DE102009042385A1

DE102009042385A1 - Multi Fork Einpresspin

Info

Publication number: DE102009042385A1
Application number: DE102009042385A
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: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2011-04-14
Also published as: HK1173000A1; EP2481126A1; DE102009042385A9; WO2011033128A1; US20120231677A1; US9368886B2; EP2481126B1; CN102549844B; CN102549844A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckervorrichtung (100) zum elektrischen Verbinden eines Leiters (300) mit einer Leiterplatte mittels direktem Einstecken der Steckervorrichtung (100) in ein Kontaktloch der Leiterplatte. Die Steckervorrichtung (100) weist einen Befestigungsbereich (101) zum tung (100), einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stromes von dem Leiter (300) auf die Leiterplatte und zumindest drei Einsteckelemente (102), die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind, auf. Jedes der Einsteckelemente (102) erstreckt sich von einem gemeinsamen Grundkörper (103) der Steckervorrichtung (100) und verläuft getrennt von den anderen Einsteckelementen (102). Die Einsteckelemente (102) sind unabhängig voneinander gegenüber dem Grundkörper (103) elastisch verformbar und derart eingerichtet, dass, wenn die Einsteckelemente (102) in dem Kontaktloch eingeführt sind, eine Steckverbindung der Steckervorrichtung (100) mit der Leiterplatte bereitstellbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindungsanordnung mit der Steckervorrichtung und der Leiterplatte. Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Steckerhalbzeug aus einem faltbaren Material bereit, welches zur Herstellung der Steckervorrichtung verwendbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit der Steckervorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
IPC-Klasse H01R 13/53 betrifft Grundplatten oder Gehäuse für hohe elektrische Anforderungen. IPC-Klasse H01R 13/533 betrifft Grundplatten oder Gehäuse für den Gebrauch unter extremen Bedingungen, z. B. hoher Temperatur, Strahlung, Vibration, korrodierender Umgebung, Druck.
Zum Herstellen von elektrischen und/oder elektronischen Verbindungen zwischen verschiedenen Bauteilen, Leitungen oder dergleichen sind Steckverbindungen bekannt, die aus einem Steckelement und einem Buchsenelement bestehen. Beispielsweise gibt es normale Steckdosen, in die Stecker eingesteckt werden können, die an Enden von Leitungen angebracht sind. Derartige Verbindungsanordnungen sind für auch sehr häufiges Herstellen und Lösen der Verbindung geeignet und gedacht.
Bei Relais, Sicherungen oder dergleichen ist es ebenfalls bekannt, an einem Gerät einen Sockel anzubringen, in den die Sicherung oder das Relais eingesteckt werden kann. Auch hier soll ein Auswechseln möglich sein, allerdings ist hier das Auswechseln seltener als bei den Steckvorgängen zwischen Steckdose und Stecker.
Selbst dann, wenn es sich um Steckvorgänge zwischen Leiterplatten und Steckelementen handelt, ist es üblich, auf der Leiterplatte einen Sockel beziehungsweise eine Steckbuchse anzuordnen oder sogar an einer anderen Steile, und die Steckbuchse dann mithilfe von Leitungen mit der Leiterplatte zu verbinden.
EP 1,069,651 A1 offenbart einen Metallanschluss, der in ein Kontaktloch eines elektrischen Schaltkreissubstrates eingeführt wird und einen elektrischen Kontakt an dem Kontaktloch herstellt. Der Anschluss hat ein Stoppelement, das an dem rückseitigen Ende des Kontaktlochs gegen das Substrat anstößt, wodurch ein weiteres Einführen des Anschlusses in das Kontaktloch vermieden wird. Ein Entfernvermeidungsabschnitt stößt an der Vorderseite des Kontaktlochs an das Substrat an, um einem unerwünschten Zurückziehen des Anschlusses zu widerstehen. Der Entfernvermeidungsabschnitt ist federnd deformierbar, um zu ermöglichen, ihn während des Einführens des Anschlusses durch das Kontaktloch hindurchzuführen. Kontaktelemente zwischen dem Stoppelement und dem Entfernvermeidungsabschnitt stellen einen elektrischen Kontakt in dem Kontaktloch her.
Allerdings haben Untersuchungen eines solchen beschriebenen Metallanschlusses ergeben, dass der anschaulich als Ring ausgebildete Entfernvermeidungsabschnitt sich beim Einführen durch das Kontaktloch leicht plastisch deformiert und daher häufig zerstört wird. Anders ausgedrückt stellen das Durchführen dieses breiten Entfernvermeidungsabschnitts durch ein enges Kontaktloch und das Erfordernis des Erzeugens einer ausreichend hohen Haltekraft durch den Entfernvermeidungsabschnitt einen mit dem System der EP 1,069,651 A1 unüberwindbaren technischen Widerspruch dar.
Darüber hinaus ist der in EP 1,069,651 A1 offenbarte Anschluss seitens eines Benutzers schlecht manuell handhabbar. Insbesondere wenn mehrere Kontakte gleichzeitig hergestellt werden sollten, erfordert dies das Aufbringen einer sehr großen manuellen Kraft zum Durchführen des Entfernvermeidungsabschnitts durch das Kontaktloch, was die Fähigkeiten eines menschlichen Benutzers schnell überfordert, wenn nachfolgend eine ausreichend hohe Haltekraft im eingeführten Zustand erreicht werden soll. Ferner ist die mechanische Belastung, die auf die Platine einwirkt, gemäß EP 1,069,651 A1 groß. Ein mehrfaches Stecken gemäß einer Sockel-Stecker-Methode ist mit einem solchen System ebenfalls nicht möglich, da es bei hohen Haltekräften zu plastischen Deformationen des Entfernvermeidungsabschnitts kommt.
US 2,755,453 offenbart einen elektrischen Stecker, welcher durch ein Loch eines elektronischen Terminals hindurchgeführt werden kann. An dem Ende des Steckers und an der gegenüberliegenden Seite des Steckers können Bereiche verbogen werden, um eine mechanische Fixierung in dem elektrischen Terminal zu erreichen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Steckverbindung einer Leiterplatte mit einer Steckervorrichtung zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte, durch ein Steckhalbzeug aus einem faltbaren Material, durch eine Verbindungsanordnung, durch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte und durch ein Fahrzeug mit der Steckervorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines ersten Aspekts der Erfindung wird eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte beschrieben. Die Steckervorrichtung weist einen Befestigungsbereich zum Befestigen des Leiters an der Steckervorrichtung auf. Ferner weist die Steckervorrichtung einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stroms von dem Leiter auf die Leiterplatte auf. Darüber hinaus weist die Steckervorrichtung zumindest drei Einsteckelemente auf, die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind. Jedes der Einsteckelemente erstreckt sich von einem gemeinsamen Grundkörper der Steckervorrichtung und verläuft getrennt von den anderen Einsteckelementen. Die Einsteckelemente sind gegenüber dem Grundkörper unabhängig voneinander elastisch verformbar und derart eingerichtet, dass, wenn die Einsteckelemente in dem Kontaktloch eingeführt sind, eine Steckverbindung der Steckervorrichtung mit der Leiterplatte bereitstellbar ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung mit der oben beschriebenen Steckervorrichtung und der Leiterplatte beschrieben. Gemäß der Verbindungsanordnung wird die Steckervorrichtung mittels einer Steckverbindung mit der Leiterplatte verbunden.
Gemäß einem weiteren Aspekt eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte bereitgestellt. Gemäß dem Verfahren wird der Leiter an einen Befestigungsbereich der Steckervorrichtung befestigt. Zumindest drei Einsteckelemente der Steckervorrichtung werden gemeinsam in das Kontaktloch eingefügt. Wenn die Einsteckelemente in dem Kontaktloch eingeführt sind, wird eine Steckverbindung der Steckervorrichtung mit der Leiterplatte aufgrund unabhängiger elastischer Verformung der Einsteckelemente gegenüber dem Grundkörper bereitgestellt. Ein Strom wird von dem Leiter auf die Leiterplatte über einen Übertragungsbereich der Steckervorrichtung übertragen.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fahrzeug beschrieben, welches mit einer Steckervorrichtung oder einer Verbindungsanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen versehen ist.
Mit der dargestellten Steckervorrichtung kann insbesondere ein Leiter mittels direkten Einsteckens in ein Kontaktloch der Leiterplatte an diese (lösbar) befestigt werden. Das Kontaktloch der Leiterplatte kann durchkontaktiert sein und beispielsweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen, so dass eine Stromübertragung in diesem Bereich bereitstellbar ist. Mit dem direkten Einstecken der Steckervorrichtung in das Kontaktloch der Leiterplatte kann eine sogenannte Direktstecktechnik angewendet werden, bei welcher keine Buchsen oder andere Hilfsmittel zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte angebracht werden müssen. Somit kann die Steckervorrichtung mittels Einsatzes der Direktstecktechnik zu einem vereinfachten Baugruppenschutz führen, da nur noch eine zweidimensionale Beschichtungsnotwendigkeit besteht.
Die Leiterplatte kann im Wesentlichen flach sein und nur die Kontaktlöcher und deren Kontaktierungsfläche aufweisen. Allenfalls flache Lötbauteile können darauf vorhanden sein. Mit anderen Worten ist es mit der Direktstecktechnologie auch möglich, komplette Gehäuse (und die erforderliche Werkzeuge) einzusparen, indem die Baugruppen vergossen bzw. beschichtet und damit mechanisch bzw. chemisch vollständig geschützt werden. Während herkömmlich ein aufwändiges Abkleben von dreidimensionalen Komponenten, wie beispielsweise der Steckerbuchsen, vor dem Vergießen oder Lackieren einer 3D-Oberfläche oder ein aufwändiges selektives Beschichtungsverfahren erforderlich ist, könnte erfindungsgemäß mit einer einfachen Maske der Bereich der Kontaktlochbohrung und der darin enthaltenen Kontaktierungen abgedeckt werden, und ein vollständiger verbleibender Oberflächenabschnitt der Leiterbahnen mit einer Lackierung besprüht oder ein Verguss ausgestattet werden. Ein entsprechendes Verfahren zum Bilden eines Baugruppenschutzes ist erfindungsgemäß bereitgestellt.
