.
Wie 5a) zeigt, lassen sich die als Stifte 1 ausgebildeten Steckteile auf einfache Weise auf einer Leiterplatte 6 montieren, zum Beispiel als SMD-Stift 1', als Einpresskontaktstift 1'', als Doppel- oder Mehrfachstift 1''' oder als eingelöteter Stift 1''''. Wie in Teilbild b) von 5 dargestellt, lassen sich diese Stifte auch in abgewinkelter Form, wie mit Stift 1' gezeigt, einsetzen.
Die 3a) bis 3c) zeigen Längsschnitte bzw. 3d) eine perspektivische Darstellung von erfindungsgemäßen Verbindungselementen 3 mit unterschiedlichem Aufbau. In Teilbild a) sind die einzelnen Drähte 5 durch einen Mantel 4 gehalten. Die Drähte 5 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. In Teilbild b) sind die Drähte 5 miteinander verseilt. In Teilbild c) ist der Mantel 4 auch über einen Randbereich der Kontaktierungsfläche 11b, welche in der x,y-Ebene liegt, geführt, so dass die Kupferdrähte 5 nicht so leicht aus dem Mantel 4 herausfallen können. 3d) zeigt ein zylinderförmiges SMD-Bauteil 28, das aus zwei Verbindungselementen 3 mit jeweils stirnseitigen Kontaktflächen 11a und 11b besteht. Im Querschnitt sind die beiden Verbindungselemente jeweils als Kreisabschnitt mit dazwischen liegendem Isoliermaterial 23 ausgebildet, so dass dieses SMD-Bauteil 28 als zweipoliges Verbindungselement verwendet werden kann. Die beiden Verbindungselemente 3 bestehen jeweils aus eingegossenen Metallpartikel oder elektrisch leitfähigem Kunststoff. Auch kann hierzu mit einem elastischen Kunststoff versetztes Metallgeflecht oder Litze verwendet werden.
Wie die Darstellungen in den 4a) und 4b) zeigen, kann für bestimmte Anwendungsfälle die von einem Mantel 4 gefassten leitfähigen Elemente 5, hier als Drähteschar ausgeführt, auch als Bauelement mit einem Kunststoffmantel 4 oder einem Metallmantel 4 (Metallring) zur Bildung eines SMD-Bauelements 28 verwendet werden. In Teilbild a) sind die Drähte 5 direkt über eine Kontaktfläche des Verbindungselements 3 an die Leiterplatte 6 gelötet. In Teilbild b) er folgt die Befestigung über den Mantel 4, welcher bevorzugt einen Verbindungsdeckel 8 aufweist, wobei dieser Mantel 4 und der Deckel 8 einstückig ausgebildet sein können. Ein solches SMD-Bauelement 28 kann auch ohne einen Mantel 4 aufgebaut werden, insbesondere bei Verwendung von vergossenen Metallpartikel oder eines elektrisch leitfähigen Kunststoffes zur Bildung eines Verbindungselements 3 mit vorgegebenem Volumenbereich.
Ein SMD-Bauelement 28 der letztgenannten Art nach 3d) zeigt 4c) in einer elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte 2. Auf dieser Leiterplatte 2 sind zwei Stifte 1 benachbart in einem solchen Abstand angeordnet, dass jeweils ein solcher Stift 1 genau eine Kontaktfläche 11b eines Anschlusselements 3 trifft.
Die 4d) und 4e) zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines als SMD-Bauelement 28 ausgeführten erfindungsgemäße Verbindungselements 3. Dieses zylinderförmige Verbindungselement 3 kann entsprechend den Ausführungen nach den 3, 4a) bis 4c), 6a, 7 oder 8a) und 8b) aufgebaut sein. Auch kann dieses Verbindungselement 3 aus mit elastischem Kunststoff versetzte Metallpartikel oder Metallgewebe sein, geeignet ist hierfür natürlich auch ein mit dem entsprechenden Volumenbereich ausgebildeter elektrisch leitfähiger Kunststoff, vorzugsweise Leitgummi.
Gemäße den 4d) und 4e) wird ein solches Verbindungselement 3 in einen auf einer Leiterplatte 2 aufgelöteten e lektrisch leitfähigen SMD-Adapter 14 eingesetzt, der eine der Kontaktfläche 11a des Verbindungselements 3 entsprechende Grundfläche aufweist, von der spinnenförmig mehrere Arme die angrenzende Mantelfläche des Verbindungselements 3 umgreifen.
Bei einem aus feinen Einzeldrähten 5 hergestellten Gegenstück bzw. Anschlusselement 3 wird bevorzugt Kupfer als Basismaterial oder eine Kupferlegierung verwendet, je nach Anwendungsfall z. B. (Strombedarfe, Übergangswiderstände) können aber auch andere Metallen wie z. B. Edelstahl etc. verwendet werden, als auch versilbert, vergoldet, verzinnt oder vernickelt sein.
