-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
-
Im Stand der Technik sind diverse Kontaktiervorrichtungen bekannt, bei denen ein Leiterplattensteckverbinder lösbar an einer Leiterplatte befestigt werden kann. Insbesondere Leiterplattenklemmen sind hier bekannt.
-
Die
US 2,869,090 A zeigt bereits einen elektrischen Steckverbinder zur Verbindung mit einer Leiterplatte, der mehrteilig ausgebildet ist und über eine Gehäusehülse verfügt.
-
Die
US 4,337,989 A offenbart einen elektromagnetisch geschirmten Steckverbinder mit einem zweiteiligen Gehäuse für einen Kabelstecker, wobei die Gehäuse so ausgebildet sind, dass auf einfache Weise eine Schirmwirkung zwischen Leiterplatte und Kabelstecker erzielt wird.
-
Die
US 5,055,055 A offenbart einen elektrischen Steckverbinder mit einem elektrisch leitfähigen Körper und einem Sockel zur Kontaktierung einer Leiterplatte sowie einem isolierenden Gehäuse, welches den Leiterplattensockel umgibt, wobei der Sockel in Verbindung mit dem Gehäuse als Steckverbinderbuchse ausgebildet ist, die seitlich einen Kontaktstift aufnehmen kann.
-
In der
DE 101 61 102 A1 wird eine Steckverbindung zur Übertragung der elektrischen Energie zwischen einem Kabel und einem Gehäuse eines Steuergerätes offenbart, wobei das Steuergerät mit einer Leiterplatte verbunden ist und wobei die Leitungs-Steckverbindung wenigstens eine im Gehäuse lösbare verrastete Steckdose und eine mit dieser lösbar verbundenen Steckerleiste aufweist, die mechanisch mit der Leiteplatte im Gehäuse verbunden ist.
-
Bei Leiterplattensteckverbinder herkömmlicher Art unterscheidet man typischerweise zwischen Wire to Board and Board to Board-Steckverbindern.
-
Auf Grund der Vielfalt der unterschiedlichen Ausführungsformen wird im folgenden nur auf das Grundprinzip von Leiterplattensteckverbindern eingegangen.
-
In der Regel befindet sich unmittelbar auf der Leiterplatte ein Leiterplattensockel bzw. eine Leiterplattenbuchse, die entweder durch Einpresspins unmittelbar in die Leiterplatte eingefügt ist und dort elektrisch und mechanisch gehalten wird oder alternativ mittels Lötverbindungen an dessen Lötanschlüssen befestigt ist. Ein solcher Leiterplattensteckverbinder lässt sich dann auf mehr oder weniger herkömmliche Art mit einem entsprechenden Gegenstecker kontaktieren.
-
Will man allerdings einen der Steckverbinderpaare in einem Gehäuse unterbringen, um z. B. eine Schirmwirkung zwischen der Leiterplatte und dem korrespondierenden Steckverbinder herzustellen, sind aufwendige Schutzmaßnahmen notwendig. In der Regel werden die Kabelzuführungen in geschirmter Ausführung ausgebildet und sind die Steckverbinder mit einer entsprechenden Schirmübergabe auszustatten.
-
Dies ist allerdings kostspielig und in einigen Anwendungsbereichen nicht erwünscht.
-
Es gibt zunehmend Anwendungen, bei denen ein Steckverbinder in einem Gehäuse, insbesondere in einem geschirmten Gehäuse untergebracht ist, wobei die Leiterplatte außerhalb des Gehäuses nachträglich kontaktiert werden muss.
-
Dies rührt teilweise daher, dass unterschiedliche Montagebaugruppen vorgefertigt werden müssen, um zu einem späteren Zeitpunkt außerhalb des abgeschlossenen Gehäuses, mittels einer auf einer Leiterplatte eingebrachten Stecksockel mit einem Steckverbinder innerhalb des geschlossenen Gehäuses zu verbinden.
-
Insbesondere dann, wenn Steckverbinder in ein geschirmtes Steckverbindergehäuse eingebaut werden müssen, treten dabei unterschiedliche Probleme auf. Eines der Probleme besteht darin, die Steckverbinder grundsätzlich miteinander mechanisch und elektrisch in Verbindung zu bringen, daher, dass zwischen dem Stecker und der Leiterplatte ein umschließendes Gehäuse eine elektrische Verbindung nicht zulässt.