Die Steckervorrichtung kann wie oben beschrieben direkt in das (durchkontaktierte) Kontaktloch der Leiterplatte eingeführt werden. Hierbei werden die zumindest drei Einsteckelemente gemeinsam in das Kontaktloch eingeführt. Die Einsteckelemente erstrecken sich von einem gemeinsamen Grundkörper der Steckervorrichtung, insbesondere in Richtung des Kontaktlochs. Die Einsteckelemente bestehen beispielsweise aus Einsteckstäben oder Einsteckpins und können sich beispielsweise dadurch auszuzeichnen, dass jedes Einsteckelement einen äußerst kleinen Durchmesser im Vergleich zu seiner Länge aufweist. Ferner können die Einsteckelemente und beispielsweise die gesamte Steckervorrichtung aus Materialien bestehen, welche sich für eine elastische Verformung eignen, wie beispielsweise bestimmte Metalle oder Kunststoffe, ohne dass dabei plastisch verformbare Materialien zum Einsatz kommen sollten.
Die Steckervorrichtung wird in Richtung einer Einsteckrichtung mit der Leiterplatte verbunden, wobei insbesondere die Einsteckelemente in Einsteckrichtung in das Kontaktloch eingeführt werden. Die Einsteckrichtung ist im Wesentlichen parallel zu der Erstreckungsrichtung des Kontaktlochs definiert. Ferner kann die Einsteckrichtung als diejenige Richtung definiert werden, welche senkrecht zu einer Flächennormale der inneren Oberfläche des Kontaktlochs oder auch senkrecht zu einer Ebene der Oberfläche der Leiterplatte ist.
Die Einsteckelemente werden in Richtung der Einsteckrichtung in das Kontaktloch eingeführt. Dabei sind die Einsteckelemente derart elastisch, bzw. nachgiebig gegenüber dem Grundkörper verformbar, dass sich die Einsteckelemente quer bzw. senkrecht zur Einführrichtung elastisch verformen können.
Der Begriff „elastisch verformbar” bezeichnet insbesondere ein Einsteckelement bzw. ein Material eines Einsteckelements, das bei äußerer Krafteinwirkung eine funktionell nicht unerhebliche Formveränderung erfährt, die sich bei Nachlassen der äußeren Kraft zurückbildet, so dass das elastisch verformbare Material dann wieder in die ursprüngliche Form (Ausgangsform) zurückgeht. Ein elastisch verformbares Material kann bis zu einer bestimmten Krafteinwirkung von einer plastischen Deformation oder einer spanenden Deformation frei oder weitestgehend frei sein. Der Elastizitätsmodul, der den Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung bei der Verformung eines festen Körpers bei linear elastischem Verhalten beschreibt, kann bei dem elastisch verformbaren Material zum Beispiel kleiner als 1 kN/mm², insbesondere kleiner als 0.5 kN/mm², weiter insbesondere kleiner als 0.1 kN/mm² sein. Zum Beispiel kann der Elastizitätsmodul bei dem elastisch verformbaren Material (zum Beispiel Gummi, Elastomere) zwischen 0.01 kN/mm² und 0.1 kN/mm² liegen. Diese Werte des Elastizitätsmoduls können sich auf eine Temperatur von 20°C beziehen. Ein „elastisch verformbares Material” kann insbesondere Material mit einer Härte nach ISO 868-2003 (DIN 53505) von 20 bis 110 Shore A, insbesondere von 30 bis 90 Shore A, weiter insbesondere von 40 bis 70 Shore A, bezeichnen. Zum Beispiel kann das elastisch verformbare Material eine Shore-Härte in einem Bereich zwischen 90 ± 5 Shore A bis 30 ± 5 Shore A aufweisen.
Mit der elastischen Verformbarkeit der Einsteckelemente können diese beispielsweise während dem Einstecken in das Kontaktloch zusammengedrückt werden. Nach dem Einführen der Einsteckelemente in das Kontaktloch versuchen die elastisch verformten Einsteckelemente in ihre Ausgangsposition zurückzugelangen und werden durch die Innenwand des Kontaktlochs daran gehindert. Die Kraft, welche versucht, jedes elastisch verformbare Einsteckelement in seine Ausgangsposition zu bringen, wird durch das an der Innenoberfläche des Kontaktlochs anliegende Einsteckelement an die Leiterplatte übertragen. Dadurch entsteht eine Kraft, welche zu einer hohen Reibung und Presskraft führt und die Steckverbindung (z. B. Pressverbindung) der Einsteckelemente mit dem Kontaktloch, bzw. der gesamten Steckervorrichtung mit der Leiterplatte bereitstellt.
Die Erstreckungsrichtung eines Einsteckelements kann als diejenige Richtung verstanden werden, in welcher sich das Einsteckelement von dem Grundköper aus erstreckt. Dies bedeutet, dass zumindest zwei der drei Einsteckelemente sich nicht parallel zueinander erstrecken, sondern in einem Winkel, insbesondere zwischen 0 und 90° zueinander aufweisen. Die Einsteckelemente können sich in ihrer Erstreckungsrichtung auseinanderspreizen bzw. nicht parallel zur Einsteckrichtung verlaufen. Bei Einführen der Einsteckelemente in das Kontaktloch können die Einsteckelemente zusammengedrückt werden und in das Kontaktloch eingeführt werden. Durch das Zusammendrücken der Einsteckelemente weisen diese zusammen einen geringeren Durchmesser als das Kontaktloch auf, so dass die Einsteckelemente eingeführt werden können. Durch das Verlangen der Einsteckelemente, sich wieder in ihre Ausgangsposition elastisch zu verformen, wird die Presskraft bereitgestellt, um die Steckverbindung bereitzustellen.
Die Einsteckelemente können elastisch und reversibel in das Kontaktloch steckbar vorgesehen werden und zum Beispiel mit Kräften von höchstens 10 Newton einsteckbar sein. Damit kann eine zuverlässige Steckverbindung mit der Innenoberfläche des Kontaktlochs erreicht und eine gute Handhabbarkeit realisiert werden. Zum Beispiel eignet sich die erfindungsgemäße Steckervorrichtung bzw. Verbindungsanordnung für Automobilanwendungen, zum Beispiel bei Traktoren oder Bussen, wobei erfindungsgemäß eine mechanische Befestigung des Steckers und der Leiterplatte ermöglicht wird. Derartige Verbindungen können starke Ströme übertragen und hohe mechanische Belastungen aushalten. Gleichzeitig sind sie von Hand mehrfach steckbar. Somit können hohe Befestigungskräfte bei geringen Einbring- und Auszugskräften erreicht werden, zum Beispiel wenn ein Traktor auf dem Feld von einem Benutzer repariert werden soll.
In dem eingebauten Zustand der Steckervorrichtung in dem Kontaktloch sind die Einsteckelemente elastisch verformt und sozusagen gespannt. Der Begriff „gespannt” bedeutet, dass die Einsteckelemente durch die Innenoberflächen des Kontaktlochs in eine Richtung (elastisch) verformt werden und entgegen dieser Richtung eine Rückstellkraft erfahren. Aus dieser gespannten, elastisch verformten Position versuchen die Einsteckelemente in ihre Ausgangsposition zurückzufedern und erzeugen durch die Anpressung der Einsteckelemente an der Seitenwand des Kontaktloches eine Druckkraft, Reibungskraft, bzw. Presskraft, welche die Steckverbindung erzeugt. Unter der gespannten Position, bzw. unter der elastisch verformten Position, kann somit verstanden werden, dass sich die Einsteckelemente nicht in einer natürlichen, unverformten Ausgangsposition befinden, sondern in einer elastischen verformten Position. Aufgrund der elastisch verformten, gespannten Position und des dadurch bedingten Dranges des Einsteckelements, in seine Ausgangsposition zu gelangen, entsteht die Feder- bzw. Presskraft zwischen dem Einsteckelement und der Innenoberfläche des Kontaktlochs, so dass eine Halte- bzw. Pressverbindung zwischen Steckervorrichtung und Leiterplatte hergestellt wird.
Insbesondere weist die erfindungsgemäße Steckervorrichtung zumindest drei Einsteckelemente auf, welche in das Kontaktloch einführbar sind. Bei einer Anzahl von drei Einsteckelementen oder höher wird eine verbesserte Halterung und Stromübertragung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte geschaffen. Bei zumindest drei Einsteckelementen, welche sich insbesondere unabhängig voneinander bewegen können, wird sichergestellt, dass sich zumindest zwei Einsteckelemente in dem Kontaktloch verspreizen und eine Steckverbindung (z. B. eine Pressverbindung) bereitstellen. Bei der Verwendung von lediglich zwei Einsteckelementen kann es insbesondere bei unsauber geformten (z. B. unrunden und kantigen) Kontaktlöchern dazu fuhren, dass lediglich ein Einsteckelement an einer Innenoberfläche des Kontaktlochs anliegt, so dass keine stabile Steckverbindung der Steckervorrichtung mit der Leiterplatte bereitstellbar ist und die Steckervorrichtung in Bezug auf die Leiterplatte beweglich ist, bzw. wackelt. Gerade durch Vibrationen, welche auf die Leiterplatte wirken, kann sich dann das Einsteckelement unabsichtlicherweise von der Leiterplatte lösen. Durch das Hinzufügen zumindest eines weiteren dritten Einsteckelements erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass selbst bei unsauber geformten Kontaktlöchern zumindest zwei Einsteckelemente sich in dem Kontaktloch verspreizen, so dass eine beständige und sichere Steckverbindung bereitstellbar ist. Dies führt zu einer qualitativen Aufwertung einer Steckervorrichtung und zu einer Verringerung der Fehleranfälligkeit, beispielsweise eine Verringerung des Risikos, dass sich die Steckervorrichtung selbsttätig von der Leiterplatte löst.
