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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steckverbinder zur direkten Verbindung eines elektrischen Leitungsdrahtes mit einer starren Leiterplatte, der eine Einpresszone und eine mit dieser verbundenen Crimpzone zur Befestigung eines Leitungsdrahtes aufweist.
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Starre Leiterplatten leiten Strom in breiten Leitungsbahnen und können Halbleiterbauelemente tragen. Sie werden insbesondere in Steuerungen oder Schaltern verbaut und sind dort zu ihrem Schutz oft von Gehäusen umgeben. Steckverbinder verbinden diese Leiterplatten mit elektrischen Leitungsdrähten zu Motoren, Batterien, anderen Steuerungen und dergleichen. Hierzu werden Verbindungen zwischen den Leitungsdrähten und den starren Leiterplatten benötigt, die den oftmals rauen Umgebungen standhalten, in denen sie betrieben werden. Zu diesen rauen Umgebungen zählen Kraftfahrzeugsegmente jeglicher Art, u. a. Motorräume, Hydrauliken, in denen insbesondere starke Vibrationen über längere Zeiträume, Feuchtigkeit, hohe Temperaturen und große Temperaturunterschiede auftreten, die zu Korrosion und Alterung der Kontaktflächen zwischen Leitungsdraht und Leiterplatte führen. Es ist daher für die Zuverlässigkeit derartiger Stecker besonders wichtig, dass sie störunanfällig und robust ausgestaltet sind. Als elektrische Leiter kommen insbesondere Einzelleiter oder Litzenleiter in Betracht.
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Im Stand der Technik war bisher bekannt, elektrische Leitungen direkt oder über Lötverbinder an eine Leiterplatte zu Löten. Insbesondere war bekannt, elektrische Leitungen durch Crimpen mit einem Kontaktelement zu verbinden und dieses wiederum in eine Leiterplatte einzupressen.
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Aus der
DE 10 2006 005 023 A1 ist ein Einpresskontakt bekannt, der direkt auf einer Leiterplatte befestigt wird, die ihrerseits in einem Gehäuse angeordnet sein kann. Der Einpresskontakt weist einen Crimpflügel auf, an dem ein Leitungsdraht befestigt ist.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass zwar die Zahl der Grenzflächen zwischen Leitungsdraht und starrer Leiterplatte vorteilhaft auf zwei reduziert und somit eine potentielle Fehlerquelle ausgeschaltet wurde, jedoch ist die einfache Verbindung von eine Leitung tragendem Einpresskontakt mit einer Leiterplatte konstruktiv nachteilig und noch stets störanfällig.
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Um die Zahl möglicher Fehlerquellen weiter zu minimieren und gleichzeitig die Konstruktion widerstandsfähiger zu gestalten, schlägt die Erfindung vor, dass der Einpresskontakt eine zur Einpressrichtung überwiegend orthogonale Kontaktfläche zur Kontaktierung eines Einpresskontaktgehäuses und Krafteinleitung in dieses aufweist. Hierdurch wird mit großem Vorteil die Stabilität der Verbindung erhöht, der Einpresskontakt überträgt die auftretenden Einpresskräfte in sein Gehäuse. Unter einer überwiegend orthogonalen Kontaktfläche wird erfindungsgemäß auch eine schraubenförmig verlaufende Kontaktfläche oder eine nach Art eines geschlitzten Gewindes unterbrochene Kontaktfläche verstanden. Unter Kontaktfläche ist im Prinzip jede geometrische Fläche zu verstehen, die dazu geeignet ist, Kräfte zu übertragen, also zweidimensionale oder dreidimensional verlaufende Flächen jeglicher Art. Dabei ist es der Erfindung nicht wesentlich, wie die Kontaktfläche kontaktiert wird, ob durch eine Schraubbewegung, eine Kombination aus einer linearen und einer Rotationsbewegung oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Anordnen entsprechend ausgestalteter Einpresskontakte in einem Gehäuse hat den weiteren großen Vorteil, dass mehrere Einpresskontakte gleichzeitig in einem Arbeitsgang auf die Leiterplatte gepresst werden, so dass die zunächst nachteilig zusätzlich erforderliche Montagezeit von Einpresskontakten in das Einpresskontaktgehäuse vorteilhaft wieder kompensiert wird. Gleichzeitig ist die im Stand der Technik vorhandene Gefahr beseitigt, das bereits montierte Einpresskontakte von den weiteren zu montierten Einpresskontakten beschädigt, in ihrem Sitz gelockert oder verbogen werden.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einpresskontakt neben der ersten Kontaktfläche eine zweite Kontaktfläche aufweist, deren Wirkungsrichtung zur ersten Kontaktfläche entgegengerichtet ausgebildet ist. Diese zweite Kontaktfläche sichert den Einpresskontakt somit gegen jegliche Verschiebung entlang seiner Längsachse, so dass er sicher geführt und gehaltert ist. Die zweite Kontaktfläche kann identisch oder unterschiedlich zur ersten ausgeführt sein.
