DE102009021732A1

DE102009021732A1 - Steckbarer Varistor

Info

Publication number: DE102009021732A1
Application number: DE102009021732A
Authority: DE
Inventors: Werner Kallee
Original assignee: Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG
Current assignee: Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25
Also published as: EP2430891A1; WO2010130654A1; US20120122326A1

Abstract

Zur lösbaren Anbringung eines elektronischen oder elektrischen Bauteiles wird vorgeschlagen, das Bauteil in einer Baugruppe mit einem Trägerelement und einem Gehäuse zusammenzufassen. An der nach außen gerichteten Seite des Trägerelements ist ein Isolierkörper angebracht, durch den Durchgänge hindurchgehen. In den Durchgängen sind Verbindungselemente untergebracht. Diese Verbindungselemente sind einerseits mit dem Trägerelement elektrisch und mechanisch verbunden und ragen auf der anderen Seite des Isolierkörpers aus dessen Stirnfläche heraus. Dort sind sie als Kontaktelemente ausgebildet, die zum Einsetzen in durchkontaktierte Bohrungen einer Leiterplatte ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das elektronische Bauteil als Baugruppe mit dem Gehäuse mit der Leiterplatte durch Stecken verbunden werden und im Bedarfsfall auch wieder entnommen werden. Falls erforderlich können in dem Gehäuse an dem Trägerelement auch mehrere Bauteile angeordnet sein, falls diese funktionell zusammengehören.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der Verbindung von elektrischen beziehungsweise elektronischen Bauelementen mit Leiterplatten.
Leiterplatten enthalten üblicherweise eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, die mithilfe von Leiterbahnen innerhalb der Leiterplatte und auf der Leiterplatte miteinander verbunden sind. Diese Bauelemente sind normalerweise mit der Leiterplatte verlötet. Es gibt aber auch elektrische oder elektronische Bauelemente, die funktionell mit Leiterplatten verbunden werden sollen, die aber aufgrund ihrer Größe und/oder der Forderung nach Auswechselbarkeit nicht in der üblichen Weise mit Leiterplatten verbunden werden können oder sollen. Sie sollen also als Einzelelement nachträglich mit der Leiterplatte verbunden werden können. Ein nachträgliches Einlöten von Hand ist aber sehr zeitaufwändig und kommt daher nicht infrage.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein separates elektronisches Bauelement, das mehrere elektrische Anschlüsse aufweist, mithilfe von Schneidkontakten elektrisch mit Leiterbahnen der Leiterplatte zu verbinden. Gleichzeitig wird das betreffende Bauelement in einem Gehäuse, das die Leiterplatte aufweist, über elastische Lagerelemente fixiert ( DE 202006016320 U1 ).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, wie ein elektronisches oder elektrisches Bauteil mit geringem Aufwand auswechselbar an einer Leiterplatte angebracht werden kann, wobei bei der Anbringung gleichzeitig auch eine elektrische Verbindungen hergestellt werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Baugruppe mit den im Anspruch eins genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird also das nachträglich lösbar anzubringende elektrische oder elektronische Bauteil an einem Trägerelement angebracht. An diesem Trägerelement kann das elektronische Bauteil beispielsweise nicht auswechselbar festgelegt sein, zum Beispiel durch Löten. Es ist aber auch möglich, dass das elektronische Bauteil mit seinen Anschlüssen in Bohrungen des Trägerelements eingesteckt ist, beispielsweise in so genannte holtite- Kontakte. Dieses Trägerelement wird mithilfe der einstückigen leitenden Verbindungselemente dadurch mit der Leiterplatte verbunden, dass die Kontaktelemente in durchkontaktierte Öffnungen der Leiterplatte eingesteckt werden. Durch die von den Kontaktelementen aufgebrachte Klemmkraft erfolgt eine mechanische und eine elektrische Verbindung mit Leiterbahnen der Leiterplatte. Zum Auswechseln wird das Trägerelement zusammen mit den leitenden Verbindungselementen und dem elektronischen Bauteil von der Leiterplatte einfach abgezogen.