Die Steckverbindung kann beispielsweise über eine Pressverbindung, bereitgestellt werden, wobei die Pressverbindung mittels der Einsteckelemente derart stark ausgebildet sein kann, dass eine vibrationsrobuste mechanische Sicherung bereitgestellt wird. Zudem kann die Steckverbindung über den Grad der elastischen Verformung der Einsteckelemente und/oder über die Rückstellkräfte der Einsteckelemente bereitgestellt und eingestellt werden.
Der Begriff „vibrationsrobuste mechanische Sicherung” kann insbesondere die Bedeutung haben, dass selbst bei Vorhandensein von Vibrationen, die auf ein die Steckervorrichtung bzw. die Verbindungsanordnung aufweisendes technisches System einwirken, ein unbeabsichtigtes Ablösen der Steckervorrichtung von der Leiterplatte vermieden ist. Insbesondere Vibrationen, wie sie bei einem motorbetriebenen, insbesondere verbrennungsmotorbetriebenen Gerät (insbesondere Fahrzeug) auftreten, führen bei einer vibrationsrobust ausgestalteten mechanischen Steckverbindung bzw. Pressverbindung zu keiner negativen Beeinflussung der Systemfunktion. Insbesondere sollen bei Installation der Einsteckvorrichtung bzw. der Verbindungsanordnung im Motorraum eines Geländefahrzeugs die dort üblicherweise auftretenden Vibrationen nicht zu einem unerwünschten Verlust des elektrischen Kontakts zwischen der die Einsteckvorrichtung und dem Gegenkontakt in dem jeweils zugeordneten Kontaktloch der Leiterplatte führen. Somit kann zum Erreichen der Vibrationsrobustheit die mechanische Steckverbindung durch die Einsteckelemente, insbesondere hinsichtlich des Material, der Dimensionen, der Befestigungskräften der Einsteckelemente, etc. so ausgelegt werden, dass die entsprechenden Vibrationen zu keinem unerwünschten Ablösen der Steckervorrichtung von der Leiterplatte führen. Die Steckervorrichtung und insbesondere deren Einsteckelemente können zum Realisieren der Vibrationsrobustheit in Übereinstimmung mit der Industrienorm ISO TS 16750, insbesondere ISO TS 16750-3, ausgestaltet sein. ISO 16750 definiert eine Norm für mechanische Belastungsanforderungen für Geländefahrzeuge. Zum Erreichen der Vibrationsrobustheit kann die Verbindungsanordnung ferner ausgelegt sein, die Norm IEC 60512-4 zu erfüllen, insbesondere zumindest eine der Untererfordernisse nach IEC 68.2.6 (vibration sinusoidal), IEC 68-2-27 und IEC 68-2-29 (multiple shocking), IEC 68-2-64 (broad band noise), IEC-68-2-64 (vibration in cold atmosphere) und IEC-68-2-50 und IEC-68-2-51 (vibration in warm atmosphere) zu erfüllen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist jedes der Einsteckelemente einen Einsteckabschnitt auf. Der Einsteckabschnitt ist derjenige Abschnitt, welcher sich innerhalb des Kontaktlochs befindet, wenn die Einsteckelemente in dem Kontaktloch eingeführt sind. Die Einsteckelemente erstrecken sich gemeinsam von einem Grundkörper der Steckervorrichtung getrennt von den anderen Einsteckelementen, so dass jedes der Einsteckelemente ein freies Ende aufweist.
Der Endabschnitt, welcher jedes der Einsteckelemente aufweist, kann beispielsweise über den Einsteckabschnitt des Einsteckelements hinausgehen, so dass in einem eingesteckten Zustand der Steckervorrichtung in dem Kontaktloch an der gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers in Bezug auf die Leiterplatte der Endabschnitt mit dem freien Ende des Einsteckelements aus dem Kontaktloch hinausragt. Mit anderen Worten kann der Endabschnitt bzw. das freie Ende des Einsteckelements in Richtung Einsteckrichtung aus dem Kontaktloch hinausragen, wenn die Steckervorrichtung mit den Einsteckelementen in dem Kontaktloch eingeführt ist.
Ferner kann jedes Einsteckelement zwischen dem Einsteckabschnitt und dem Grundkörper einen Zwischenabschnitt aufweisen. Mittels des Zwischenabschnitts kann in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung der Grundkörper nicht direkt auf einer Oberfläche der Leiterplatte aufliegen, so dass in Einsteckrichtung die Einsteckelemente zunächst den Zwischenabschnitt aufweisen. Anschließend an dem Zwischenabschnitt in Einsteckrichtung erstreckt sich der Einsteckabschnitt der Einsteckelemente, welcher beispielsweise durch den Endabschnitt des Einsteckelements abgeschlossen wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Einsteckabschnitt zumindest teilweise den Übertragungsbereich auf. Dies bedeutet, dass die Stromübertragung zwischen dem Leiter über die Steckervorrichtung auf die Leiterplatte über einen Kontakt des Einsteckabschnitts mit der Innenoberfläche des (durchkontaktierten) Kontaktlochs bereitgestellt wird. Der Einsteckabschnitt des Einsteckelements kann beispielsweise mit einer leitenden Schicht beschichtet werden. Ferner können die Einsteckelemente oder auch die gesamte Steckervorrichtung aus einem leitenden Material bestehen, wobei dann insbesondere Bereiche, welche keinen Strom übertragen sollen, mit einer Isolierschicht beschichtet werden können. Da der Einsteckabschnitt aufgrund der Erzeugung der Steckverbindung bzw. der Pressverbindung bereits in Kontakt mit der Innenoberfläche des Kontaktlochs ist, kann ohne weitere konstruktive Ausgestaltung gleichzeitig der Übertragungsbereich bereitgestellt werden, so dass mittels einer einfachen Konstruktion durch die zumindest drei Einsteckelement gleichzeitig eine mechanische Halterung und eine elektrische Leitfähigkeit der Steckervorrichtung bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Einsteckabschnitt jedes Einsteckelements zumindest eine konvex verlaufende Oberfläche auf. Die konvex verlaufende Oberfläche wird insbesondere an der Seite der Einsteckelemente ausgebildet, welche in eingestecktem Zustand der Einsteckelemente sich in Richtung der Innenoberfläche des Kontaktlochs ausrichtet. Durch die konvexe Ausgestaltung einer Oberfläche der Einsteckabschnitte kann die Kontaktfläche zwischen dem Einsteckelement und der Innenoberfläche des Kontaktlochs reduziert werden. Somit kann die Kraft (Presskraft, Federkraft) auf einen kleineren Bereich konzentriert werden, nämlich auf den Bereich, welcher durch die konvexe Wölbung mit der Innenoberfläche des Kontaktlochs in Kontakt steht. Durch die Konzentration des Kontaktbereichs erhöht sich die Flächenpressung. Die Flächenpressung wird definiert als Kraft pro Kontaktfläche zwischen zwei Festkörpern. Durch die Erhöhung der Flächenpressung kann die Pressverbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte verbessert werden. Mit anderen Worten führt die konvex verlaufende Oberfläche zu einer höheren Flächenpressung, so dass eine stabilere Pressverbindung bereitgestellt werden kann und zudem ein stabilerer Kontakt und auch eine stabilere Leitfähigkeit zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform liegen zumindest zwei der drei Einsteckelemente zumindest teilweise gegenseitig an. Durch das Anliegen zweier Einsteckelemente können sich diese gegenseitig stützen und stabilisieren, so dass eine höhere mechanische Belastbarkeit bereitgestellt werden kann. Trotz des Anliegens zweier Einsteckelemente können diese dennoch in den weiteren Richtungen frei beweglich sein und sich an unterschiedlichen Stellen in dem Kontaktloch verspreizen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind zumindest zwei Einsteckelemente durch einen Spalt beabstandet. Die Einsteckelemente, welche durch einen Spalt getrennt sind, können sich in Richtung des Spalts elastisch verformen. Dadurch können sich die Einsteckelemente während des Einführens in das Kontaktloch in Richtung des Spalts elastisch verformen, so dass die Steckervorrichtung mittels der Einsteckelemente in das Kontaktloch einführbar ist.
Die Einsteckelemente bilden sozusagen Zwischenraum freilassende Schenkel aus. Deren voneinander abgewandte Außenseiten können optional zum Beispiel konvex gekrümmt ausgebildet sein. Durch eine solche Krümmung kann ein unerwünschtes Spreizen der Schenkel bei Kontakt mit einer planen Fläche vermieden werden. Bei Verwendung von Gabelkontakten kann eine elastische Steckbarkeit erreicht werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Grundkörper einen Anschlagbereich auf. Der Anschlagbereich ist derart eingerichtet, dass ein Einführen der Einsteckelemente in das Kontaktloch durch den Anschlagbereich begrenzbar ist. Der Anschlagbereich verhindert beispielsweise ein weiteres Einführen der Steckervorrichtung in Einsteckrichtung. Der Anschlagbereich kann beispielsweise durch eine Erhebung oder eine Auswölbung am Grundkörper hergestellt werden, so dass der Grundkörper mit dem Anschlagbereich beispielsweise einen größeren Durchmesser als das Kontaktloch aufweist. Somit kann der Querschnitt mit dem Anschlagbereich nicht durch das Kontaktloch hindurchgeführt werden, so dass automatisch ein Anschlag bereitstellbar ist. Der Anschlagbereich kann auch an zumindest einem Einsteckelement ausgebildet sein, insbesondere in dem Zwischenbereich bzw. Zwischenabschnitt des Einsteckelements. So ist es nicht notwendig, dass der Grundkörper an einer Oberfläche der Leiterplatte anliegt, sondern lediglich der Anschlagbereich einer der Einsteckelemente. Ein solcher Anschlagbereich als Positionierhilfe kann es einem Benutzer intuitiv erleichtern, das Einstecken zwischen Einsteckelement und Leiterplatte in korrekter Weise vorzunehmen und somit elektrische Fehlfunktionen zu vermeiden. Der Anschlagbereich dient somit zur Begrenzung des Einschiebens der Steckervorrichtung in die Leiterplatte. Der Anschlagbereich oder Abstandshalter kann einen Mindestabstand zwischen Leiterplatte und Steckervorrichtung definieren, und somit zum Beispiel das Ausbilden unerwünschter elektrischer Kontakte oder den Übersprung eines elektrischen Signals über einen dünnen Spalt verhindern.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die Einsteckelemente parallel zueinander.