Ferner sind solche Einzeldrähte 5 als Bündel, wie im Zusammenhang mit den 6a) bis 6d) weiter unten erläutert wird, oder auch wie Bürsten angeordnet, wobei auch metallisch beschichtete Nichtleiter (z. B. Kunststofffäden) verwendet werden können. Die Anordnung aus Bürsten oder fest mittels Haltemittel, bspw. mittels eines Mantels 4 gefasste Bündel oder Drähtescharen ist derart volumenelastisch, dass ein oder mehrere als spitze Kontaktlanzen ausgebildete Stifte 1 eines elektrischen Steckteils in die Bürsten bzw. Drähteschar in Längsrichtung, also in z-Richtung eingesteckt werden kann bzw. können. Dabei weichen die vorzugsweise vergoldeten, versilberten oder z. B. aus Edelstahl bestehenden Drähte 5 dem Stift 1 bzw. der Kontaktlanze 1 als Steckteil aus und berühren dieses anschließend großflächig. Dies trifft auch dann zu, wenn die mittels eines elastischen Haltemittels gehaltenen leitfähigen Elemente ein formelasti sches Verbindungselement 3 bilden.
Das als elastische oder starre Umhüllung wirkende Haltemittel 4 einer Drähteschar oder die elastische Eigenschaft der Drähte selber sorgen für eine dauerhafte (großflächige, vielpolige) elektrische Verbindung mit dem Verbindungselement.
Das Zusammenfassen der Drähte kann durch einen elastischen Mantel aus Kunststoff z. B. einem Silikonschlauch erfolgen, wie im Zusammenhang mit den 6a) bis 6d) erläutert wird. Bei der alternativen Verwendung von Metall-Filz, Metallwolle, Metall- bzw. Drahtgeflecht oder Metallpartikel anstelle von Drähten als leitfähige Elemente kann das zur Ummantelung verwendete nichtleitende Material aber auch unmittelbar den Metall-Filz, die Metallwolle, das Metall- bzw. Drahtgeflecht umgeben und diese zu benachbarten Metallteilchen, Drähten bzw. Metallfilz- oder Metallwolle-Teilchen in Berührung halten.
Ein Haltemittel kann auch durch eine aufgecrimpte Hülse, einen Spannring oder auch durch eine Starre Hülse z. B. aus PBT bestehen, wie in den 8a), 8b) und den 7a) bis 7d) dargestellt ist. Schließlich kann das Haltemittel auch Bestandteil eines Gehäuses z. B. eines Steuergerätes oder Sensors sein, wie in den 8c) und 8d) gezeigt ist.
Die Querschnittsdarstellungen der 6a) bis 6d) zeigen Querschnitte senkrecht zur z-Richtung von beispielhaften Verbindungselementen 3 gemäß der Erfindung, die aus Drähten 5 als elektrisch leitfähige Elemente bestehen und zu Drähtescharen zusammengefasst sind, wobei sie sich in der Ausführung des als Haltemittel ausgebildeten Mantels 4 voneinander unterscheiden. Dabei handelt es sich bei a) um einen zylindrischen Mantel 4, der lediglich eine Drähteschar umfasst, b) um einen vieradrigen Mantel 4 mit vier Drähtescharen, c) um einen dreiadrigen Mantel 4 mit drei Drähtescharen und bei d) um einen zweiadrigen Mantel 4 mit zwei Drähtescharen. Werden also mehrere unterschiedliche Kontaktierungen z. B. für die elektrische Versorgung und ein oder mehrere Signal bzw. Signale benötigt, z. B. mit zwei, drei oder vier Kontakten, so kann vorzugsweise ein mit zwei, drei oder vier feinadrigen Drähtescharen versehene Gegenstücke 3 bzw. Verbindungsabschnitte 3 (wie in 6 gezeigt) verwendet werden, die im dargestellten Querschnitt entsprechend einer elektrischen mehradrigen Leitung aufgebaut sind.
Der Umfang des Haltemittels 4 ist üblicherweise nach Art eines vollständig geschlossenen Zylindermantels, wie in 7c) gezeigt, ausgeführt. Die 7a), b) und d) zeigen Ausführungsbeispiele für Mäntel 4 mit offener Ummantelung. Dabei ist in 7a) der Mantel unterbrochen und somit beim Einstich eines Stiftes 1 elastischer, als die geschlossene (feste) Ummantelung in 7c). In 7b) besteht der Mantel 4 aus zwei oder mehreren Spannringen.