In Weiterbildung der Erfindung kann ein Isolierkörper vorhanden sein, in dem die Verbindungselemente untergebracht sind und aus dem die Kontaktelemente herausragen. Der Isolierkörper dient also zur Halterung der Verbindungselemente, was insbesondere dann von Wichtigkeit sein kann, wenn mehr als zwei Verbindungselemente vorhanden sind. Dies kann dann auftreten, wenn an dem Trägerelement mehr als ein elektronisches Bauteil oder ein elektronisches Bauteil mit mehr als zwei Anschlüssen vorhanden ist.
Gleichzeitig bildet der Isolierkörper eine Anlagefläche zur Anlage an der Leiterplatte.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrisch leitenden Verbindungselemente in Durchgängen des Isolierkörpers angeordnet sind, die sich zwischen den beiden Stirnflächen des Isolierkörpers erstrecken. Dadurch sind die Verbindungselemente nach außen hin isoliert.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Baugruppe ein Gehäuse aufweist, in dem das Trägerelement und das elektronische Bauteil selbst untergebracht sind. Dieses Gehäuse dient einerseits zum Schutz des elektronischen Bauteils und andererseits als Möglichkeit, an der Baugruppe anfassen zu können.
In dem Gehäuse kann auch der Isolierkörper angeordnet sein.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement in dem Gehäuse formschlüssig untergebracht ist. Das Trägerelement kann beispielsweise die Form einer Platte aufweisen, die in Nuten an der Gehäuseinnenwand eingesetzt ist.
Das Gehäuse fasst somit die Teile, die auswechselbar an der Leiterplatte angebracht werden sollen, zu einem einheitlich handhabbaren Gegenstand zusammen.
Die Art der Verbindung zwischen den Verbindungselementen und dem Trägerelement selbst, die nicht lösbar zu sein braucht, kann nach dem jeweiligen Erfordernissen gestaltet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Verbin dungselement in durchkontaktierte Bohrungen des Trägerelement eingepresst ist.
Eine andere Möglichkeit der Verbindung an dieser Stelle kann darin bestehen, dass das Verbindungselement an dem Trägerelement angedeutet ist, beispielsweise in SMT Technologie.
Wenn die Verbindungselemente in dem Isolierkörper in ihrer Steckrichtung unverschiebbar gehaltert beziehungsweise festgelegt sind, kann die Verbindung der Verbindungselemente mit dem Trägerelement gleichzeitig auch dazu dienen, das Trägerelement an dem Isolierkörper beziehungsweise umgekehrt festzulegen.
Eine andere Möglichkeit besteht natürlich auch darin, den Isolierkörper in anderer Weise mit dem Trägerelement zu verbinden, beispielsweise durch zusätzliche Elemente oder auch durch Verkleben.
Falls es gewünscht ist, die Befestigung der Befestigungselemente an dem Trägerelement auch lösbar zu gestalten, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente auch an ihrem dem Trägerelement zugeordneten Ende als Kontaktelemente ausgebildet sind, in durchkontaktierten Bohrungen des Trägerelements also durch Klemmkraft festgelegt sind. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Klemmkraft an dieser Stelle größer ist als an der gegenüberliegenden Seite, so dass beim Abziehen der Baugruppe auch der Isolierkörper mit den Verbindungselementen von der Leiterplatte abgezogen wird.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Baugruppe mindestens einen Kodierstift aufweist, der in Richtung auf die Leiterplatte vorsteht, beispielsweise um den gleichen Betrag wie die Kontaktzungen der Kontaktelemente. Diese Kodierstift es sind dazu ausgebildet, mit ent sprechenden Öffnungen in der Leiterplatte zusammenzuwirken, um auf diese Weise ein falsches Einstecken der Baugruppe zu verhindern.
Die Art, wie die Kontaktelemente ausgebildet sind, um ein Festlegen durch Klemmung zu ermöglichen, kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalls gestaltet werden. Beispielsweise können die Kontaktelemente zwei oder mehr Kontaktzungen aufweisen, die durch einen Schlitz voneinander getrennt sind. Dieser Schlitz kann am Ende der Kontaktelemente offen oder auch geschlossen sein. Durch die Länge des Schlitzes lässt sich die Klemmkraft der Kontaktzungen auf den gewünschten Wert einstellen. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten bekannt, wie man die Klemmkraft einstellen kann.