-
Bei Anbringen der Steckverbinder in Gehäuseöffnungen treten vornehmlich Toleranzprobleme auf, derart, dass die Toleranzen im Gehäuse nicht auf die Toleranzen in der Leiterplatte abstimmbar sind. Insbesondere bei hochpoligen Steckverbindern führt dies dazu, dass es zu Relativbewegungen zwischen Leiterplatte und Gehäuse kommt und bei Temperaturausdehnungen Spannungen auftreten, die zu Beschädigung der Leiterplatte führen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, vorbesagte Nachteile zu vermeiden und eine Kontaktiervorrichtung bereitzustellen, welche besagte Toleranzprobleme nicht aufweist oder jedenfalls auf ein Minimum reduziert, wobei gleichzeitig ein Anbringen eines der Steckverbinderpaare innerhalb des Gehäuses und des korrespondierenden Leiterplattenpaares außerhalb des (vorzugsweise geschirmten) Gehäuses möglich ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher auch, einen Steckverbinder gemäß dem Oberbegriff bereitzustellen, der kastengünstig zu fertigen ist und einfach zu montieren.
-
Die Erfindung wird durch eine Kontaktiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Dies wird dadurch erzielt, dass die Kontaktstifte des Leiterplattensteckverbinders mit einer Distanzhülse umgeben sind, die wiederum von einem äußeren Ringelement mit einer Auflagefläche und zwar einer Oberkante ausgebildet wird, die auf dem besagte Gehäusewand im montierten Zustand aufliegen kann. Zwischen dem Ringelement und der zentralen Distanzhülse ist ein Ringspalt ausgebildet, in dem Federelemente mit Rastnasen angeordnet sind, wobei die Federelemente senkrecht zur Steckrichtung des Steckverbinders innerhalb des Ringspaltes hin- und her beweglich angeordnet sind.
-
Durch eine besondere Ausgestaltung der Enden der Rastnasen mittels schrägen Rampen, lässt sich somit ein geschirmtes Blech bzw. eine Gehäusewand mit einer entsprechenden Öffnung über den Steckverbinder und damit über die Distanzhülse zu den Federelementen bewegen, derart, dass die ringförmige Öffnung die schrägen Rampen der Federarme derart betätigt, dass diese in Richtung der Distanzhülse einschwenken und die Gehäusewand weiter bis zur Anlage an der Oberkante des Ringelementes geführt werden kann. In dieser Position gleiten die Federelemente in ihre Ausgangsposition zurück und halten die Gehäusewand zwischen der Oberkante des Ringelementes und den Rastelementen der Rastnasen.
-
Erfindungsgemäß kann dadurch bei einem mehrpoligen Steckverbinder eine Gehäusewand mit entsprechender Anzahl von Durchbrüchen in gleicher Weise über den mehrpoligen Steckverbinder geschoben und daran befestigt werden.
-
Mit Vorteil lassen sich im montierten Zustand der mehrpolige Leiterplattensteckverbinder gegenüber der Gehäusewand hin- und her verschieben, derart, dass die (vorzugsweise geschirmte) Gehäusewand spannungsfrei am Steckverbinder montiert werden kann.
-
Erfindungsgemäß werden die Öffnungen in der Gehäusewand derart ausgebildet, dass bei einer theoretisch toleranzfreien Herstellung, bestimmungsgemäß ein Spalt zwischen der Innenkante des Durchbruchs und dem durch die Federarme aufgespannte äußere Ring, gebildet wird.
-
Insofern liegt im nicht ausgelenkten Zustand jeder der Federarme spannungsfrei in seiner Ausgangslage und wird von oben und unten von den entsprechenden Halteelementen, wie zuvor beschrieben, von dem Leiterplattensteckverbinder gehalten. Eine Bewegung in der XY-Ebene (innerhalb der Gehäuseebene) ist dadurch gewährleistet.
-
Mit Vorteil werden die Dimensionen so aufeinander abgestimmt, dass mindestens ein Luftspalt von ca. 1 mm als Ringspalt zwischen den Federarmen und der Öffnung des zweiten Gehäuses gebildet wird.
-
Ein zweiter wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass nicht nur der Leiterplattensteckverbinder spannungsfrei am zweiten Steckverbindergehäuse festgelegt werden muss, sondern zusätzlich im mit der Leiterplatte verbundenen Zustand die Leiterplatte spannungsfrei am Leiterplattensteckverbinder kontaktiert sein muss.
-
Darüber hinaus müssen thermische Ausdehnungen innerhalb der XY-Ebene (der Gehäusewandebene und der Leiterplattenebene) abgefangen werden. Dies geschieht dadurch, dass gegenüber den Stiftkontakten vergrößerten Durchstecköffnungen vorgesehen sind, an denen Buchsenkontaktelemente befestigt sind, die über mehrere, um die Öffnung angeordnete Federkontaktarme verfügen, die die Kontakte umschließen und gleichzeitig eine Bewegung und damit zwei kumulative Freiheitsgrade in der XY-Ebene erlauben.