8a) zeigt ein Verbindungselement 3 mit einer durch einen Mantel 4 bewirkten gecrimpten Drähteschar aus dünnen Drähten 5, indem eine umlaufende Sicke 17 in den Mantel 4 eingebracht wird. In 8c) wird ein Mantel 4 in einem entsprechend geformten Bereich eines Gehäuses 9 gehalten. Das Gehäuse 9 kann zweckmäßigerweise eine ringförmige Erhebung 10 im Innenbereich aufweisen, wodurch die Drähte 5 und der Mantel 4 in einem Teilbereich unter Ausbildung einer Sicke 17 zusammengedrückt und gehalten werden. 8b) zeigt die Möglichkeit eines Mantels 4 als Spannring wie in 7b), wobei der Spannring eine Unterbrechung besitzt, welche zur Elastizität beim Einstecken eines Stifts 1 in die aus Drähten 5 bestehende Drähteschar beiträgt.
In 8d) ist gezeigt, wie ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 3 ohne Mantel in ein Gehäuse integriert werden kann. Dazu wird ein aus Drähten 5 bestehendes Drahtbündel derart unter Ausbildung eines rohrförmigen Stutzens bspw. im Gehäuseboden 9 eines Kunststoffgehäuses eingepresst, dass eine in dem Stutzen umlaufender Vorsprung 10 sickenartig dieses Drahtbündel aus Drähten 5 fest mit diesem Gehäuseboden 9 verbindet, so dass es nicht aus dem Gehäuse herausfällt.
Oft ist es erforderlich, insbesondere im Fahrzeugbau das Eindringen von Flüssigkeiten, Feuchtigkeit oder Gasen in eine Steckverbindung zu verhindern. Dies lässt sich bei einem erfindungsgemäßen, aus einem Verbindungselement und wenigstens einem Stift bestehenden elektrischen Verbinder dadurch lösen, dass bspw. die aus Drähten bestehende Drähteschar mit einer vorzugsweise zum Verarbeitungszeitpunkt flüssigen Abdichtsubstanz z. B. 2-Komponenten Silikon-Gel benetzt bzw. verfüllt wird, und diese leitfähigen Elemente, also bspw. die Drähteschar das Silikon bedingt durch die Kapillarwirkung aufnehmen und das Verbindungselement dadurch gegen andere (später auftretende) Flüssigkeiten, insbesondere auch Wasser, aber auch Schadgase an der späteren Kontaktstelle und sich selbst abdichten.
Der aus einem Verbindungselement und wenigstens einem Stift bestehende erfindungsgemäße elektrische Verbinder kann mit Vorteil so eingesetzt werden, dass eine unerwünschte thermische Aufheizung, wie sie bei toleranzausgleichenden elektrischen Verbindern nach dem Stand der Technik häufig vorkommt, wegen der relativ großen wirksamen Kontaktfläche des Verbindungselements vermieden wird, wie nachfolgend anhand der 9 und 12 erläutert wird.
Gemäß 9 ist eine Leiterplatte 2 mit elektronischen Bauteilen 18, die auch SMD-Bauelemente darstellen können, bestückt. An den Stellen, an den im Bereich der Bauelemente 18 eine hohe thermische Aufheizung erfolgt, sind Durchkontaktierungen 19 vorgesehen, die mit Material von hoher Wärmeleitfähigkeit verfüllt sind. In diesen Bereichen sind SMD-Stifte 1' sowie ein Einpresskontaktstift 1'' angeordnet, die in erfindungsgemäßen Verbindungselementen 3 stecken, die aus leitfähigen Elementen 5, vorzugsweise dünne Drähte oder Litzen mit einem entsprechenden Mantel 4 aufgebaut sind. Die Wärme wird zunächst über die Durchkontaktierungen 19 auf die Stifte 1' und 1'' geführt und von diesen an die Verbindungselemente 3 abgegeben. Zusätzlich kann von einem Stift oder von mehreren solchen Stiften eine elektrische Kontaktierung erfolgen.
Wie 12 zeigt, kann bei geeigneter Ausführung ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 3 auch als Kühlkörper für Leistungsbauteile 18 verwendet werden, indem das aus dünnen Metalldrähten, die ggf. auch zu Drähtescharen oder Bündeln zusammengefasst sein können, bestehende Verbindungselement 3 über dessen Kontaktfläche 11b und metallisierten Durchkontaktierungen 19 mit den Leistungsbauelementen 18 sowohl in elektrischer als auch in thermischer Verbindung stehen. Hierzu können einige Durchkontaktierungen 19 auch nur in thermischen Kontakt mit den Leistungsbauelementen 18 stehen. Die elektrische Verbindung wird mit zwei metallischen Lanzen 1' hergestellt, die als SMD-Stifte ausgeführt sind und mit Durchkontaktierungen 19 einer Leiterplatte 2 verlötet sind. Im Sonderfall kann hier auf eine elektrische Verbindung zu weiteren Komponenten auch verzichtet werden.