Erfindungsgemäß kann zur Herstellung vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente aus Blech ausgestanzt werden. Der Isolierkörper kann aus einfachen Kunststoff durch Kunststoffspritzen hergestellt werden. Bei dem Trägerelement kann es sich um ein Stück aus Leiterplattenmaterial handeln, in dem für das unterzubringende elektronische Bauteil durchkontaktierte Bohrungen oder sonstige Anbringungsmöglichkeiten vorhanden sind.
Das Gehäuse kann auch zur Unterbringung mehr als eines Bauteils ausgebildet sein, beispielsweise falls die mehreren Bauteile funktionsmäßig zusammengehören. Das Gehäuse kann auch zusätzliche Halterungen enthalten, damit das in ihm enthaltene Bauteil nicht nur über seine Anschlussdrähte mit dem Trägerelement gehalten wird, sondern beispielsweise auch durch Vorsprünge an der Innenseite des Gehäuses.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Baugruppe nach der Erfindung;
2 einen schematischen Querschnitt aus einer anderen Richtung;
3 vereinfacht die Draufsicht auf einen Isolierkörper;
4 einen Teilschnitt durch den Isolierkörper zwischen dem Trägerelement und einer Leiterplatte.
Die in 1 in einem vereinfachten Querschnitt dargestellte Baugruppe enthält ein Gehäuse 1, das etwa Quaderform aufweist. An seiner in 1 unten dargestellten Unterseite ist dieses Gehäuse 1 offen. In dem Gehäuse ist ein Trägerelement 2 angeordnet, das sich zwischen den Innenseiten der Wände des Gehäuses 1 erstreckt. An der nach innen gerichteten Seite des Trägerelements 2 ist im dargestellten Beispiel ein Varistor 3 mit seinen Anschlüssen 4 angebracht. Die Anschlüsse 4 sind beispielsweise mit Leiterbahnen des Trägerelements 2 verlötet oder in durchkontaktierte Bohrungen des Trägerelements 2 gesteckt. Der Varistor 3 ist durch das Gehäuse 1 geschützt untergebracht. Zu dem Varistor 3 gehört im dargestellten Beispiel eine Thermosicherung 24, mit deren Hilfe die Temperatur des Varistors 3 überwacht werden soll. Diese Thermosicherung ist in der vereinfachten Darstellung der 1 hinter dem Varistor 3 angeordnet.
Unmittelbar an der nach außen gerichteten Unterseite des Trägerelements 2 ist ein Isolierkörper 5 angeordnet, der ebenfalls angenähert Quaderform aufweist. Parallel zu seiner an dem Trägerelement 2 anliegenden oberen Stirnseite 6 weist er eine untere Stirnseite 7 auf, die zusammen mit den Rändern des Gehäuses 1 einen Abschluss für diese Baugruppe bildet.
Das Trägerelement 2 ist als Platte ausgebildet, insbesondere als kleines Stück einer Leiterplatte.
Aus der unteren Stirnseite 7 des Isolierkörpers 5 ragen im dargestellten Beispiel drei Kontaktelemente 8 heraus, die jeweils zwei Kontaktzungen 9 aufweisen. Zwischen jeweils zwei Kontaktzungen 9 eines Kontaktelements 8 ist ein Längsschlitz 10 gebildet. Aus der Unterseite des Gehäuses 1 ragen ebenfalls zwei Stifte 11 heraus, die etwa die gleiche Länge aufweisen wie die Kontaktelemente 8. Diese Stifte 11 dienen als Kodierstifte.
Aus dem Querschnitt der 2 geht hervor, dass das als Platte ausgebildete Trägerelement 2 an seinen beiden Längsseiten in jeweils eine Nut 12 in dem Gehäuse 1 eingreift. Die Nut 12 ist dadurch gebildet, dass an der Innenseite der Gehäusewand zwei parallel zueinander verlaufende Rippen 13 ausgebildet sind. Dadurch ist das Trägerelement 2 formschlüssig in einer Richtung mit dem Gehäuse 1 verbunden, die senkrecht zu der Richtung der Kontaktelemente 8 verläuft. Das Gehäuse 1 ist aus zwei Teilschalen zusammengesetzt. Dadurch ist es möglich, dass das Trägerelement 2 in die Nuten 12 eingesetzt werden kann.