Die elastische Verformbarkeit der Einsteckelemente kann dadurch erreicht werden, indem zumindest zwei der drei Einsteckelemente einen Spalt zwischen einander aufweisen, wobei sich diese Einsteckelemente in Richtung des Spalts elastisch verformen können. Durch eine Rückführkraft entgegen der Spaltrichtung können die Einsteckelemente dann an eine Innenoberfläche des Kontaktlochs gepresst werden, so dass eine Pressverbindung bereitstellbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist jedes der Einsteckelemente eine Erstreckungsrichtung auf, wobei der Abstand zwischen zumindest zwei Einsteckelementen entlang ihrer Erstreckungsrichtungen inkonstant ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Ende jedes Einsteckelements eine abgerundete Oberfläche auf. Im Gegensatz zu einer abgekanteten End-Oberfläche wird durch die abgerundete End-Oberfläche eine Verkeilung jedes Einsteckelements bei Einführen in das Kontaktloch unterbunden, da eine abgerundete Oberfläche beispielsweise selbstführend ihren Weg in das Kontaktloch finden kann.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist zumindest ein Einsteckelement an einem Endabschnitt eine Aufweitung auf. Der Endabschnitt weist dabei das freie Ende des Einsteckelements auf und ragt aus dem Kontaktloch in Einsteckrichtung hinaus, wenn das Einsteckelement in dem Kontaktloch eingeführt ist. Die Aufweitung ist derart am Endabschnitt ausgebildet, dass die Aufweitung sich mit einer Oberfläche der Leiterplatte verkeilt oder verklemmt, wenn das Einsteckelement in dem Kontaktloch eingeführt ist. Die Aufweitung kann als Erhebung ausgebildet sein und eine Hinterschneidung ausbilden, welche sich im Wesentlichen senkrecht zur Einsteckrichtung erstreckt. Mit anderen Worten kann sich die Aufweitung (Hinterschneidung) parallel zu einer Oberflächenebene der Leiterplatte erstrecken und somit im Wesentlichen senkrecht zur Innenoberfläche des Kontaktlochs sein. Damit kann erreicht werden, dass die Aufweitung eine Bewegung der Steckervorrichtung entgegen zur Einsteckrichtung verhindert, indem die Aufweitung an einer Oberfläche der Leiterplatte anliegt und somit eine weitere Bewegung des Einsteckelements entgegen der Einsteckrichtung verhindert. Die Einsteckelemente können während des Einführens in das Kontaktloch beispielsweise zusammengedrückt werden, so dass der Querschnitt aller Einsteckelemente einschließlich der Aufweitung einen kleineren Durchmesser als das Kontaktloch aufweisen. Wenn die Einsteckelemente in das Kontaktloch eingeführt sind, bewegen sich die Einsteckelemente aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit zurück in ihre Ausgangsposition, so dass sich die Pressverbindung zwischen den Einsteckelementen und dem Kontaktloch ausbilden kann. In einem eingesteckten Zustand der Steckervorrichtung in dem Kontaktloch liegt üblicherweise auf einer Oberflächenseite der Leiterplatte der Grundkörper oder insbesondere der Absatz auf. An der gegenüberliegenden Oberfläche der Leiterplatte können die Einsteckelemente mit ihren Endabschnitten aus dem Kontaktloch hinausragen. In diesen Endabschnitten ist die Aufweitung ausgebildet, welche sich mit dieser Oberfläche der Leiterplatte verkeilt oder verklemmt, um somit ein Lösen der Steckervorrichtung entgegen zur Einsteckrichtung verhindert. Das Verkeilen oder Verklemmen kann zustande kommen, wenn ein Querschnitt der Einsteckelemente einschließlich der Aufweitung größer als der Durchmesser des Kontaktlochs ist, so dass hierdurch ein Lösen der Steckverbindung verhindert wird. Somit wird die mechanische Verbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte verhindert. Die Verkeilung bzw. das Verklemmen der Aufweitung mit der Leiterplatte ist durch die elastische Verformbarkeit der Einsteckelemente lösbar. Wenn die Steckervorrichtung beispielsweise von der Leiterplatte getrennt werden soll, können die Einsteckelemente erneut, im wesentlichen senkrecht zur Einsteckrichtung, zusammengedrückt werden, sodass der Durchmesser der Einsteckelemente einschließlich deren Aufweitungen kleiner als das Kontaktloch ist. Damit ist ein Lösen der Steckervorrichtung von der Leiterplatte möglich, indem die Einsteckelemente aus dem Kontaktloch entgegen der Einsteckrichtung hinausgezogen werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Aufweitung eine erste Oberfläche auf. Die erste Oberfläche liegt auf der Oberfläche der Leiterplatte auf, wenn das Einsteckelement in dem Kontaktloch eingeführt ist. Die erste Oberfläche ist derart ausgebildet, dass zwischen der Ebene der ersten Oberfläche und der Ebene der Oberfläche der Leiterplatte schiefer Winkel besteht, wenn das Einsteckelement in dem Kontaktloch eingeführt ist.
„Schiefer Winkel” bedeutet, dass zwischen der Ebene der ersten Oberfläche und der Ebene der Oberfläche der Leiterplatte ein Winkel zwischen 0° (Grad) und 90°, insbesondere zwischen 1° und 89° und weiter insbesondere zwischen 20° und 60° gebildet wird. Mit anderen Worten wird eine keilförmige, schiefe Ebene mit der ersten Oberfläche gebildet. Die erste Oberfläche bildet beispielseise eine schräge Keilfläche an der Aussparung aus, um somit eine Hinterschneidung zu bilden. Die erste Oberfläche der Aufweitung verläuft entlang der Erstreckungsrichtung nach außen, z. B. radial nach außen bezüglich eines Mittelpunkts des Kontaktlochs. Die Aufweitung bildet mit anderen Worten einen Keil aus, wobei der Keil eine Keilspitze und gegenüberliegend eine Grundfläche aufweisen kann, wobei die Grundfläche und die Keilspitze mittels der ersten Oberfläche verbunden sind. Die Keilspitze ist zu dem Kontaktloch gerichtet und die Grundfläche ist in Einsteckrichtung von dem Kontaktloch in Einsteckrichtung ab gerichtet, wenn das Einsteckelement in dem Kontaktloch eingeführt ist.
Wird die Steckervorrichtung entgegen der Einsteckrichtung bewegt, wird eine Kraft von der Leiterplatte über einen Kontaktpunkt zwischen Leiterplatte und Aufweitung auf die schiefe, erste Oberfläche übertragen, welches zu einem elastischen Verformen des Einsteckelements in Richtung des Mittelpunkts des Kontaktlochs führt. Die Verformung eines Einsteckelements mit der Verkeilungsfläche hängt einerseits von der Zugkraft ab, mit welcher die Steckervorrichtung entgegen der Einsteckrichtung gezogen wird. Zudem hängt die elastische Verformung der Einsteckelemente durch die erste Oberfläche von den Materialeigenschaften, beispielsweise dem E-Modul, der Steckervorrichtung bzw. der Einsteckelemente ab. Mittels Einstellens des Winkels der ersten Oberfläche kann eine Kraft definiert bzw. justiert werden, welche dazu führt, dass die die Aufweitung (Hinterschneidung) aus der Keilposition bzw. Verklemmungsposition herausgeführt wird. Eine flache erste Oberfläche mit einem Winkel zur Ebene der Oberfläche der Leiterplatte von im Wesentlichen 1° bis 10° (Grad), so dass beispielsweise die Ebene der ersten Oberfläche nahezu parallel zu der Innenoberfläche des Kontaktlochs oder senkrecht zu einer Ebene der Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet ist, führt zu einer geringeren Kraft, die notwendig ist, um das Einsteckelement aus der Verkeilung zu lösen. Ein steilerer Winkel, das heißt ein Winkel, bei dem die Verkeilungsfläche nahezu senkrecht zu der Innenoberfläche des Kontaktlochs oder nahezu parallel zu der Ebene der Oberfläche der Leiterplatte ist, führt zu einer höheren Kraft, welche notwendig ist, um das Einsteckelement aus dem Kontaktloch herauszuziehen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist an dem Befestigungsbereich der Leiter mittels einer Klemmverbindung befestigt. Die Klemmverbindung kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, indem die Steckervorrichtung zwei Einklemmlaschen aufweist, welche um den Leiter gebogen werden können, um eine Klemmkraft auf den Leiter zu übertragen und diesen zu befestigen. Die Laschen können z. B. plastisch verformbar sein. Insbesondere ist der Befestigungsbereich derart ausgebildet, dass dort der Leiter mittels einer Klemmverbindung nach EN 60352-2, bzw. nach DIN 41611 einklemmbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Einsteckelemente derart ausgebildet, dass die Steckervorrichtung und die Leiterplatte mittels der Steckverbindung mit einer mechanischen Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750, insbesondere gemäß ISO 16750-3, verbindbar sind.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Einsteckelemente ausgebildet, (zusammen) die Steckervorrichtung und die Leiterplatte mit einer mechanischen Befestigungskraft (z. B. erzeugbar durch Pressverbindung und Aufweitung) von mindestens 100 N (Newton), insbesondere von mindestens 200 N, weiter insbesondere von mindestens 300 N, zu verbinden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist jedes der Einsteckelemente mit einer Einsteckkraft von höchstens 10 N (Newton) in eine der Kontaktlöcher einsteckbar ausgelegt. Insbesondere können alle Einsteckelemente zusammen mit einer gemeinsamen, summierten Einsteckkraft von höchstens 10 N in ein Kontaktloch in Einsteckrichtung einsteckbar ausgelegt sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Einsteckelemente ausgebildet, eine elektrische Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750-2 bereitzustellen.