Damit kann eine Kühlung nicht nur über Stifte 1 sondern auch direkt über die Masse des Metalls der Drähteschar erfolgen, insbesondere über einen direkten Kontakt mit dem zu kühlenden Bauelement (z. B. Leistungshalbleiter). Die Stifte oder Lanzenkontakte können dabei insbesondere neben der Nutzung als Kühlelement zusätzlich auch als elektrische Kontakte genutzt werden.
Die 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verbindung eines Verbindungselements 3 mit dem Steckerstift 1 eines Steckers 15, der bspw. in ein Gehäuse eingespritzt ist. Das Verbindungselement 3, bestehend bspw. aus einer mittels eines Mantels 4 ummantelten Litze 5, ist mit seiner Kontakt fläche 11b elektrisch mit einer Leiterplatte 2 verbunden. Der Steckerstift 1 des Steckers 15 ist über die andere Kontaktfläche 11a eingesteckt.
In 11 sind zwei Verbindungselement 3 und 3' mit einer zwei Stifte 1 aufweisenden Doppellanze 1a für zwei gegenüberliegende Verbindungen gezeigt. Hierzu ist die Doppellanze 1a in einer Leiterplatte 2 angeordnet, so dass jeweils ein Stift 1 auf beiden Seiten der Leiterplatte 2 senkrecht steht und jeweils in einem Verbindungselement 3 bzw. 3' über eine Kontaktfläche 11a steckt. Die Verbindungselemente 3 sind identisch jeweils mit von einem Mantel 4 eingefassten dünnen Drähten 5 aufgebaut, wobei der jeweilige Mantel 4 auch einen die Kontaktfläche 11b abdeckender Deckel 8 umfasst. Das Verbindungselement 3 ist über den Deckel 8 mit einer Leiterplatte 6 verbunden.
Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel nach 11 ferner möglich, dass die Verbindungselemente 3 und 3' je nach Anwendungsfall auch mehrere Kontakte z. B. einen Lötkontakt auf einer Leiterplatte und ein oder mehrere Lanzenkontakte eines oder mehrerer Bauelemente miteinander elektrisch verbindet.
Alternativ zu den Lanzenkontakten an einer Leiterplatte können diese auch Bestandteil eines Gehäuses sein und/oder Bestandteil eines Stanzgitters.
Wie in 13a gezeigt, kann für den Fall, dass die mechanische Vorspannung zum Andrücken der aus dünnen Drähten 5 bestehenden Drahtbündel an den als Lanzenkontakt ausgebildeten Stift 1 dauerhaft nicht ausreicht, der Lanzenkontakt 1 auch als Federelement, z. B. vergleichbar eines Nadelöhrs oder dem Griffbereich einer Pinzette, ausgeführt sein. Damit wird, wie in 13b) dargestellt, beim Einführen dieses Lanzenkontakts 1 in bspw. das aus dünnen Drähten 5 und mit einem Mantel 4 ummantelte Verbindungselement 3 diese Drähte mehr auseinandergedrückt als mit üblichen Stiften, so dass eine höhere Anpresskraft an die Drähte 5 erzielt wird und gleichzeitig diese Drähte 5 stärker komprimiert werden.
Es ist besonders zweckmäßig bei dem erfindungsgemäßen Verbinder zusätzliche Hilfslanzen einzusetzen, welche insbesondere aus Kunststoff bestehen. Deren Aufgabe ist es, die Drähteschar stärker zu komprimieren und somit ein besseres Andrücken an die Kontaktlanze(n) zu gewährleisten.
Bei elektrischen Kontaktierungen ist eine Beschichtung der Lanzen und Drähteschar mit Gold oder Silber vorteilhaft. Insbesondere bei kleinen Strömen und gesteigerten Umweltbedingungen.
Gemäß der Querschnittsdarstellung nach 14 kann mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 ein elektrisches Bauteil 16, bspw. ein Elektromotor, ein Sensor oder eine Spule mit einer Leiterplatte 2, die auch ein Schaltungsträger oder ein Stanzgitter darstellen kann, elektrisch zu verbinden. Diese Leiterplatte 2 trägt beidseitig elektronische Bauelemente 18 und weist im Randbereich einen als Anschlussstift oder Anschlusspin ausgebildeten Stift 1 auf, der in eine Kontaktfläche 11a des erfindungsgemäßen Anschlusselements 3 gesteckt ist. Dieses Anschlusselement 3 besteht entweder aus dünnen Drähten 5, vorzugsweise aus Litze, aus in Kunststoff eingebetteten Metallpartikeln oder aus Leitgummi. Ferner ist das Anschlusselement quaderförmig mittels eines Mantels 4 derart ummantelt, dass bspw. die dünnen Drähte 5 oder das Leitgummi in Längsrichtung des Quaders in einem Kanal 20 verlaufen bzw. verläuft, so dass die Kontaktfläche 11a in einer Ebene mit einer Stirnseite des quaderförmigen Mantels und benachbart zu der den Stift 1 tragenden Leiterplattenfläche liegt. Senkrecht zur Längsrichtung des Kanals 20 ist eine Öffnung 21 vorgesehen, durch die Anschlusskontakte 22 des elektrischen Bauteils 16 die in dem Kanal 20 bspw. verlaufende Litze 5 oder das Leitgummi kontaktiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der quaderförmige Mantel 4 einen Teil einer Gehäusewand eines Kunststoffgehäuses darstellt.
