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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder zur Anordnung auf einer Leiterplatte, aufweisend wenigstens einen ersten Kontaktbereich zum Verbinden des Steckverbinders mit einem Gegensteckverbinder sowie einer Mehrzahl von elektrisch mit dem ersten Kontaktbereich verbundenen zweiten Kontaktbereichen zum Verbinden des Steckverbinders mit einem Anschlussbereich der Leiterplatte.
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Darüber hinaus betrifft die Anmeldung ein Einsteckmodul mit wenigstens einem derartigen Steckverbinder sowie ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Steckverbinders.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Steckverbindern zur Anordnung auf Leiterplatten bekannt. Insbesondere sind ein- und mehrpolige Steckverbinder zum Verlöten oder Einstecken in Anschlussbereiche einer Leiterplatte bekannt.
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Ein Problem der Verbindungstechnik für Anordnungen zur Übertragung verhältnismäßig großer Ströme, beispielsweise von mehr als 100 Ampere, liegt darin, dass die Kontaktfläche zwischen einem Kontaktbereich des Steckverbinders einerseits und einem korrespondierenden Anschlussbereich einer Leiterplatte andererseits verhältnismäßig klein ist. Um den Übergangswiderstand von der Leiterplatte zu dem Steckverbinder zu reduzieren und eine sichere Übertragung auch verhältnismäßig großer Ströme zu ermöglichen, sind daher aus dem Stand der Technik Steckverbinder mit einer Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen zum Verbinden des Steckverbinders mit einem Anschlussbereich der Leiterplatte bekannt.
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Ein derartiger Steckverbinder ist in der 1 dargestellt. Bei dem bekannten Steckverbinder wird die Anzahl von Kontaktbereichen zum Verbinden des Steckverbinders mit einem Anschlussbereich einer Leiterplatte entsprechend der erwarteten Belastung des Steckverbinders erhöht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gegenüber der bekannten Anordnung verbesserten Steckverbinder zu beschreiben, der eine Übertragung verhältnismäßig großer Ströme in einem verhältnismäßig kleinen Anschlussbereich einer Leiterplatte ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen gattungsgemäßen Steckverbinder gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mehrzahl der zweiten Kontaktbereiche in mindestens zwei Reihen versetzt angeordnet ist.
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Durch die versetzte Anordnung einer Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen in mindestens zwei Reihen kann die Dichte der Kontaktbereiche in einem gegebenen Anschlussbereich vergrößert werden. Insbesondere kann bei gleicher Breite des Steckverbinders eine Erhöhung des übertragbaren Stroms bewirkt werden. Umgekehrt kann ein Steckverbinder mit einer geringeren Breite hergestellt werden, der zur Übertragung der gleichen Stromstärke geeignet ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweiten Kontaktbereiche als Einpresskontakte ausgestaltet. Die Ausgestaltung der Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen als Einpresskontakte ermöglicht eine einfache mechanische und elektrische Verbindung des Steckverbinders mit der Leiterplatte. Durch die zwei- oder mehrreihige Anordnung wird die Einpresstechnik auch für höhere Strombereiche nutzbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Steckverbinder des Weiteren ein Gehäuseteil aus einem elektrisch isolierenden Material auf. Durch Vorsehung eines Gehäuseteils aus einem elektrisch isolierenden Materials kann der durch den Steckverbinder fließende Strom sicher vor einer Berührung geführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuseteil eine erste, dem Gegensteckverbinder zugewandte Seite auf, wobei der wenigstens eine erste Kontaktbereich in Richtung der ersten Seite des Gehäuseteils weist. Eine derartige Anordnung erlaubt eine einfache Verbindung des Gegensteckverbinders von einer Seite der Leiterplatte her.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuseteil eine zweite, den zweiten Kontaktbereichen zugewandte Seite auf und die Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen ist senkrecht zur Leiterplatte in eine ersten und einer zweiten Reihe angeordnet. Dabei sind die zweite Seite, die erste Reihe und die zweite Reihe beabstandet voneinander und parallel zueinander angeordnet. Ein derartiger Aufbau des Steckverbinders erlaubt eine einfache Herstellung and Anordnung des Steckverbinders in einem verhältnismäßig kompakten Anschlussbereich der Leiterplatte.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Kontaktbereich und die Mehrzahl der zweiten Kontaktbereiche als einstückiges Steckerteil ausgebildet. Die einstückige Ausbildung der ersten und zweiten Kontaktbereiche als Steckerteil gestattet eine einfache und kostengünstige Herstellung des Steckverbinders und minimiert zugleich einen Übergangswiderstand der Steckverbindung.