Um die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Steckervorrichtung insbesondere für vibrationsanfällige und hochstromerfordernde Automotive-Applikationen und dergleichen nutzbar zu machen, kann zusätzlich oder alternativ zu der Erfüllung der oben genannten Industrienormen die Steckervorrichtung bzw. die Verbindungsanordnung auch so ausgestaltet sein, dass diese mit der IEC-60512-6 (schnelle Temperaturzyklen nach Einpressnorm) verträglich ist, insbesondere auch gemäß IEC-68-2-14 (dry heat) verträglich ist. Es ist auch möglich, dass die Steckervorrichtung bzw. die Verbindungsanordnung in Einklang mit Tests mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen nach der Einpressnorm IEC-60512-6 und IEC-60512-11-1 ausgestaltet ist (vgl. hierzu insbesondere IEC 68-2-1 (coldness), IEC 68-2-2 (dry heat) und IEC 68-2-30 (damp heat, cyclic)). Die Steckervorrichtung bzw. die Verbindungsanordnung kann auch in Einklang mit einem Industrieklimatest gemäß IEC 60512-11-7 (IEC 68-2-52 (salt spray, cyclic) bzw. IEC 68-2-60 (corrosive gas (H₂S, NO₂, SO₂) ausgestaltet sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind jedes der Einsteckelemente und der Übertragungsbereich der Steckervorrichtung für eine elektrische Belastungsfähigkeit von mindestens 5 Ampere, insbesondere von mindestens 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens 20 Ampere, ausgelegt. Die Steckervorrichtung, insbesondere der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente, sind daher hochstromfähig.
Der Begriff „hochstromfähig” kann insbesondere die Bedeutung haben, dass die Steckervorrichtung, insbesondere der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente, hinsichtlich Dimension, Material, gegenseitiger Beabstandung, etc. derart ausgelegt sind, dass sie zum Tragen eines hohen elektrischen Stroms geeignet sind. Anders ausgedrückt kann bei Verwendung einer hochstromfähigen Steckervorrichtung ein elektrischer Strom im Ampere-Bereich von dem Übertragungsbereich auf die Leiterbahnen übertragen werden. Von einem hohen Strom kann insbesondere gesprochen werden, wenn die Steckervorrichtung speziell ausgelegt ist, um mindestens 5 Ampere im Übertragungsbereich, insbesondere mindestens 10 Ampere im Übertragungsbereich transportieren zu können, ohne die bestimmungsgemäße Verwendung der Steckervorrichtung zu gefährden. Anders ausgedrückt soll die Steckervorrichtung in einer Hochstromkonfiguration so ausgelegt sein, dass eine unerwünschte Erwärmung der Steckervorrichtung vermieden wird oder eine sonstige technische Funktion der Steckervorrichtung Schaden erleidet, wenn solch hohe Ströme mittels der Kontaktelemente geleitet werden. Insbesondere kann die hochstromfeste Ausgestaltung der Steckervorrichtung so ausgeführt sein, dass der Übertragungsbereich, insbesondere alle Einsteckelemente gemeinsam, kumulative Ströme von mindestens 50 Ampere, insbesondere von mindestens 100 Ampere tragen können. Die Hochstromfähigkeit der Steckervorrichtung kann als gegeben angesehen werden, wenn die Steckervorrichtung an eine Fahrzeugbatterie anschließbar ist und störungsfrei Strom von der Fahrzeugbatterie an die angeschlossene Leiterplatte liefern kann. Insbesondere kann die Hochstromfähigkeit als gegeben angesehen werden, wenn Übergangswiderstände nach der Einpressnorm die Erfordernisse von IEC 60512-2 erfüllen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Steckervorrichtung zumindest drei weitere Einsteckelemente auf. Die zumindest drei Einsteckelemente bilden eine erste Gruppe, die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind. Die zumindest drei weiteren Einsteckelemente bilden eine zweite Gruppe, die gemeinsam in ein weiteres Kontaktloch der Leiterplatte einführbar sind. Die weiteren Einsteckelemente können dieselben physikalischen Eigenschaften aufweisen, wie die oben beschriebenen Einsteckelemente und erstrecken sich ferner von demselben Grundkörper der Steckervorrichtung. Damit ist es möglich, mit einer Steckervorrichtung eine Verbindung mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern bereitzustellen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass weitere Leiter an die Steckervorrichtung befestigbar sind, wobei die erste Gruppe an Einsteckelementen elektrisch leitend einem ersten Leiter zugeordnet sind und die weiteren Einsteckelemente der zweiten Gruppe elektrisch leitend einem zweiten Leiter zuordenbar sind. Der erste Leiter und der zweite Leiter können getrennte Stromkreise bilden und z. B. unterschiedliche Signale übertragen. Somit kann beispielsweise ein mehrpoliger Stecker bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Steckerhalbzeug aus einer verbiegbaren Platte bereitgestellt, welche zur Herstellung einer oben beschriebenen Steckervorrichtung verwendet werden kann. Dazu kann das Steckerhalbzeug entlang zumindest einer Biegelinie verbiegbar sein, so dass mittels Siegens des Halbzeugs die Steckervorrichtung wie oben beschrieben herstellbar ist. So kann beispielsweise das Steckerhalbzeug als dünnes, blechartiges (Schicht-) Material bereitgestellt werden und in seiner Symmetrielinie die Biegelinie ausgebildet sein. Die Biegelinie kann beispielsweise perforiert sein, insbesondere kann die Biegelinie eine Soll-Biegestelle bereitstellen, an der sich das Steckerhalbzeug bevorzugt insbesondere plastisch verformen lässt. Das Steckerhalbzeug kann ferner einen Umriss aufweisen, welcher einen Umriss der Steckervorrichtung aufweist. Das Steckerhalbzeug kann dabei im Ausgangszustand dazu dienen, dass beispielsweise der Leiter in dem Befestigungsbereich ausgelegt wird und mittels Siegens des Steckerhalbzeugs entlang der Biegelinie der Leiter an einer definierten Stelle in dem Befestigungsbereich eingeklemmt wird. Nach dem Biegen des Steckerhalbzeugs können alle Einsteckelemente an ihrer vordefinierten Stelle anliegen, so dass mit anderen Worten durch das Falten das Endprodukt, d. h. die oben beschriebene Steckervorrichtung, bereitstellbar ist.
Das Halbzeug oder die fertige Steckervorrichtung kann einstückig aus einem Stück Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt sein. Eine solche integrale Ausführung des Steckelements aus einem Blechstück führt zu besonders geringen Kosten. Alternativ kann ein Steckelement aber auch aus mehreren Komponenten gebildet werden, zum Beispiel um weitere Funktionen zu integrieren.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Steckervorrichtung bereitgestellt, welche zumindest dreiunabhängig voneinander elastisch verformbare Einsteckelemente aufweist, womit eine verbesserte mechanische Befestigung in einem Kontaktloch erreichbar ist und ebenso eine verbesserte Leitfähigkeit zwischen dem Einsteckelement und der Leiterplatte bereitstellbar ist. Insbesondere bei einem nicht exakt kreisrunden Loch führt eine Vielzahl von unabhängig voneinander elastisch verformbaren Einsteckelementen zu einem verbesserten Anliegen der Einsteckelemente und somit zu einer verbesserten mechanischen wie auch elektrischen Befestigung bzw. Leitung. Eine Verbesserung der Leitfähigkeit führt wiederum zu einer erhöhten Stromübertragung und einem geringeren Übergangswiderstand zwischen den Einsteckelementen und dem Kontaktloch bzw. der Leiterplatte, da sichergestellt werden kann, dass zumindest mehr als ein Einsteckelement in Kontakt mit einer Innenoberfläche des Kontaktlochs bereitgestellt werden kann. Daraus ergibt sich auch der Vorteil, dass bei der Fertigung der Leiterplatte eine geringere Exaktheit der Form der Kontaktlöcher benötigt wird.
Mittels der elastischen Verformung der Einsteckelemente ist es möglich, dass die Steckverbindung (z. B. die Pressverbindung) derart bereitgestellt wird, dass zum Herausziehen der Steckervorrichtung aus dem Kontaktloch eine größere Kraft erforderlich ist als zum Einstecken. Ferner kann damit eine Einsteckbarkeit bzw. Entfernbarkeit der Steckervorrichtung „von Hand” bereitgestellt werden. Unter einer Einsteckbarkeit bzw. Entfernbarkeit des Steckelements „von Hand” kann im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden werden, dass die Einsteck- und Entfernkräfte selbst bei Vorsehen mehrerer Einsteckelemente ausreichend gering sind, dass sie durch die Muskelkraft eines durchschnittlichen erwachsenen menschlichen Benutzers aufgebracht werden können.