Die 15 zeigt eine weitere Anwendung eines in eine Gehäusewand 9 eines Gehäuses integrierten Verbindungselements 3, das entsprechend 8d) aufgebaut ist. Eine mit elektronischen Bauelementen 18 bestückte Leiterplatte 2 befindet sich innerhalb des Gehäuses und ist über bspw. einen SMD-Stift 1' mit einer Kontaktfläche 11a des Verbindungselements 3 elektrisch verbunden. Die außerhalb des Gehäuses liegende zweite Kontaktfläche 11b des Verbindungselements 3 ist mit einem Anschlusskontakt 22 einer Spule 16, insbesondere einer Ventilspule verbunden.
Die 16a und 16b zeigen ein mehrteiliges Gehäuse 9 mit einer mit elektronischen Bauelementen 18 bestückten Leiterplatte 2, die durch eine Gehäusewand mittels zwei erfin dungsgemäßen Verbindungselementen 3 mit Kontaktstiften 1 eines Steckers 15, der über Rastmittel 24 und 26 mit dem Gehäuse 9 verbundenen wird, indem zwei Rasthacken 24 am Gehäuse 9 in eine am Stecker 15 umlaufende Rastnut 26 einrasten. Die beiden Verbindungselemente 3, die entsprechend den beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgebaut sein können, sind mit der Rückseite der Leitplatte 2 elektrisch verbunden, bspw. über eine Lötverbindung und durch Gehäuseöffnungen 25 hindurchgeführt, so dass beim Einrasten des Steckers 15 die Steckerstifte 1 in die Verbindungselemente 3 eindringen können.
Eine weitere besonders vorteilhafte Verwendung von erfindungsgemäßen Verbindungselemente 3 zeigen die 17 bis 19. Das verwendete Verbindungselement 3 weist neben den beiden stirnseitigen Kontaktflächen 11a und 11b eine weitere Kontaktfläche 11c auf, die von der Mantelfläche des Verbindungselements 3 gebildet wird. Je nach Anwendungsfall kann das Verbindungselement 3 einen Mantel aufweisen, der elektrisch leitend oder isolierend ist. Wird das Verbindungselement 3 mit einer elektrisch leitenden Fläche kontaktiert, muss die Mantelfläche, zumindest im Kontaktbereich ebenfalls elektrisch leitend sein. Erfolgt dagegen der elektrische Kontakt über einen Stift, bspw. eine Einstechlanze oder eine Schneidklemme, kann ein Verbindungselement 3 mit isolierender Umhüllung verwendet werden, da dann die elektrische Verbindung durch Einstechen in den Mantel hergestellt wird.
Nach 17a) ist eine Leiterplatte 2 mit elektronischen Bauelementen 18 bestückt, so dass auf der Leiterplatte 2 verlaufende Leitbahnen 29 kontaktiert werden. Zwei Leitbahnen 29 sind an eine Stirnseite der Leiterplatte 2 geführt, wo sie in einer halbkreisförmigen Durchkontaktierung 19 unter Ausbildung einer stirnseitigen Kontaktfläche enden. Die Form des Halbkreises entspricht dabei den Abmessungen des Verbindungselements 3, so dass dieses dort formschlüssig eingelegt werden kann.
Die 17b) zeigt die Leiterplatte 2 aus 17a in einem Kunststoffgehäuse 9, wobei zwischen den Kontaktflächen in den Durchkontaktierungen 19 und der gegenüberliegenden Gehäusewand die Verbindungselemente 3 eingepresst sind.
Eine Kontaktierung nach außerhalb des Gehäuses 9 kann nun über die weitere Kontaktfläche 11c oder die stirnseitigen Kontaktflächen 11a oder 11b erfolgen. So wird gemäß 18 über Steckerstifte 1 einer Steckerbuchse 15 die weitere Kontaktfläche 11c des Verbindungselements 3 kontaktiert, während gemäß 19 Steckerstifte 1 einer Steckerbuchse 15 die Verbindungselemente 3 über deren stirnseitige Kontaktfläche 11a kontaktieren.