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Weist der Einpresskontakt entlang seiner Längsrichtung eine gleich bleibende Materialstärke auf, so kann der sonst übliche Verfahrensschritt des Herunterpressens der Materialstärke im Bereich unmittelbar vor der Crimpzone mit Vorteil vermieden werden. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert damit die Herstellkosten.
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Weist der Einpresskontakt eine zweite Crimpzone zum Crimpen einer Dichtung auf, die insbesondere von der Einpresszone weiter entfernt als die erste Crimpzone ist, so wird mit sehr großem Vorteil erneut die Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäßen Einpresskontaktes in der rauen Einsatzumgebung erhöht. Die erfindungsgemäß vorgesehene Dichtung verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub entlang des jeweiligen elektrischen Leiters in das Leiterplattengehäuse und auf die Leiterplatte selber. Hierdurch werden Korrosion der Kontaktflächen und mechanische Beschädigung derselben oder der Leiterplatte vermieden.
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Ist der Einpresskontakt so gekröpft ausgebildet, dass die Einpresskontaktspitze koaxial zur Längsachse eines gecrimpten elektrischen Leiters ist, so wird die mechanische Stabilität, die zur Montage des Einpresskontaktes nötig ist, mit Vorteil erhöht und der Einpresskontakt weicht dem Durchmesser des elektrischen Leiters vorteilhaft aus.
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Zur Lösung der Aufgabe gehört auch ein Einpresskontaktgehäuse zur Aufnahme wenigstens eines Einpresskontakts wie beschrieben, wobei dieses pro aufgenommenen Einpresskontakt eine Durchtrittsöffnung für diesen Einpresskontakt aufweist sowie eine zur Durchtrittsrichtung des jeweiligen Einpresskontakts überwiegend orthogonale Anlagefläche aufweist, korrespondierend zur Kontaktfläche des jeweiligen Einpresskontakts. Das Vorsehen eines Gehäuses um die Einpresskontakte ist zunächst nachteilig, da ein weiteres Bauteil erforderlich ist. Nachteilig ist weiterhin, dass die Einpresskontakte erst in das Gehäuse eingeführt oder zusammen mit diesem hergestellt werden müssen, sodass ein weiterer Produktionsschritt erforderlich ist. Diese Nachteile werden jedoch durch den Vorteil aufgewogen, dass die Kontakte vor den rauen Umweltbedingungen durch ein Gehäuse besonders gut geschützt sind, und insbesondere die Kontaktflächen nicht mit Vibrationen, Feuchtigkeit, Hitze oder dergleichen beaufschlagt werden und somit langsamer altern. Außerdem erlaubt das Gehäuse die gleichzeitige und sichere Montage von mehreren Einpresskontakten auf die Leiterplatte. Das Gehäuse weist dabei zu den Kontaktflächen der Einpresskontakte korrespondierende Anlageflächen auf, die gemeinsam eine kraft- oder formschlüssige Halterung der Einpresskontakte im Einpresskontaktgehäuse sicherstellen. Besonders vorteilhaft ist, dass die Einpresskräfte gemäß der Erfindung durch das Einpresskontaktgehäuse aufgenommen werden und hierdurch die Gefahr des Verbiegens und damit des schlechten Kontaktierens des Einpresskontaktes mit sehr großem Vorteil verhindert ist. Die Durchtrittsöffnung kann dabei erfindungsgemäß zum teilweisen Durchtreten des Einpresskontakts ausgelegt sein, so dass lediglich seine Einpresszone aus dem Gehäuse herausragt.