Die Steckervorrichtung kann durch einen menschlichen Benutzer händisch direkt in die entsprechende Kontaktlöcher der Leiterplatte eingesteckt werden, ohne dass zwischen Steckvorrichtung und Leiterplatte ein separater Stecksockel erforderlich wäre, wie dies bei konventionellen hochstromfähigen Verbindungsanordnungen der Fall ist. Gleichzeitig kann trotz des einfachen und intuitiven Einsteckens der Steckervorrichtung direkt in die Leiterplatte eine hohe Vibrationsrobustheit dadurch gewährleistet werden, dass eine rigide mechanische Sicherung mittels der Einsteckelemente vorgesehen wird, die im eingesteckten Zustand ein unbeabsichtigtes Abziehen der Steckervorrichtung von der Leiterplatte, zum Beispiel hervorgerufen durch hohe Vibrationskräfte, zuverlässig verhindern. Da sich die Einsteckelemente elastisch verformen ist ein Ein- und Abstecken durch einen Benutzer kraftarm und somit händisch zu erlauben und gleichzeitig die Anordnung aus Steckervorrichtung und Leiterplatte selbst bei robusten äußeren Bedingungen ohne Beeinträchtigung der Funktion betreiben zu können. Gegenüber konventionellen hochstromfähigen Verbindungsanordnungen können bei einer erfindungsgemäßen Direktsteckanordnung separate Stecksockel eingespart werden, was zu Platzspar- und Kostenvorteilen führt und elektrische Verluste bzw. Signalverzerrungen aufgrund eines verkürzten Übermittlungsweges bzw. der weggefallenen Kontaktstelle reduziert oder eliminiert. Gegenüber konventionellen Niederstromsystemen wie der EP 1,069,651 A1 stellt die Erfindung einen Paradigmenwechsel dar, da das gleichzeitige Erfüllen von Hochstromfestigkeits- und Vibrationsfestigkeits-Anforderungen mit der dortigen Architektur unmöglich ist und zudem bei gleichzeitigem Kontaktieren der Steckervorrichtung eine händische Benutzbarkeit nicht erlaubt. Dagegen kann erfindungsgemäß eine hochstromfähige Direktstecktechnik zum unmittelbaren Anbringen von Steckervorrichtungen einer Leiterplatte ohne das Vorsehen von Stecksockeln oder dergleichen erreicht werden, so dass bis auf eventuelle optionale Lötbauteile sowie mögliche rein mechanische Befestigungselemente nur noch die Leiterplatte selbst erforderlich ist.
In dem Übertragungsbereich kann die Steckervorrichtung hochstromfähiges Material aufweisen, um eine ausreichende elektronische Leitfähigkeit aufzuweisen. Der Übertragungsbereich, oder auch die gesamte Steckervorrichtung, kann insbesondere aus Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen wie beispielsweise Messing oder Bronze hergestellt sein. Der ohmsche Widerstand kann im Übertragungsbereich zwischen 10 μΩ und 10 mΩ liegen, bevorzugt zwischen 100 μΩ und 1 mΩ. Eine Länge des Übertragungsbereichs, durch welche der elektrische Strom hindurchfließt, kann in einem Bereich zwischen 1 mm und 100 mm liegen, bevorzugt zwischen 2 mm und 50 mm. Eine Dicke des Übertragungsbereichs, durch welche der elektrische Strom hindurchfließt, kann in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 6 mm liegen, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3 mm. Eine Querschnittsfläche des Übertragungsbereichs kann in einem Bereich zwischen 0,01 mm² und 30 mm² liegen, bevorzugt zwischen 0,2 mm² und 25 mm².
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Fahrzeug zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, ein Personenkraftfahrzeug, ein Lastkraftfahrzeug, ein Bus, ein landwirtschaftliches Kraftfahrzeug, eine Ballenpresse, ein Mähdrescher, eine Selbstfahrspritze, eine Straßenbaumaschine, ein Traktor, ein Luftfahrzeug, ein Flugzeug, ein Hubschrauber, ein Raumschiff, ein Zeppelin, ein Wasserfahrzeug, ein Schiff, ein Schienenfahrzeug oder eine Bahn, wobei das Fahrzeug die Steckervorrichtung bzw. die Verbindungsanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Schnittdarstellung von vier Einsteckelementen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Befestigungsbereichs der Steckervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung eines Steckerhalbzeugs aus einem faltbaren Material gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Steckervorrichtung 100 zum elektrischen Verbinden eines Leiters 300 (siehe 3) mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung 100 in ein Kontaktloch der Leiterplatte. Die Steckervorrichtung 100 weist einen Befestigungsbereich 101 zum Befestigen des Leiters 300 an der Steckervorrichtung 100 auf. Ferner weist die Steckervorrichtung 100 einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stroms von dem Leiter 300 auf die Leiterplatte auf. Ferner weist die Steckervorrichtung 100 zumindest drei Einsteckelemente 102 auf, die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind. Jedes der Einsteckelemente 102 erstreckt sich von einem gemeinsamen Grundkörper 103 der Steckervorrichtung 100. Ferner verläuft jedes der Einsteckelemente 102 getrennt von den anderen Einsteckelementen 102. Die Einsteckelemente 102 sind gegenüber dem Grundkörper 103 unabhängig voneinander elastisch verformbar und derart eingerichtet, dass, wenn die Einsteckelemente 102 in dem Kontaktloch eingeführt sind, eine Steckverbindung der Steckervorrichtung 100 mit der Leiterplatte bereitstellbar ist.
Die Steckervorrichtung 100 ist in 1 in einer Seitendarstellung gezeigt, wobei zwei Einsteckelemente 102 sichtbar sind. Dahinterliegend können beispielsweise ein drittes oder ein viertes Einsteckelement 102 angeordnet sein. Jedes der Einsteckelemente 102 erstreckt sich von einem Grundkörper 103 der Steckervorrichtung 100. Jedes der Einsteckelemente 102 kann in eingebauten Zustand in dem Kontaktloch elastisch verformt sein. Dadurch versucht jedes der Einsteckelemente 102 sich in seine Ausgangsposition (undeformierte Position) zurückzuverformen. Dieser Drang, in die Ausgangsposition sich zurückzuverformen, erzeugt eine Kraft, welche auf die Innenoberfläche des Kontaktlochs übertragen werden kann, wodurch eine Presskraft entsteht, die zu der Steckverbindung bzw. der Pressverbindung zwischen der Steckervorrichtung 100 und der Leiterplatte führt.
Jedes der Einsteckelemente 102 kann sich in einem bestimmten Winkel voneinander, d. h. nicht parallel zueinander, erstrecken. Dies bedeutet, dass sich ein Abstand der Einsteckelemente 102 ausgehend von dem Grundkörper 103 in Richtung Einsteckrichtung 111 vergrößert. Wird die Steckervorrichtung 100 in Einsteckrichtung 111 in das Kontaktloch eingesteckt, werden hierfür die Einsteckelemente 102 zunächst zusammengebogen und nach Erreichen einer finalen Einsteckposition der Steckervorrichtung 100 gelöst, so dass die Einsteckelemente 102 versuchen, in ihrer Ausgangsposition zurückzugelangen. Dadurch entsteht die benötigte Presskraft, um eine Pressverbindung zwischen der Steckervorrichtung 100 und der Leiterplatte bereitzustellen.
Eine weitere Möglichkeit, eine Steckverbindung zu erreichen, kann darin bestehen, dass ein zentraler Spalt 106 zwischen den Einsteckelementen 102 vorgesehen wird. Dabei können sich die Einsteckelemente 102 beispielsweise parallel von dem Grundkörper 103 erstrecken, wobei sich zumindest zwei der zumindest drei Einsteckelemente 102 durch den Spalt 106 beabstanden. Während des Einführens der Einsteckelemente 102 in das Kontaktloch werden diese in Richtung des Spalts zusammengedrückt, so dass die Einsteckelemente 102 aufgrund des reduzierten Durchmessers in das Kontaktloch einführbar sind. Nachdem die Steckervorrichtung 100 an der gewünschten Position anliegt, werden die Einsteckelemente 102 gelöst, so dass diese versuchen sich in ihre Ausgangsposition zurückbiegen. Dadurch entsteht die Kraft, welche zu einer Verpressung der Steckervorrichtung 100 mit der Leiterplatte führt.
Die Position der Steckervorrichtung 100 relativ zu der Leiterplatte kann beispielsweise über einen Anschlagbereich 107 definiert werden. Der Anschlagbereich kann beispielsweise eine Erhebung sein, welche sich quer zur Einsteckrichtung 111 bzw. parallel zu einer Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Dadurch erhöht sich der Durchmesser des Bereichs der Steckervorrichtung 100, an dem der Anschlagbereich 107 definiert ist, so dass dieser Bereich mit dem Anschlagbereich 107 nicht mehr durch das Kontaktloch hindurchpasst und somit eine Weiterbewegung in Einsteckrichtung 111 unterbunden werden kann.
Der Anschlagbereich 107 kann beispielsweise an dem Grundkörper 103 definiert werden oder aber auch an allen oder auch nur an einem der Einsteckelemente 102. Wie in 1 dargestellt, kann ein Anschlagbereich 107 an den zwei Einsteckelementen 102 definiert werden. Dies bedeutet, dass die Steckervorrichtung 100 schließlich so lange in Einsteckrichtung 111 in das Kontaktloch eingeführt werden kann, bis der Anschlagbereich 107 an der Oberfläche der Leiterplatte anstößt.
Der Abschnitt der Einsteckelemente 102, welcher sich in dem Kontaktloch befindet wenn die Einsteckelemente 102 in dem Kontaktloch eingeführt sind, wird als Einsteckabschnitt 105 definiert. Der Einsteckabschnitt 105 kann beispielsweise mit einer leitenden Schicht überzogen werden oder ganz aus einem leitenden Material bestehen, so dass neben einer mechanischen Pressverbindung ebenfalls eine elektrische Leitfähigkeit über das Kontaktloch zur Leiterplatte bereitgestellt werden kann. Der Übertragungsbereich kann somit einerseits in dem Einsteckabschnitt 105 definiert werden. Andererseits kann der Übertragungsbereich auch an anderen Kontaktbereichen der Steckervorrichtung 100 mit der Leiterplatte bereitgestellt werden. Beispielsweise können an den Anschlagbereichen 107 ein Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stroms auf die Leiterplatte bereitgestellt werden.