Ferner ist es auch möglich, lediglich die weitere Kontaktfläche 11c eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 zu nutzen. So wird gemäß 20 über ein langgestrecktes, zylinderförmiges Verbindungselement 3 eine mit elektronischen Bauelementen 18 bestückte Leiterplatte 2 mit zwei elektrischen Bauelementen 16, bspw. Ventilspulen elektrisch verbunden, wobei die beiden Bauelemente 16 und die Leiterplatte 2 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Leiterplatte 2 wird über einen Stift 1 mit dem Verbindungselement 3 verbunden, während die beiden Bauelemente 16 jeweils über einen Anschlusskontakt 22 mit dem Verbindungselement 3 kontaktiert werden. Die Kontaktierung der Leiterplatte 2 als auch der beiden Bauelemente 16 kann bspw. mittels einer Einstecklanze als Stift 1 oder mittels Schneidklemmen realisiert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 21 wird ebenfalls nur die weitere Kontaktfläche 11c eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 3 mit Stiften 1 kontaktiert. In dieser schematischen 21 sind neun Ventilspulen 31 in einem Ventilblock 33 angeordnet, wobei in einem Randbereich eine Steckerleiste 32 mit Steckerstiften 1 sich befindet. Im mittleren Bereich des Ventilblockes 31 finden sich weitere Steckerstifte 1, die einen Pumpenanschluss 33 für die Hydraulik darstellen. Das Verbindungselement 3 wird nun rechtwinklig zwischen einem Steckerstift 1 der Steckerleiste 32 und einem Stift 1 des Pumpenanschlusses 33 im Bogen um eine Ventilspule 31 geführt, wobei die beiden Stifte 1 jeweils einen elektrischen Kontakt über die weitere Kontaktfläche 11c des Verbindungselements 3 herstellen. Das Verbindungselement 3 kann bspw. als elastisch umhüllte Litze aufgebaut sein. Für die Kontaktierung oder für weitere Kontaktierungen können anstelle der weiteren Kontaktfläche 11c auch die stirnseitigen Kontaktflächen 11a und 1lb verwendet werden.
Schließlich zeigt die 22 ebenso eine vorteilhafte Verwendung von erfindungsgemäßen Verbindungselementen 3. Hiernach wird eine mit elektronischen Bauelementen 18 bestückte Leiterplatte 2 mit einem weiteren elektronischen Bauelement 18 elektrisch verbunden, indem dessen Anschlusskontakte 27 direkt jeweils mit einer Kontaktfläche 11a der beiden Verbindungselemente 3 bspw. verlötet werden. Die beiden anderen stirnseitigen Kontaktflächen 11b der beiden Verbindungselemente 3 werden über mit der Leiterplatte 2 verbundene Stifte 1, die bspw. als Einpresskontaktstifte ausgeführt sind, kontaktiert. Auch ist es möglich, die Kotaktflächen 11b direkt auf die Leiterplatte 2 zu löten.
Die erfindungsgemäßen Verbindungselemente, insbesondere wenn hierfür dünne Drähte, eingefasst als Bündel oder Drähteschar, vorzugsweise Litzen verwendet werden, können leicht und einfach hergestellt werden. Die Drähteschar kann bevorzugt durch das Abschneiden fein-drähtiger Leitungsenden hergestellt werden. Dabei kann, wenn vorhanden, die Isolierung der Leitungen als elastische Umhüllung der Leitungsschar verwendet werden.
Bei einer derartigen Montagemethode ist es vorteilhaft, beim Herstellen der elektrischen Verbindung von der ersten Kontaktfläche her die Drähteschar des Verbinders von der anderen Seite her gegenzuhalten.
Bei geeignetem Aufbau und Verbindung des Verbinders z. B. durch Anlöten, Ancrimpen, Klemmen oder vergießen mit einem elastischen Kleber kann der Verbinder auch für mehrfache Steckung geeignet sein.