An der Innenseite der beiden Teile des Gehäuses 1 sind Vorsprünge 25 ausgebildet, insbesondere angeformt. Diese Vorsprünge dienen dazu, die Thermosicherung 24 und den Varistor 3 gegeneinander zu drücken, so dass die Thermosicherung zuverlässig die Temperatur des Varistor 3 überwachen kann.
Der an der nach außen gerichteten Unterseite 14 des Trägerelements 2 anliegende Isolierkörper 5 ist schmaler als das Trägerelement 2. Das Gehäuse 1 ist an seiner Unterseite mit nach innen gerichteten Flanschen 15 versehen, die bis an die Seitenwände des Isolierkörpers 5 heranreichen.
Die bereits erwähnten Kodierstifte 11 sind weiter außen angeordnet als die Kontaktelemente 8.
Die 3 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf den Isolierkörper 5 von seiner einen Stirnseite 6 aus. Der Isolierkörper 5 weist eine Vielzahl von Durchgängen 16 auf, die im dargestellten Beispiel in zwei Reihen von jeweils fünf Durchgängen 16 angeordnet sind. Die Querschnittsform der Durchgänge 16 ist kreuzförmig.
Die 4 zeigt leicht vergrößert einen Teilschnitt durch den Isolierkörper 5. In dem Isolierkörper 5 sind, wie erwähnt, Durchgänge 16 vorhanden, die zwischen den beiden Stirnflächen des Isolierkörpers 5 verlaufen. Die Durchgänge 15 weisen zwei nach innen gerichtete Vorsprünge 17 auf, so dass an dieser Stelle der Durchgang 17 in seinem Querschnitt verengt ist.
In den Durchgängen 16 ist jeweils ein Verbindungselement 18 eingesetzt, wobei die 4 nur ein solches Verbindungselement 18 zeigt. Das Verbindungselement 18 ist aus einem Stück Blech durch Ausstanzen hergestellt und weist einen mittleren Abschnitt 19 auf, der als Platte mit zwei parallelen Seitenkanten ausgebildet ist. An der Stelle, wo die nach innen gerichteten Vorsprünge 17 den Querschnitt des Durchgangs 16 verkleinern, weist das Verbindungselement 18 eine Einschnürung auf, die die gleiche Länge aufweist wie die beiden Vorsprünge 17. Dadurch ist das Verbindungselement 18 in dem Durchgang 16 unverschiebbar festgehalten.
Das Verbindungselement weist an seiner dem Trägerelement 2 zugewandten Seite einen Kontaktstift 20 auf, der in eine durchkontaktierte Bohrung 21 des Trägerelements 2 eingepresst ist. Durch die axiale Festlegung des Verbindungselements 18 in dem Isolierkörper 5 und das Einpressen des Kontaktstifts 20 in die durchkontaktierte Bohrung 21 ist nicht nur das Verbindungselement 18 mit dem Trägerelement 2 verbunden, sondern auch der Isolierkörper 5.
An der gegenüberliegenden in 1 und 2 unteren Seite weist das Verbindungselement ein Kontaktelement 8 auf, das zwei Kontaktzungen 9 enthält. Zwischen den beiden Kontaktzungen 9 ist der Schlitz 10 gebildet, der bis weit in das Innere des Isolierkörpers 5 hineinreicht. Durch die Länge des Schlitzes 10 und das Material der Verbindungselemente 18 lässt sich die Klemmkraft einstellen, mit der die beiden Kontaktzungen 9 nach außen beaufschlagt werden, wenn sie in eine Öffnung eingeführt werden.
Die 4 zeigt unten die Leiterplatte 22, mit der die Baugruppe verbunden werden soll. Diese Leiterplatte 22 weist durchkontaktierte Bohrungen 23 auf, in die die Kontaktelemente 8 am Ende der Verbindungselemente 18 eingesteckt werden. Aufgrund der gekrümmten Außenseite der Kontaktzungen 9 lassen sich diese in die Bohrungen 23 einschieben und werden dabei aufeinander zu bewegt. Dadurch entsteht eine Reaktionskraft, die zu einer Verklemmung der Verbindungselemente 18 in den Bohrungen 23 der Leiterplatte 22 führt.