Wie in 1 ferner dargestellt, kann der Einsteckabschnitt 105 beispielsweise eine konvexe Oberflächenform aufweisen. Die konvexe Oberflächenform wird insbesondere an der Seite eines Einsteckelements 102 bereitgestellt, welche Seite im eingesteckten Zustand sich zu einer Innenoberfläche des Kontaktlochs orientiert. Durch die konvexe Oberfläche des Einsteckabschnitts 105 wird die Flächenpressung, d. h. die Kraft pro Flächeneinheit, zwischen einem Einsteckelement 102 und der Innenoberfläche des Kontaktlochs erhöht. Somit kann eine höhere Presskraft erzielt werden, so dass die Pressverbindung und somit auch die Reibung der Einsteckelemente 102 mit der Innenoberfläche des Kontaktlochs erhöht werden.
Der Bereich der Steckervorrichtung 100, welcher im eingesteckten Zustand der Steckervorrichtung 100 in dem Kontaktloch in Einsteckrichtung 111 aus dem Kontaktloch hinausragt, kann als Endabschnitt 112 der Einsteckelemente 102 bezeichnet werden. In diesem Endabschnitt 112 befinden sich zudem die jeweiligen freien Enden 104 der Einsteckelemente 102. Die freien Enden 104 können abgerundet sein, so dass es beim Einstecken der Einsteckelemente 102 in das Kontaktloch ein reduziertes Risiko der Verkeilung auftritt. In dem Endabschnitt 112 befinden sich an zumindest einem der Einsteckelemente 102 eine Aufweitung 108, welche als Hinterschneidung fungieren kann, wenn das Einsteckelement 102 in dem Kontaktloch ausreichend eingeführt ist. Die Aufweitung 108 kann eine Einrastverbindung der Einsteckelemente 102 mit einer Oberfläche der Leiterplatte herstellen. In einem eingesteckten Zustand der Einsteckelemente in das Kontaktloch der Leiterplatte können die Einsteckelemente 102 zu einem gewissen Grad nach außen schnappen. Somit ist eine Bewegung entgegen der Einsteckrichtung 111 durch die Aufweitungen 108 blockiert, da sich die Aufweitungen 108 mit der Oberfläche des Kontaktlochs verkeilen bzw. verklemmen.
Eine Lösung der Verkeilung kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, indem die Einsteckelemente 102 in dem Endabschnitt 112 zusammengedrückt werden und gleichzeitig eine Bewegung der Steckervorrichtung 100 entgegen der Einsteckrichtung 111 vorgenommen wird.
Ferner kann die Aufweitung 108 eine erste Oberfläche 109 mit einer schrägen bzw. schiefen Ebene aufweisen, so dass zum Lösen der Verkeilung lediglich eine Bewegung der Steckervorrichtung 100 entgegen der Einsteckrichtung 111 notwendig ist. Die schiefe Ebene 109 der ersten Oberfläche 109 bildet mit anderen Worten eine Keilform der Aufweitung 108 aus, wobei die Keilspitze in Richtung Kontaktloch im eingesteckten Zustand orientiert ist und sich ausgehend von der Keilspitze die erste Oberfläche bzw. die schiefe Ebene in Richtung Einsteckrichtung 111 nach außen erstreckt, so dass sich in Richtung Einsteckrichtung 111 die Dicke des Einsteckelements 102 mit der ersten Oberfläche 108 vergrößert. Mit anderen Worten bildet die schiefe Ebene, d. h. die Ebene der ersten Oberfläche 109, einen Winkel mit der Ebene der Oberfläche der Leiterplatte aus, welcher einen Wert zwischen 0 bis 90° aufweisen kann, wobei 0° bedeutet, dass die Verkeilungsfläche 109 senkrecht zur Einsteckrichtung 111 ausgebildet ist und der Winkel 90° bedeutet, dass die erste Oberfläche 109 parallel zur Einsteckrichtung 111 ausgebildet sein kann.
Durch die schiefe Ebene der Verkeilungsfläche 109 wird bewirkt, dass bei Hinausziehen der Einsteckelemente 102 entgegen der Einsteckrichtung 111 eine Kraft von dem Anschlag der ersten Oberfläche 109 an der Oberfläche der Leiterplatte sich nach innen, das heißt zum Mittelpunkt des Kontaktlochs oder in Richtung des Spalts 106, erzeugt und übertragen wird, so dass sich die Einsteckelemente 102 durch das Herausziehen in Richtung Spalt 106 selbsttätig elastisch verformen. Dadurch wird der Querschnitt aller Einsteckelemente 102 derart reduziert, dass die Einsteckelemente einschließlich ihrer Hinterschneidungen 108 durch das Kontaktloch passen, so dass die Steckervorrichtung 100 herausgezogen werden kann. Mittels der keilförmigen ersten Oberfläche kann sichergestellt werden, dass zum Herausziehen der Steckervorrichtung aus dem Kontaktloch entgegen der Einsteckrichtung eine größere Kraft erforderlich ist als zum Einstecken.
Der Befestigungsbereich 101, an dem der Leiter 300 (siehe 3) beispielsweise mittels Einklemmens oder Lötens befestigbar ist, kann auf der gegenüberliegenden Seite der Steckervorrichtung 100 bezüglich der Einsteckelemente 102 angeordnet sein. Wie in 1 dargestellt, kann der Befestigungsbereich 101 zwei Laschen 110 aufweisen, welche sich beispielsweise plastisch verformen lassen und um den Leiter 300 gelegt werden können, so dass eine Klemmkraft auf den Leiter 300 übertragbar ist und dieser somit mittels einer Klemmverbindung gehalten werden kann. Die Laschen 110 bzw. andere Elemente des Befestigungsbereichs 101 können elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen, so dass ein Strom von dem Leiter 300 über den Befestigungsbereich 101 zu dem Übertragungsbereich geleitet werden kann.
Beispielsweise kann die Länge eines Einsteckelements 102 8 bis 12 mm (Millimeter) sein. Der Durchmesser eines Einsteckelements 102 kann 0,5 bis 1 mm sein. Der Spalt 106 zwischen zwei Einsteckelementen 102 kann zwischen 0,5 mm und 0,8 mm ausgelegt sein. Der Einsteckabschnitt 105 kann ein Länge von 2,5 mm bis 3 mm aufweisen, bzw. kann der Einsteckabschnitt 105 an eine Dicke der Leiterplatte angepasst werden.
2 zeigt den Schnitt A-A aus 1. In der Schnittdarstellung A-A in 2 ist eine Draufsicht auf eine Steckervorrichtung 100 mit vier Einsteckelementen 102 dargestellt. Die vier Einsteckelemente 102 bilden dabei jeweils zwei Paare aus, wobei jeweils zwei Einsteckelemente 102 in Kontakt miteinander stehen. Die Pfeile in 2 stellen die Bewegungsrichtungen dar, in welchen sich jedes der Einsteckelemente 102 individuell und unabhängig von den anderen elastisch verformen und bewegen kann. Durch dieses elastische Verformen kann sich jedes der Einsteckelemente 102 an eine bestimmte Stelle der Innenoberfläche des Kontaktlochs „hineinspreizen”. Selbst bei unrunden, unsauber geformten Kontaktlöchern kann mittels der Einsteckelemente 102 eine mechanische Verbindung und ein elektrischer Kontakt sicher hergestellt werden. Der Kontakt der Einsteckelemente 102 mit der Innenoberfläche des Kontaktlochs ist notwendig, um einerseits die mechanische Verbindung (Pressverbindung) bereitzustellen und darüber hinaus beispielsweise eine elektrische Verbindung.
Ferner wird in 2 der Spalt 106 dargestellt, welcher eine erste und eine zweite Gruppen von Einsteckelementen 102 trennt. Die Einsteckelemente 102 können paarweise in Richtung des Spalts 106 zusammengedrückt und elastisch verformt werden, um in das Kontaktloch eingeführt zu werden.