1, 1': elektrisch leitender Stift
1'', 1''': elektrisch leitender Stift
1'''': elektrisch leitender Stift
1a: Doppelstift
2: erste Leiterplatte
3: Gegenstück bzw. Anschlusselement
3': Gegenstück bzw. Anschlusselement
4: Haltemittel der elektrisch leitfähigen Elemente 5
5: elektrisch leitfähige Elemente, Drähte
6: zweite Leiterplatte
7: Zwischenboden
8: Verbindungsdeckel
9: Gehäuse
10: ringförmige Erhebung
11a: Kontaktfläche am Gegenstück 3
11b: Kontaktfläche am Gegenstück 3
11c: weitere Kontaktfläche am Gegenstück 3
12: dritte Leiterplatte
13: Unterbrechung an Haltemittel 4
14: SMD-Adapter für das Gegenstück 3
15: Stecker
16: elektrisches Bauteil
17: Sicke
18: elektronische Bauelemente
19: Durchkontaktierungen in Leiterplatte 2
20: Kanal in einem Haltemittel 4
21: Öffnungen in Haltemittel 4
22: Anschlusskontakte eines elektrischen Bauteils 16
23: Isoliermaterial
24: Rasthacken
25: Gehäuseöffnungen
26: Rastnut
27: Anschlusskontakte eines elektronischen Bauelements 18
28: SMD-Bauelement
29: Leitbahnen auf Leiterplatte 2
30: Ventilblock
31: Ventilspulen im Ventilblock 30
32: Steckerleiste
33: Anschlusskontakte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005041892 A1 [0007, 0008]

Claims

Elektrischer Verbinder mit Toleranzausgleich aus einem Steckteil und einem Gegenstück, wobei beim Zusammenstecken von mindestens einen elektrisch leitenden Stift (1, 1', 1'', 1''', 1'''') umfassenden Steckteil und Gegenstück (3, 3') in z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems mit den Vektoren x, y und z eine elektrische Verbindung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gegenstück (3, 3') volumenelastisch ist sowie einen vorgegebenen Volumenbereich ausbildet, wobei das Gegenstück in z-Richtung von jeweils einer stirnseitigen Kontaktfläche (11a, 11b) begrenzt wird, – zur Bildung der elektrischen Verbindung der mindestens eine elektrisch leitende Stift (1, 1', 1'', 1''', 1'''') im im Wesentlichen in dem Gegenstück (3, 3') in z-Richtung ausgerichtet ist und eine Kontaktfläche (11a, 11b) im Wesentlichen senkrecht durchdringt, und – der von dem Gegenstück (3, 3') ausgebildete Volumenbereich derart dimensioniert ist, dass der Stift (1, 1', 1'', 1''', 1'''') im Rahmen einer zugelassenen Wegtoleranz in x- und/oder y-Richtung beim Zusammenstecken den Volumenbereich zur Herstellung einer sicheren elektrischen Verbindung trifft.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Gegenstück (3, 3') gebildete Volumenbereich in z-Richtung eine so große Ausdehnung hat, dass auch in z-Richtung, eine zugelassene Wegtoleranz gegeben ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') einen Volumenbereich mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Elementen (5) ausbildet.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elemente des Gegenstücks (3, 3') als dünne und sich im Wesentlichen in z-Richtung erstreckenden, elektrisch leitfähigen Elemente (5), insbesondere als Drähte ausgebildet sind.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der elektrisch leitfähigen Elemente (5) des Gegenstücks (3, 3') Metall-Filz, Metallwolle, Metallgeflecht oder metallisiertes Kunststoffgewebe verwendet wird.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') formelastisch ausgebildet ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Elemente (5) von einem Haltemittel (4) zusammengehalten werden.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elemente des Gegenstücks (3, 3') mittels des Haltemittels (4) als wenigstens ein Bündel zusammengefasst werden, vorzugsweise zu einem Bündel von elektrisch leitfähigen Drähten (5), insbesondere zu wenigstens einer Litze oder zu einem gebündelten Metall-Filz, Metallwolle, Metallgeflecht oder metallisierten Kunststoffgewebe.
Elektrischer Verbinder nach einem der Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (4) ein Mantel, vorzugsweise ein formelastischer Mantel, ein Ring, eine Flechtung, eine Verdrillung oder ein adhäsives Material ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (4) den von dem Gegenstück (3, 3') gebildeten Volumenbereich mit den leitfähigen Elementen (5) zumindest teilweise ringförmig oder zylinderförmig umgibt, wobei das Haltemittel (4) vorzugsweise eine Unterbrechung (13) aufweist, welche beim Einführen des Stifts (1) in den Volumenbereich elastisch wirkt.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel einen Mantel (4) umfasst, der zu Aufnahme von einem, zwei, drei oder vier Bündel von leitfähigen Elementen (5) ein, zwei, drei oder vieradrig aufgebaut ist oder zur Aufnahme von mehr als vier Bündel von leitfähigen Elementen (5) mehr als vier Adern aufweist.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (4) von einem Gehäuse (9) gehalten wird, das den Mantel (4) ringförmig umfasst und bevorzugt eine ringförmige Erhebung (10) aufweist, die den Mantel (4) zusammendrückt.