Es sind auch andere Arten der Ausbildung der Kontaktelemente 8 möglich.
Falls es gewünscht wird, kann auch auf der gegenüberliegenden Seite zur Verbindung der Verbindungselemente 18 mit dem Trägerelement 2 eine Ausbildung gewählt werden, bei der die Kontaktelemente nicht eingepresst, sondern eingesteckt werden, so dass sie anschließend auch wieder entnommen werden können.
Ebenfalls in 4 zu sehen ist, siehe links in 4, dass die Leiterplatte 22 auch Löcher aufweist, in die die Kodierstifte 11 eingreifen können, die an der Unterseite des Gehäuses angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202006016320 U1 [0003]

Claims

Baugruppe zur lösbaren elektrischen und mechanischen Verbindung mit einer Leiterplatte (22), enthaltend: 1.1 ein Trägerelement (2), 1.2 an dem ein elektrisches beziehungsweise elektronisches Bauteil (3) elektrisch und mechanisch angebracht ist, 1.3 mindestens zwei einstückige leitende Verbindungselemente (18), die 1.4 im Bereich ihres einen Endes mit Leiterbahnen des Trägerelements (2) elektrisch und mechanisch verbunden sind und 1.5 im Bereich ihres jeweils anderen Endes ein Kontaktelement (8) aufweisen, das 1.6 zum Einstecken in eine durchkontaktierte Bohrung (23) der Leiterplatte (22) ausgebildet ist, 1.7 in der es durch Klemmung quer zur Einsteckrichtung festlegbar ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Verbindungselemente (18) in einem zwei voneinander abgewandte Stirnseiten (6, 7) aufweisenden Isolierkörper (5) angeordnet sind, dessen eine Stirnseite (6) an dem Trägerelement (2) anliegt und aus dessen anderer Stirnseite (7) die Kontaktelemente (8) herausragen.
Baugruppe nach Anspruch 2, bei der die Verbindungselemente (18) jeweils in einem sich zwischen den beiden Stirnseiten (6, 7) des Isolierkörpers (5) erstreckenden Durchgang (16) angeordnet sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (1), in dem das elektrische beziehungsweise elektronische Bauteil (3) und das Trägerelement (2) sowie gegebenenfalls der Isolierkörper (5) angeordnet sind.
Baugruppe nach Anspruch 4, bei der das Trägerelement (2) in dem Gehäuse (1) formschlüssig festgelegt ist.
Baugruppe nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Gehäuse mehrteilig ausgebildet ist und insbesondere aus zwei Halbschalen besteht.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Verbindungselement (18) in durchkontaktierte Bohrungen (21) des Trägerelements (2) eingepresst ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Verbindungselement (18) mit dem Trägerelement (2) verlötet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die mechanische Befestigung des Isolierkörpers (5) an dem Trägerelement (2) mithilfe der Verbindungselemente (18) erfolgt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Verbindungselemente (18) in durchkontaktierte Bohrungen (21) des Trägerelements (2) eingesteckt und dort durch Klemmung festgelegt sind, wobei die Klemmkraft größer ist als bei dem zur Verbindung mit der Leiterplatte (22) bestimmten Kontaktelement (8).
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem Kodierstift (11), der vorzugsweise an dem Gehäuse (1) angeordnet ist und mit einer Bohrung in der Leiterplatte (22) zusammenwirkt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Kontaktelement (8) mindestens zwei durch einen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz (10) getrennte Kontaktzungen (9) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 12, bei der die Länge des Schlitzes (10) des Kontaktelements (8) größer ist als der aus dem Isolierkörper (5) herausragende Teil der Kontaktzungen (9).
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verbindungselemente (18) aus Blech ausgestanzt sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 14, bei der das Gehäuse Beaufschlagung vermitteln und/oder Halterungen für die in ihm enthaltenen elektronischen Bauteile aufweist.