-
Mit Vorteil werden daher nach oben verlängerte Federarme an den Buchsenkontakten der Leiterplatte ausgebildet, die sich symmetrisch diametral gegenüberstehen und einen Kontaktaufnahmeraum für die Kontaktstifte bilden, wobei die Kontaktstifte von der Unterseite durch die Leiterplatte hindurch durch die Öffnung in der Leiterplatte tauchen können und im Kontaktbereich der Buchsenkontakte mit diesen kontaktieren.
-
Die Leiterplatte lässt sich in diesem Zustand innerhalb der XY-Ebene hin- und her bewegen, ohne dass die Leiterplatte selbst Spannungen zu befürchten hat, wie dies der Fall ist bei mechanischen Einpress- oder Lötverbindungen, die dauerhaft angebracht werden.
-
Ein besonders zweckmäßiges und vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt. Im folgenden ist allerdings nur ein 2-poliger Steckverbinder der Einfachheithalber dargestellt.
-
Grundsätzlich können jeder Art von mehrpoligen oder hochpoligen Steckverbindern auf diese Art und Weise hergestellt werden.
-
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leiterplattensteckverbinders;
-
2 zeigt eine Ober- und Unteransicht der erfindungsgemäßen, korrespondierenden Leiterplatte mit Leiterplattenbuchsenkontakten;
-
3 zeigt einen vormontierten Zustand in perspektivischer Ansicht gemäß 1 und 2;
-
4 zeigt eine zusammengesteckte Kontaktiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
5 zeigt eine Schnittansicht gemäß 4;
-
6 stellt eine Schnittansicht quer durch die zweipolige, erfindungsgemäße Kontaktiervorrichtung dar.
-
1 zeigt ein Teil der erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung 1, nämlich einen zweipoligen Leiterplattensteckverbinder 2. Dieser verfügt über ein Steckverbindergehäuse 3, was in vorteilhafter Ausführungsform als L-förmiges Steckverbindergehäuse, bestehend aus einem ersten Gehäuseabschnitt 30 und einem zweiten Gehäuseabschnitt 31 ausgebildet ist.
-
Im folgenden wird jeder Kontaktkörper des mehrpoligen Leiterplattensteckverbinders 2 der Einfachheithalber isoliert beschrieben, da sich ein mehrpoliger, oder wie vorliegend, zweipoliger Steckverbinder aus einer Vielzahl dieser Einzelelemente zusammensetzt.
-
Der erste Gehäuseabschnitt 30 verfügt in seinem Zentrum über eine Distanzhülse 22, die einen Kontaktstift 20, 21 aufnimmt. Die Kontaktstifte 20, 21 ragen entsprechend der geometrischen Anordnung der erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung 1 entsprechend wett aus den Distanzhülsen 22 heraus.
-
Um die Distanzhülse 22 befindet sich je ein Ringelement 27 unter Bildung eines Ringspaltes 29 zwischen der zylindrischen Distanzhülse 22 und dem im wesentlichen zylindrischen Ringelement 27. Das Ringelement 27 verfügt über eine Oberkante 28 zur Auflage einer Gehäusewand, insbesondere einer zweiten Steckverbindergehäusewand eines zweiten Steckverbindergehäuses 4.
-
Mit Vorteil handelt es sich bei dem zweiten Steckverbindergehäuse 4 um ein Schirmgehäuse bzw. ein Gehäuse mit Schirm.
-
Im Ringspalt 29 angeordnet befinden sich am Boden des ersten Gehäuseabschnittes 30 mehrere ringförmig umlaufende Federarme 23. Die Federarme 23 verfügen über Federarmaußenseiten 23a, die in Richtung der Innenseite des Ringelementes 27 weisen. Am Ende der Federarme 23 befinden sich Haltenasen 24, die mit schrägen Rampen 25 ausgestattet sind. Die schrägen Rampen verlaufen mit ihrer Schräge von außen unten nach innen oben. Die Haltenasen 24 verfügen darüber hinaus über eine untere Rastfläche 26, die als Gegenlager zur Oberkante 28 des Ringelementes 27 unter Bildung eines Halteabschnittes 8 für das zweite Gehäuse 4 ausgebildet ist, wie in 5 ersichtlich.
-
Die Federarme 23 können von ihrer, wie in 1 gezeigten Ausgangsstellung, in Richtung der Distanzhülse 22 mit ihren Federarminnenseiten 23b ausgelenkt werden. Hierdurch entsteht am oberen Ende aller Federarme 23 ein sich verkleinernder umlaufender Ringabschnitt derart, dass ein zweites Steckverbindergehäuse 4 über die ringförmig angeordneten Haltenasen 24 der Federarme 23 geschoben werden kann. Dabei rutscht jede Gehäuseöffnung 41 des zweiten Steckverbindergehäuses 4 über die schrägen Rampen 25 der Haltenasen bis in eine Position, bei der die Unterseite 43 des zweiten Steckverbindergehäuses 4 auf der Oberkante 28 des Ringelementes 27 auflagert und die Federarme 23 in ihre Ausgangsstellung zurückschwenken können.