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnungen innerhalb einer Ebene senkrecht zur Durchtrittsrichtung radial unterschiedliche Durchtrittsquerschnitte aufweisen. Diese Ausgestaltung des Einpresskontaktgehäuses ermöglicht eine einfache Montage des Einpresskontakts in das Einpresskontaktgehäuse, indem zwei unterscheidbare Positionen der beiden Bauteile relativ zueinander erzeugt und für die sichere formschlüssige Halterung verwendbar sind, indem beide Positionen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Bei einer reinen Schraubbewegung des Einpresskontakts ist eine solche Ausgestaltung nicht erforderlich, jedoch bei einer sukzessiven linear-rotatorischen Bewegung.
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Ist wenigstens eine weitere Anlagefläche vorgesehen, deren Wirkungsrichtung zur ersten Anlagefläche entgegengerichtet ausgebildet ist, insbesondere federnd ausgebildet ist, wird die Einführung des Einpresskontaktes in das Einpresskontaktgehäuse erleichtert und dessen sicherer Sitz im Einpresskontaktgehäuse sichergestellt.
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Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung, dass das Einpresskontaktgehäuse gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gedichtet ausgebildet ist. Diese Dichtung erfolgt mit einer handelsüblichen Balgendichtung aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff.
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Zur Erfindung gehört ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Einpresskontaktgehäuse-Einpresskontakt-Einheit, mit einem Einpresskontaktgehäuse und Einpresskontakten jeweils gemäß den vorherigen Ausführungen, aufweisend die Schritte: a) Verbinden eines elektrischen Leiters mit dem Einpresskontakt, b) Einführen des Einpresskontaktes in das Einpresskontaktgehäuse und c) form- oder kraftschlüssiges Haltern des Einpresskontaktes im Einpresskontaktgehäuse überwiegend orthogonal zur Durchtrittsrichtung des Einpresskontakts. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, den Einpresskontakt außerhalb des Gehäuses vollständig zu montieren, insbesondere mit einem elektrischen Leiter zu verbinden, wobei hier die Polbelegung ebenfalls schon außerhalb des Gehäuses erfolgen kann. Der fertige Einpresskontakt wird dann in das Einpresskontaktgehäuse eingeführt, um in einem weiteren Schritt in diesem form- oder kraftschlüssig gehaltert zu werden. Dieses formschlüssige Haltern kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen, beispielsweise mittels einer Schraubbewegung oder einer Rastbewegung nach Art eines Bajonettverschlusses oder einer dergleichen mehr.
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In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Schritt des Crimpens einer Dichtung vorgesehen ist. Dieser Schritt erfolgt entweder vor oder nach Schritt a) und erhöht die Standfestigkeit des erfindungsgemäßen Einpresskontaktes, indem er und seine Kontaktflächen vor Verunreinigungen und Feuchtigkeit geschützt werden.
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In Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Schritt des Drehens um die Längsachse des Einpresskontaktes vorgesehen ist, vorzugsweise in Ausführung des Schrittes c). Das Drehen um die Längsachse kann erfindungsgemäß hierbei sowohl mehrfach als auch einfach, und sowohl um mehr oder weniger als 360° erfolgen.