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Die zugrunde liegende Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Einsteckmodul gemäß Patentanspruch 7. Das Einsteckmodul weist wenigstens eine Leiterplatte mit einer darauf angeordneten Endstufe zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers sowie wenigstens einen auf der Leiterplatte angeordneten Steckverbinder zum elektrischen Verbinden des Einsteckmoduls mit dem elektrischen Verbraucher oder einer Stromquelle auf. Der Steckverbinder weist eine Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen auf, die in mindestens zwei Reihen versetzt angeordnet sind. Ein derartiges Einsteckmodul eignet sich insbesondere zur Ansteuerung leistungsstarker elektrischer Verbraucher wie beispielsweise Elektromotoren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Anschlussbereich der Leiterplatte wenigstens eine erste Reihe von Kontaktöffnungen und eine zweite Reihe von Kontaktöffnungen zur Aufnahme der Mehrzahl der zweiten Kontaktbereiche des wenigstens einen Steckverbinders auf, wobei die Innenseiten der Kontaktöffnungen mit einem leitfähigen Material beschichtet sind. Eine derartige Ausgestaltung der Leiterplatte erlaubt die Verwendung eines Steckverbinders mit Einpresskontakten, wobei zum Herstellen einer leitfähigen Verbindung zwischen dem Steckverbinder und der Leiterplatte kein Verlöten erforderlich ist.
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Die zugrunde liegende Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Steckverbinders, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Stanzen eines Steckerteils, aufweisend wenigstens einen ersten Kontaktbereich und eine Mehrzahl von elektrisch mit dem ersten Kontaktbereich verbundenen zweiten Kontaktbereichen aus einem Blech,
- – Abbiegen wenigstens einer ersten Untermenge der zweiten Kontaktbereiche entlang einer ersten Falzlinie und
- – Abbiegen einer zweiten Untermenge der zweiten Kontaktbereiche entlang einer zweiten Falzlinie, wobei die zweite Falzlinie parallel zu der ersten Falzlinie ausgerichtet und von dieser beabstandet ist.
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Die oben genannten Schritte erlauben die Herstellung eines elektrischen Steckverbinders der oben genannten Art aus einem einzelnen Blechteil. Die genannten Schritte reduzieren sowohl den dazu erforderlichen Materialaufwand als auch die erforderlichen Schritte zur Herstellung des Steckverbinders gegenüber bekannten Herstellungsverfahren für Steckverbinder für hohe Ströme.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im Schritt des Stanzens des Steckerteils oder in einem gesonderten Schritt aus jedem der zweiten Kontaktbereiche eine Einpresszone geformt. Ein derartiges Verfahren erlaubt eine besonders einfache Herstellung von Steckverbindern mit Einpresskontakten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen sowie der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf nicht maßstabsgetreue Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen:
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1 einen Steckverbinder gemäß dem Stand der Technik,
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2 einen Steckverbinder gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
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3 ein Einsteckmodul mit einem Steckverbinder gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung und
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4 bis 6 unterschiedliche Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines elektrischen Steckverbinders gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
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1 zeigt einen herkömmlichen zweipoligen Steckverbinder 1. Der Steckverbinder 1 weist ein erstes Steckerteil 2a und ein zweites Steckerteil 2b auf. Beispielsweise handelt es sich um Steckerteile 2a und 2b zum Anschluss einer Endstufe an eine elektrische Stromquelle. Im Ausführungsbeispiel sind die Steckerteile 2a und 2b jeweils aus einem gestanzten Blechteil gefertigt.
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Jedes der Steckerteile 2 weist einen ersten Kontaktbereich 3 auf. Der Kontaktbereich 3 dient zum Anschluss des Steckverbinders mit einem in der 1 nicht dargestellten Gegensteckverbinder. Beispielsweise können Kabelsteckverbinder mit entsprechenden Buchsen oder eine Federleiste einer Leiterplatte mit den ersten Kontaktbereichen 3 verbunden werden.
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Die Steckerteile 2 weisen des Weiteren jeweils fünf zweite Kontaktbereiche 4 auf. Die Kontaktbereiche 4 sind als Einpresskontakte ausgestaltet. Insbesondere weisen alle Kontaktbereiche 4 eine Einpresszone 5 auf. Sämtliche zweiten Kontaktbereiche 4 sind in einer ersten Reihe 6 angeordnet.
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2 zeigt einen verbesserten Steckverbinder 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch der Steckverbinder 1 weist im Ausführungsbeispiel ein erstes Steckerteil 2a und ein zweites Steckerteil 2b auf. Selbstverständlich sind auch einpolige Steckverbinder 1 mit nur einem Steckerteil 2 möglich.
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Die Steckerteile 2a und 2b weisen jeweils einen ersten Kontaktbereich 3 sowie eine Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen 4 auf. Im Ausführungsbeispiel weist jeder der Steckerteile 2 jeweils neun zweite Kontaktbereiche 4 auf. Auch bei den zweiten Kontaktbereichen 4 gemäß 2 handelt es sich um Einpresskontakte mit jeweils einer Einpresszone 5.