3 zeigt den Schnitt B-B aus 1, wobei eine Draufsicht auf den Befestigungsbereich 100 der Steckervorrichtung 100 dargestellt wird. In dem Befestigungsbereich 101 sind beispielsweise die zwei Laschen 110 dargestellt, welche sich um den Leiter 300 anschmiegen. Die Laschen 110 können plastisch verformbar ausgebildet sein, und um den Leiter herum gebogen werden, so dass eine Klemmkraft erzeugbar ist und der Leiter 300 über eine Klemmverbindung an die Steckervorrichtung 100 befestigbar ist.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Steckerhalbzeugs 400 der Steckervorrichtung 100. Das Steckerhalbzeug 400 kann beispielsweise aus zwei Hälften bestehen, welche durch die Biegelinie 401 getrennt sind. die Biegelinie 401 kann eine Soll-Biegelinie darstellen, welche beispielsweise durch Perforierung oder Materialschwächung eine bevorzugte Biegekante darstellen kann. In der Praxis kann beispielsweise der Leiter zunächst in dem Befestigungsbereich 101 eingelegt werden. Anschließend kann jede Hälfte des Steckerhalbzeugs 400 entlang der Biegelinie zueinander verbogen werden, so dass beide Hälften des Steckerhalbzeugs 400 aneinander anliegen. Anschließend können zur Fixierung des Leiters 300 die Laschen 110 des Steckerhalbzeugs 400 plastisch verformt werden so dass der Leiter 300 mittels der Laschen 110 eingeklemmt wird. In einem zusammengeklappten bzw. zusammengefalteten Zustand beider Hälften des Steckerhalbzeugs 400 können die vier abgebildeten Einsteckelemente 102 beispielsweise paarweise anliegen, so dass ein Querschnitt, wie in 2 dargestellt, hergestellt wird. Das Steckerhalbzeug 400 kann dabei bereits alle weiteren Ausbildungen und Merkmale der Steckervorrichtung 100 aufweisen. So kann das Steckerhalbzeug 400 bereits den Grundkörper 103 und den Anschlagbereich 107 aufweisen. Ferner weist das Steckerhalbzeug 400 bereits die vier Einsteckelemente 102 auf, einschließlich deren Einsteckabschnitte 105 und Endabschnitte 112. Ebenfalls kann das Steckerhalbzeug 400 bereits die Aufweitung 108 einschließlich deren ersten Oberfläche 109 aufweisen. Ferner definiert das Steckerhalbzeug 400 bereits den Spalt 106 zwischen den später gruppierten Einsteckelementen 102, sowie die abgerundeten freien Enden 104.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

100: Steckervorrichtung
101: Befestigungsbereich
102: Einsteckelement
103: Grundkörper
104: freies Ende
105: Einsteckabschnitt
106: Spalt
107: Anschlagbereich
108: Aufweitung
109: erste Oberfläche
110: Lasche
111: Einsteckrichtung
112: Endabschnitt
300: Leiter
400: Steckerhalbzeug
401: Biegelinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1069651 A1 [0006, 0007, 0008, 0008, 0059]
US 2755453 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 868-2003 (DIN 53505 [0021]
ISO TS 16750 [0028]
ISO TS 16750-3 [0028]
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Norm IEC 60512-4 [0028]
IEC 68.2.6 [0028]
IEC 68-2-27 [0028]
IEC 68-2-29 [0028]
IEC 68-2-64 [0028]
IEC-68-2-64 [0028]
IEC-68-2-50 [0028]
IEC-68-2-51 [0028]
EN 60352-2 [0046]
DIN 41611 [0046]
ISO 16750 [0047]
ISO 16750-3 [0047]
ISO 16750-2 [0050]
IEC-60512-6 [0051]
IEC-68-2-14 [0051]
IEC-60512-6 [0051]
IEC-60512-11-1 [0051]
IEC 68-2-1 [0051]
IEC 68-2-2 [0051]
IEC 68-2-30 [0051]
IEC 60512-11-7 [0051]
IEC 68-2-52 [0051]
IEC 68-2-60 [0051]
IEC 60512-2 [0053]

Claims

Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters (300) mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung (100) in ein Kontaktloch der Leiterplatte, wobei die Steckervorrichtung (100) aufweist: einen Befestigungsbereich (101) zum Befestigen des Leiters (300) an der Steckervorrichtung (100), einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stromes von dem Leiter (300) auf die Leiterplatte, und zumindest drei Einsteckelemente (102), die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind, wobei sich jedes der Einsteckelemente (102) von einem gemeinsamen Grundkörper (103) der Steckervorrichtung (100) erstreckt und getrennt von den anderen Einsteckelementen (102) verläuft, wobei die Einsteckelemente (102) gegenüber dem Grundkörper (103) unabhängig voneinander elastisch verformbar sind und derart eingerichtet sind, dass, wenn die Einsteckelemente (102) in dem Kontaktloch eingeführt sind, eine Steckverbindung der Steckervorrichtung (100) mit der Leiterplatte bereitstellbar ist.
Steckervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steckverbindung der Steckervorrichtung (100) über eine Pressverbindung, eine Rückstellkraft der Einsteckelemente (102) und/oder über einen Grad der elastischen Verformung der Einsteckelemente (102) bereitstellbar ist.
Steckervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der Einsteckelemente (102) einen Einsteckabschnitt (105) aufweist, wobei der Einsteckabschnitt (105) derjenige Abschnitt der Einsteckelemente (102) ist, welcher sich innerhalb des Kontaktlochs befindet, wenn die Einsteckelemente (102) in dem Kontaktloch eingeführt sind.
Steckervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Einsteckabschnitt (105) zumindest teilweise den Übertragungsbereich aufweist.
Steckervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Einsteckabschnitt (105) zumindest eine konvex verlaufende Oberfläche aufweist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest zwei der Einsteckelemente (102) zumindest teilweise gegenseitig anliegen.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest zwei Einsteckelemente (102) durch einen Spalt (106) beabstandet sind.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Grundkörper (103) einen Anschlagbereich (107) aufweist, wobei der Anschlagbereich (107) derart eingerichtet ist, dass ein Einführen der Einsteckelemente (102) in das Kontaktloch durch den Anschlagbereich (107) begrenzbar ist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sich zumindest zwei Einsteckelemente (102) parallel zueinander erstrecken.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jedes der Einsteckelemente (102) eine Erstreckungsrichtung aufweist, in welcher Erstreckungsrichtung sich jedes der Einsteckelemente (102) von dem Grundkörper (103) aus erstreckt, wobei ein Abstand zwischen zumindest zwei Einsteckelementen (102) entlang deren Erstreckungsrichtungen inkonstant ist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das freie Ende (104) jedes Einsteckelements (102) eine abgerundete Oberfläche aufweist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zumindest ein Einsteckelement (102) an einem Endabschnitt (112) eine Aufweitung (108) aufweist, wobei der Endabschnitt (112) das freie Ende (104) des Einsteckelements (102) aufweist und aus dem Kontaktloch hinausragt, wenn das Einsteckelement (102) in dem Kontaktloch eingeführt ist, wobei die Aufweitung (108) derart am Endabschnitt (112) eingerichtet ist, dass die Aufweitung (108) an einer Oberfläche der Leiterplatte derart aufliegt, dass ein Herausziehen des Einsteckelements aus dem Kontaktloch entgegen einer Einsteckrichtung verhinderbar ist.
Steckervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Aufweitung (108) eine erste Oberfläche (109) aufweist, wobei die erste Oberfläche (109) an der Oberfläche der Leiterplatte anliegt, wenn das Einsteckelement (102) in dem Kontaktloch eingeführt ist, wobei die erste Oberfläche (109) derart ausgebildet ist, dass zwischen der Ebene der ersten Oberfläche (109) und der Ebene der Oberfläche der Leiterplatte ein schiefer Winkel besteht, wenn das Einsteckelement (102) in dem Kontaktloch eingeführt ist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei an dem Befestigungsbereich (101) der Leiter (300) mittels einer Klemmverbindung befestigt ist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend zumindest drei weitere Einsteckelemente (102), wobei die zumindest drei Einsteckelemente (102) eine erste Gruppe bilden, die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind, wobei die zumindest drei weiteren Einsteckelemente (102) eine zweite Gruppe bilden, die gemeinsam in ein weiteres Kontaktloch der Leiterplatte einführbar sind.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Einsteckelemente (102) derart ausgebildet sind, dass die Steckervorrichtung (100) und die Leiterplatte mittels der Steckverbindung mit einer mechanischen Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750, insbesondere gemäß ISO 16750-3, verbindbar sind.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Einsteckelemente (102) ausgebildet sind, die Steckervorrichtung (100) und die Leiterplatte mit einer mechanischen Befestigungskraft von mindestens 100 N, insbesondere von mindestens 200 N, weiter insbesondere von mindestens 300 N, zu verbinden.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Einsteckelemente (102) ausgebildet sind, eine elektrische Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750-2 bereitzustellen.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei jedes der Einsteckelemente (102) für eine elektrische Belastungsfähigkeit von mindestens 5 Ampere, insbesondere von mindestens 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens 20 Ampere ausgelegt ist.
Steckervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei jedes der Einsteckelemente (102) mit einer Einsteckkraft von höchstens 10 N in ein Kontaktloch einsteckbar ausgelegt ist.
Steckerhalbzeug aus einer verbiegbaren Platte, zur Herstellung einer Steckervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Steckerhalbzeug (400) entlang zumindest einer Biegelinie (401) verbiegbar ist, so dass mittels Siegens des Halbzeugs die Steckervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 herstellbar ist.
Verbindungsanordnung, aufweisend eine Steckervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, und eine Leiterplatte, wobei die Steckervorrichtung (100) mittels einer Steckverbindung mit der Leiterplatte verbunden ist.
Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters (300) mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung (100) in ein Kontaktloch der Leiterplatte, wobei das Verfahren aufweist Befestigen des Leiters (300) an einem Befestigungsbereich (101) der Steckervorrichtung (100), gemeinsames Einführen von zumindest drei Einsteckelementen (102) der Steckervorrichtung (100) in das Kontaktloch, Bereitstellen einer Steckverbindung der Steckervorrichtung (100) mit der Leiterplatte aufgrund unabhängiger elastischer Verformung der Einsteckelemente (102) gegenüber dem Grundkörper (103), wenn die Einsteckelemente (102) in dem Kontaktloch eingeführt sind, und Übertragen eines Stromes von dem Leiter (300) auf die Leiterplatte über einen Übertragungsbereich der Steckervorrichtung (100).
Fahrzeug mit einer Steckervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder einer Verbindungsanordnung nach Anspruch 22.
Fahrzeug nach Anspruch 24, eingerichtet als eines aus der Gruppe bestehend aus einem Kraftfahrzeug, einem Personenkraftfahrzeug, einem Lastkraftfahrzeug, einem Bus, einem landwirtschaftlichen Kraftfahrzeug, einer Ballenpresse, einem Mähdrescher, einer Selbstfahrspritze, einer Straßenbaumaschine, einem Traktor, einem Luftfahrzeug, einem Flugzeug, einem Hubschrauber, einem Raumschiff, einem Zeppelin, einem Wasserfahrzeug, einem Schiff, einem Schienenfahrzeug und einer Bahn.
Verwendung einer Steckervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Übertragen eines elektrischen Stroms von mindestens 5 Ampere, insbesondere von mindestens 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens 20 Ampere, zwischen den Einsteckelementen (102) der Steckervorrichtung (100) und der daran befestigten Leiterplatte.