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In Ausgestaltung des Verfahrens kann sich an die Drehung des Einpresskontakts 1 eine axiale Rückbewegung anschließen, die gezogen oder gedrückt ausgeführt wird und die den Einpresskontakt 1 zur Anlage an das Einpresskontaktgehäuse 7 bringt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1a, b, c: eine Seitenansicht und eine Aufsicht eines erfindungsgemäßen Einpresskontakt ohne Leiter und Dichtung sowie eine Seitenansicht mit Leiter und Dichtung,
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2: einen Querschnitt durch ein Gehäuse entlang der Längsachse eines eingesetzten Einpresskontakts und
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3: eine Frontansicht des Gehäuses mit eingesetzten Einpresskontakten.
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Die 1a und b zeigen in Seitenansicht und Aufsicht einen erfindungsgemäßen Einpresskontakt 1 mit einer Einpresszone 5 und einer unmittelbar mit dieser verbundenen Crimpzone 6. Im Vergleich zu der Einpresszone 5 weiter als die Crimpzone 6 entfernt befindet sich eine weitere Crimpzone 6a. Diese dient zum Crimpen einer Dichtung gegen Feuchtigkeit und Staub. Die zweite Crimpzone 6a ist durchmessergrößer als die erste Crimpzone 6. Gut zu erkennen ist die Kröpfung des Einpresskontaktes, die dafür sorgt, dass die Längsachse des nur in 1c dargestellten elektrischen Leiters koaxial zur Längsachse der Einpresszone 5 liegt. Der Einpresskontakt 1 weist weiterhin eine erste Kontaktfläche 8a auf, die sich zwischen der Einpresszone 5 und der ersten Crimpzone 6 befindet und die hier als Anlageschulter ausgebildet ist. Eine zweite Kontaktfläche 8b befindet sich zwischen in Richtung der ersten Crimpzone 6 gesehen näher an dieser und ist als Rastmulde ausgebildet. Dies ist besonders 1b zu entnehmen. Die Schneidengeometrie der Einpresszone 5 entspricht dem Stand der Technik und ist an die späteren Einsatzbedingungen des erfindungsgemäßen Einpresskontaktes anzupassen. Gleiches gilt für die Art und Stärke des Einpresskontaktmaterials. Der Einpresskontakt 1 ist dazu ausgebildet, nicht nur einen einzelnen oder mehrere elektrische Leiter 2 sondern auch eine Leiterlitze zu kontaktieren und mit einer Leiterplatte zu verbinden. Der Einpresskontakt 1 besteht aus handelsüblichem Material, beispielsweise einer Cu-Legierung mit einer Dicke von 0,59 mm bis 0,63 mm und einer Sn-Oberfläche über Ni oder einer Nullnickeloberfläche oder einer anderen edlen Oberfläche.
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In 1c ist ein Einpresskontakt 1 mit gecrimptem Leiter 2 und gecrimpter Dichtung 9 abgebildet. In der Crimpzone 6 befindet sich das abisolierte oder nicht abisolierte Ende eines elektrischen Leiters: Die Dichtung 9 verhindert das in Einpressrichtung gesehene rückwärtige Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Gehäuse-Stecker-Kombination in einer geschnittenen Aufsicht auf die Ebene der Einpresszone 5. Dargestellt ist eine Ausführungsform mit vier fertig montierten Einpresskontakten 1, diese Zahl ist jedoch zufällig gewählt. Ein Leiter 2, gedichtet durch eine Dichtung 9 wird in der Crimpzone 6 elektrisch leitend kontaktiert. Die Dichtung 9 ist in der Crimpzone 6a gehaltert. Gut zu erkennen ist der Einpresskontaktkanal 13 mit Durchtrittsöffnung 11 im Einpresskontaktgehäuse 7. Gut zu erkennen ist ebenfalls die Dichtung 14 des Einpresskontaktgehäuses 7. Die Kontaktfläche 8a liegt an der anlage 12a an. Letztere nimmt die auftretenden Einpresskräfte auf und leitet sie an des Gehäuse 7 weiter. Die entgegenwirkend ausgebildete Kombination von Kontaktfläche 8b und Anlage 12b, hier ein federnder Rastdorn 15, verhindern eine axiale Verschiebung des Einpresskontakts 1.