Elektrischer Verbinder nach einem der Anspruch 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (4) als integriertes Teil eines Gehäuses (9), insbesondere einer Gehäusewand eines Kunststoffgehäuses ausgebildet ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (4) mantelförmig die elektrisch leitfähigen Elemente (5) umschließt und den Randbereich einer Kontaktfläche (11a, 11b) rahmenartig einfasst.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (11a, 11b) des Gegenstücks (3, 3') lötbar ausgebildet ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (11a, 11b) des Gegenstücks (3, 3') mit einem elektrisch leitfähigen Deckel (8) versehen ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Mantel als Haltemittel (4) und der elektrisch leitfähige Deckel (8) einstückig ausgebildet sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähige Elemente (5) dünne Drähte, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium im Wesentlichen parallel zur z-Richtung oder verseilt in dem von dem Gegenstück (3, 3') gebildeten Volumenbereich angeordnet sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Elemente (5) mit einem adhäsiv wirkenden Klebemittel benetzt sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Elemente (5) mit einem volumenelastischen Kunststoff, vorzugsweise mit einem Elastomer vernetzt sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Elemente (5) als elektrisch leitfähige Metallpartikel oder metallisierte Partikel, vorzugsweise versilbert oder vergoldet, ausgebildet sind, die in einem volumenelastischen Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer eingebettet sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') zur Ausbildung des Volumenbereichs aus elektrisch leitfähigem Kunststoff, vorzugsweise aus einem leitfähigen Polymer gebildet ist.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') aus Leitgummi besteht.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') zylinderförmig ausgebildet ist, wobei dessen Längsachse annähernd in z-Richtung ausgerichtet ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Gegenstücks (3, 3') in z-Richtung zusätzlich zu den stirnseitigen Kontaktflächen (11a, 11b) eine weitere Kontaktfläche (11c) bildet.
Elektrischer Verbinder nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kontaktfläche (11c) des Gegenstücks (3, 3') durch einen elektrisch leitfähigen Mantel (4) gebildet wird.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Gegenstücks (3, 3') als SMD-Bauelement (28) ein spinnenförmig ausgebildeter SMD-Adapter (14) vorgesehen ist, der eine stirnseitige Kontaktfläche (11a, 11b) und die angrenzende Umfangsfläche des Gegenstücks (3, 3') umschließt.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (1) und/oder das Gegenstück (3, 3') mit einer Leiterplatte (2, 6, 12) elektrisch verbunden ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide stirnseitigen Kontaktflächen (11a, 11b) des Gegenstücks (3, 3') jeweils über einen Stift (1, 1') mit einer Leiterplatte (2, 6) bzw. mit einem elektrischen Bauteil (16) verbunden sind.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Gegenstück (3, 3') über einen Doppelstift (1a) miteinander verbunden sind, wobei der Doppelstift (1a) in einer Leiterplatte (2) angeordnet ist.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Gegenstück (3, 3') gegenüberliegende Endes des Stiftes (1) einen Steckerstift, insbesondere eines Steckers (15) bildet.
Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') von einem Kontaktanschluss (32) bogenförmig zu einem weiteren Kontaktanschluss (33) geführt ist, wobei mindestens ein Kontaktanschluss (32, 33) mittels eines Stifts (1) das Gegenstück (3, 3') über dessen weitere Kontaktfläche (11c) kontaktiert.
Verwendung des Verbinders gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche zur Kühlung von elektronischen Bauelementen (18).
Verwendung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (1) unmittelbar zur Wärmeableitung an einer zu kühlenden Stelle einer Leiterplatte (2, 6) angeordnet ist und der Stift (1) zusätzlich zur Wärmeableitung auch zur elektrischen Verbindung mit dem Gegenstück (3, 3') dient.
Verwendung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück (3, 3') unmittelbar zur Wärmeableitung an einer zu kühlenden Stelle einer Leiterplatte (2, 6) angeordnet ist und wenigstens ein Stift (1) eine elektrische Verbindung herstellt.
Verwendung des Verbinders gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 32 zur Anbindung eines Sensors (16), insbesondere Drucksensors an eine elektronische Einheit.
Verwendung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16) beim Verbinden einer Hydraulikeinheit ECU mit einer elektronischen Kontrolleinheit HCU kontaktiert wird, wobei der elektrische Verbinder auf Grund seiner Konstruktion Fertigungstoleranzen hinsichtlich der Position der beim Zusammenfügen hergestellten elektrischen Verbindung/en ausgleicht.
Verwendung des Verbinders gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32 zum elektrischen Verbinden von mehreren elektrischen Bauteilen (16), vorzugsweise von Ventilspulen (31) z. B. eines ABS Steuergerät mit einem gemeinsamen Poten tial sowie einer Ansteuerelektronik.
Verwendung des Verbinders gemäß einem der Ansprüche 1 bis 32 zum elektrischen Verbinden einer Leiterplatte über die weitere Kontaktfläche des Gegenstücks (3, 3') mit einem Stift (1), der einen Steckerstift, insbesondere eines Steckers bildet.
Verwendung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der weiteren Kontaktfläche (11c) des Gegenstücks (3, 3') mit einer Leiterplatte (2, 6) das Gegenstück (3, 3') in eine Durchkontaktierung (19) der Leiterplatte (2, 6) eingebracht ist.
Verwendung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchkontaktierung (19) halbkreisförmig an einer Stirnseite der Leiterplatte (2, 6) angeordnet ist und das Gegenstück (3, 3') zwischen einer Gehäusewand und der halbkreisförmigen Durchkontaktierung (19) eingeklemmt ist.