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Im Unterschied zur Anordnung gemäß 1 sind die zweiten Kontaktbereiche 4 gemäß 2 in zwei zueinander parallelen Reihen 6 und 7 angeordnet. Fünf zweite Kontaktbereiche 4 sind jeweils in einer ersten Reihe 6 und vier weitere zweite Kontaktbereiche 4 eines jeden Steckerteils 2a und 2b sind in einer zweiten Reihe 7 angeordnet. Dabei ist die zweite Reihe 7 parallel zur ersten Reihe 6 angeordnet. Zwischen je zwei benachbarten Kontaktbereichen 4 der ersten Reihe 6 liegt jeweils ein weiterer Kontaktbereich 4 der zweiten Reihe 7.
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Durch die parallele Anordnung der Mehrzahl von zweiten Kontaktbereichen 4 in zwei Reihen 6 und 7 kann die Anzahl der zweiten Kontaktbereiche 4 ohne Vergrößerung der Breite des Steckerteils 2a oder 2b vergrößert werden. Hierdurch wird eine Übertragung eines größeren Stroms, beispielsweise von mehr als 100 Ampere, über den Steckverbinder 1 zu einer Leiterplatte ermöglicht.
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Zudem wird die mechanische Stabilität einer Leiterplatte, auf der der Steckverbinder 1 angeordnet ist, weniger beeinflusst als bei einer Anordnung mit neun nebeneinander angeordneten zweiten Kontaktbereichen 4. Dies beruht unter anderem darauf, dass der Abstand zwischen benachbarten zweiten Kontaktbereichen 4 trotz Erhöhung der Gesamtzahl der zweiten Kontaktbereiche 4 konstant gehalten werden kann. Bei einem optional möglichem Verlöten oder einer sonstigen Befestigung der zweiten Kontaktbereiche 4 in einem Anschlussbereich der Leiterplatte wird durch die Brückengestalt der Kontaktbereiche 4 der Steckerteile 2 sogar eine zusätzliche Stabilisierung der Leiterplatte bewirkt.
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3 zeigt ein Einsteckmodul 8 mit einem Steckverbinder 1 gemäß der in der 2 dargestellten Ausgestaltung. Das Einsteckmodul 8 umfasst eine Leiterplatte 9 mit einer darauf angeordneten elektrischen Schaltung. Bevorzugt handelt es sich um eine gedruckte Schaltung mit einer Endstufe zur Ansteuerung eines leistungsstarken elektrischen Verbrauchers, wie beispielsweise eines Elektromotors.
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Der Steckverbinder 1 umfasst neben den Steckerteilen 2a und 2b ein gemeinsames Gehäuseteil 10. Das Gehäuseteil 10 dient zur elektrischen Isolierung der Steckerteile 2a und 2b sowie zur mechanischen Verbindung des Einsteckmoduls 8 mit einem Gegensteckverbinder. Im Ausführungsbeispiel dient der Steckverbinder 1 beispielsweise zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für das Einsteckmodul 8 oder zum Anschließen des Einsteckmoduls 8 an einen elektrischen Verbrauchers.
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Der Anschlussbereich der Leiterplatte 9 ist im linken unteren Teil der 3 als Bereich A vergrößert dargestellt. Hierin kann man erkennen, dass die Steckerteile 2a und 2b wie oben beschrieben jeweils neun zweite Kontaktbereiche 4 aufweisen. Die Kontaktbereiche 4 sind in einer ersten Reihe 6 und ein einer zweiten Reihe 7 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder der zweiten Kontaktbereiche 4 eine Einpresszone 5 auf.
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Der Anschlussbereich der Leiterplatte 9 weist korrespondierende Kontaktöffnungen 11 auf. Auch die Kontaktöffnungen 11 sind in den Reihen 6 und 7 angeordnet. Jede der Kontaktöffnungen 11 ist auf der Innenseite mit einem leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer oder Lötzinn, beschichtet. Der Innendurchmesser der Kontaktöffnungen 11 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der zweiten Kontaktbereiche 4 im Bereich der Einpresszonen 5. Durch Einpressen des Steckverbinders 1 in die Leiterplatte 9 werden die zweiten Kontaktbereiche 4 im Bereich der Einpresszonen 5 zusammengepresst und stellen somit eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zu den Innenseiten der Kontaktöffnungen 11 her. Auf ein Verlöten des Steckverbinders 1 mit der Leiterplatte 9 kann daher verzichtet werden.
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Die 4 bis 6 zeigen einen Steckverbinder 1 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in unterschiedlichen Stufen eines Herstellungsprozesses.