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3 zeigt die Situation gemäß 2 als Frontansicht. Gut zu erkennen sind die mit radial unterschiedlichem Durchmesser versehenen Durchtrittsöffnungen 11, die hier als Kreuz mit größerem Durchmesser der Kreuzarme im Vergleich zum Kerndurchmesser ausgebildet sind. Hierbei setzt sich erfindungsgemäß der größere Durchmesser bei einem Kreuzarmpaar durch das Einpresskontaktgehäuse 7 fort, so dass durch diesen so gebildeten Kanal der Einpresskontakt am Leiter 2 nach vorne durchgeschoben werden kann, bis er mit seiner Kontaktfläche 8a frei beweglich wird, um anschließend in seine spätere Rastorientierung relativ zum Gehäuse 7 gedreht zu werden und in seine endgültige Rastposition rückverfahren wird. Das Gehäuse 7 zeigt drei Durchtrittslöcher für Befestigungsmittel zur Befestigung an einer Leiterplatte oder einem anderen Gehäuse sowie zwei Dichtflächen zur Auflage auf einer Leiterplatte oder einem anderen Gehäuse.
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Das Montageverfahren zur Herstellung einer Gehäuse-Einpresskontakt-Einheit läuft so ab, dass zunächst der Einpresskontakt mit einem elektrischen Leiter verbunden wird, gegebenenfalls unter weiterer Verbindung mit einer Dichtung, die den elektrischen Leiter umgibt und das Eindringen von Feuchtigkeit oder Staub entlang des Leiters in Richtung der Einpresszone 5 verhindert. Die Spitze des elektrischen Leiters wird in den Crimpkontakt eingeführt und dort vercrimpt. Der so vormontierte Einpresskontakt wird am elektrischen Leiter gehalten und bewegt. Er wird in das Gehäuse 3 eingesetzt und nach Durchtreten seiner Spitze und der Kontaktfläche 8a vorliegend um 90° rotiert und so zurückgezogen, dass die Anlage 8 in der komplementären Aufnahme 9 zu liegen kommt bzw. der Rastdorn in die Rastmulde eingereift. Diese Rückbewegung ist nur aufgrund der radial unterschiedlich ausgebildeten Durchmesser der Durchtrittsöffnung möglich. Je nach Ausgestaltung der Durchtrittsöffnung kann erfindungsgemäß auch eine Drehung um mehr oder weniger als 90° erfolgen, solange die verbleibenden kraftübertragenden Flächen ausreichend ausgelegt sind. Beispielsweise könnte eine Drehung nur um 10° erfolgen.
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Nach dem Einrasten der Rastnase ist der Einpresskontakt im Einpresskontaktgehäuse 7 axial unverschieblich festgelegt. Diese Montageschritte werden bevorzugt parallel oder aber sukzessive mit der gewünschten Anzahl der Einpresskontakte 1 pro Einpresskontaktgehäuse 7 wiederholt, anschließend kann der so fertiggestellte Stecker aus verdrahteten Einpresskontakten 1 und Einpresskontaktgehäuse 7 mit einer Leiterplatte verbunden werden. Die Produktion der Einpresskontakte erfolgt unter hoher Geschwindigkeit, beispielsweise mit 600 Stück pro Minute.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einpresskontakt
- 2
- elektrischer Leiter
- 3
- Durchtrittsöffnung zur Befestigung
- 4
- Dichtfläche
- 5
- Einpresszone
- 6a, b
- Crimpzonen
- 7
- Einpresskontaktgehäuse
- 8a, b
- Kontaktflächen
- 9
- Dichtung
- 10
- Einpresskontaktspitze
- 11
- Durchtrittsöffnung
- 12a, b
- Anlageflächen
- 13
- Einpresskontaktkanal
- 14
- Dichtung
- 15
- federnder Rastdorn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006005023 A1 [0004]