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In der 4 ist ein aus einem Metallblech herausgestanztes, flaches Steckerteil 2 zu erkennen. Das Steckerteil 2 weist einen ersten Kontaktbereich 3 sowie drei zweite Kontaktbereiche 4a bis 4c auf. Jeder der zweiten Kontaktbereiche 4a bis 4c weist jeweils eine Einpresszone 5 auf, die ebenfalls aus dem Blech herausgestanzt wurde. Alternativ können die Einpresszonen 5 auch in einem gesonderten Schritt mittels Schneiden, Prägen oder Stanzen hergestellt werden.
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Um eine Herstellung eines Steckverbinders 1 mit mehreren Reihen 6 und 7 von zweiten Kontaktbereichen 4 zu ermöglichen, sind die Ausbuchtungen der zweiten Kontaktbereiche 4 mit den Einpresszonen 5 in einem unterschiedlichen Abstand von dem ersten Kontaktbereich 3 aus dem Metallblech herausgestanzt worden. Zudem sind die zweiten Kontaktbereiche 4a und 4c entlang einer ersten Linie 12 mit dem mittleren Bereich des Steckerteils 2 verbunden, während der mittlere zweite Kontaktbereich 4b entlang einer zweiten Linie 13 mit dem mittleren Teil des Steckerteils 2 verbunden ist. Die Linien 12 und 13 dienen später, wie unten ausgeführt, als erste Falzlinie 12 beziehungsweise zweite Falzlinie 13.
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In der 5 ist der Steckverbinder 1 nach einem Abbiegen der zweiten Kontaktbereiche 4a und 4c entlang der ersten Falzlinie 12 dargestellt. Die zweiten Kontaktbereiche 4a und 4c bilden eine erste Reihe 6 von zweiten Kontaktbereichen 4.
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In der 6 ist der Steckverbinder 1 nach einem Abbiegen des zweiten Kontaktbereichs 4b entlang der zweiten Falzlinie 13 dargestellt. Der zweite Kontaktbereich 4b bildet im dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Reihe 7, die hier nur einen einzelnen zweiten Kontaktbereich 4 aufweist.
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Das in den 4 bis 6 dargestellte Herstellungsverfahren weist den Vorteil auf, dass vor dem Abbiegen die Ausbuchtungen der zweiten Kontaktbereiche 4 im Bereich der Einpresszonen 5 in horizontaler Richtung zueinander versetzt sind. Somit können eine Vielzahl von zweiten Kontaktbereichen 4 aus einem verhältnismäßig kleinen Blechstück mit einem verhältnismäßig einfachen, einteiligem Stanzgitter ausgestanzt werden.
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Durch das Abknicken der zweiten Kontaktbereiche 4 der ersten Reihe 6 und der zweiten Reihe 7 entlang unterschiedlicher Falzlinien 12 beziehungsweise 13 sind die Ausbuchtungen der zweiten Kontaktbereiche 4 im Bereich der Einpresszonen 5 im fertig gestellten Zustand des Steckverbinders 1 jedoch auf der selben vertikalen Ebene zur Verbindung mit einer Leiterplatte 9 angeordnet.
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Selbstverständlich können auch andere und weitere Stanz-, Press- und Biegeschritte zur Herstellung eines elektrischen Steckverbinders mit mindestens zwei Reihen von zweiten Kontaktbereichen 4 verwendet werden. Beispielsweise ist eine wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2 dargestellte Z-Faltung der zweiten Kontaktbereiche 4 der zweiten Reihe 7 möglich. In diesem Fall werden in einem ersten Biegeschritt sämtliche Kontaktbereiche 4 entlang einer ersten Falzlinie 12 abgebogen. Davor oder danach werden in zwei weiteren Biegeschritten diejenigen Kontaktbereiche 4, die die zweite Reihe 7 des Steckverbinders 1 bilden, Z- oder stufenförmig aus der Ebene der ersten Reihe 6 von Kontaktbereichen 4 heraus gebogen.
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Des Weiteren können Steckverbinder 1 mit drei oder mehr Reihen von zweiten Kontaktbereichen 4 hergestellt werden. Beispielsweise kann eine zweite Reihe 7 von zweiten Kontaktbereichen 4 auf einer ersten Seite einer ersten Reihe 6 von Kontaktbereichen 4 Z-förmig abgebogen werden und eine dritte Reihe von zweiten Kontaktbereichen 4 auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Reihe 6 von Kontaktbereichen 4 Z-förmig abgebogen werden. In einem Querschnitt durch eine Leiterplatte 9 und einen darauf angeordneten Steckverbinder 1 ergibt sich in etwa die Form eines in die Leiterplatte 9 eingesteckten Dreizacks.