-
Dabei übergreifen die Rastflächen 26 der Haltenasen 24 die Oberseite 42 des zweiten Gehäuses 4 die Gehäuseöffnung 41 ist in ihrer Geometrie dabei so dimensioniert, dass zwischen der Federarmaußenseite 23a der Federarme 23 ein Luftspalt zur Innenkante 45 der Gehäuseöffnung 41 gebildet wird.
-
Die vom zweiten Steckverbindergehäuse 4 und der dazu parallel anzuordnenden Leiterplatte 5 definierte Montageebene wird als XY-Ebene im folgende bezeichnet.
-
Durch die zuvor beschriebene Montage des zweiten Steckverbindergehäuses 4 mit dem Leiterplattensteckverbinder 2 wird ermöglicht, dass der Leiterplattensteckverbinder 2 bzw. das zweite Steckverbindergehäuse 4 gegenüber diesem in der XY-Ebene hin- und her bewegbar ”schwimmend” gelagert.
-
Der Spalt zwischen der Innenkante 45 der Gehäuseöffnung 41 des zweiten Steckverbindergehäuses 4 wird im folgenden als Luftspalt X bezeichnet.
-
2 zeigt eine Leiterplatte 5 der erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung 1. Einmal links in einer Untenansicht und einem recht in einer Oberansicht.
-
In der Leiterplatte 5 befinden sich Kontaktbuchsen 6 mit vier nach oben ragenden, im wesentlichen als S-förmig ausgebildete Federarme 60 befinden, die an einer Basisplatte 63 mit der Leiterplatte 5 verbunden sind. In der Basisplatte 63 befindet sich in deren Zentrum eine Durchdringöffnung 61, die in ihrer Lage oberhalb einer Leiterplattenöffnung 50 angeordnet ist, dadurch, dass die Leiterplattenöffnung 50 und die Durchdringöffnung 61 mit ihrem Zentrum in Deckung gebracht sind, lässt sich von hinten (von unten) durch die Öffnungen hindurch die Leiterplatte 5 auf die korrespondierende Kontaktstifte 20, 21 aufstecken und mit dieser elektrisch und mechanisch verbinden.
-
Jeweils zwei der vier Federarme 60 stehen sich dabei diametral gegenüber und verfügen kurz vor ihren Enden über Kontaktkuppen 62. Zwischen den jeweils vier an einer Basisplatte 63 angeordneten Federarme 60 wird durch den Bereich innerhalb er Kontaktkuppen 62 einen Kontaktierbereich 64 zum Kontaktieren mit den Kontakten 20, 21 ausgebildet. Die Basisplatte 63 ist mit ihren Leiterplattenanschlüssen 65 an der Leiterplatte 5 befestigt.
-
Mit Vorteil sind die Kontaktbuchsen 6 als Stanz-Biegeteil hergestellt. Durch Anpassung der Länge der Federarme und des Durchmessers der Öffnungen 50, 61, lässt sich die ”schwimmende” Beweglichkeit der Leiterplatte 5 einstellen bzw. auf die entsprechenden Anforderungen anpassen.
-
Ähnlich wie zuvor beschrieben, wird hierdurch erfindungsgemäß ermöglicht, dass die Leiterplatte 5 frei von Spannungen bei thermischen oder mechanischen Schwankungen bleibt, insbesondere bei zusätzlichem Auftreten von Lagetoleranzen bei mehrpoligen Steckverbindern. Die Leiterplatte lässt sich in folge dessen außerhalb eines Steckverbindergehäuses 4 mit dem Leiterplattensteckverbinder 2 montieren, wobei Toleranzabweichungen sowie thermische Längenänderungen durch die Federarme 60 der Kontaktbuchsen 6 und die Spalten 44 und 46 abgefangen werden.
-
Zwischen der Innenkante 66 der Kontaktbuchsen 6 und der Außenkante der Kontakte 20, 21 ist ein Luftspalt Y gebildet.
-
In folge der erfindungsgemäßen Ausführung wird hierdurch eine sozusagen zweifach schwimmende Kontaktiervorrichtung ausgebildet, bei der sowohl das zweite Steckverbindergehäuse 4 schwimmend gegenüber dem Leiterplattensteckverbinder 2 angeordnet ist und gleichzeitig davon entkoppelt die Leiterplatte 5 schwimmend am Leiterplattensteckverbinder 2 angeordnet ist.
-
Wie in 3 und 4 ersichtlich, sieht man in 3 eine Vormontageposition und in 4 eine Endmontageposition, bei dem die Leiterplatte 5 auf der Oberkante der Distanzhülse 22 aufliegt.
-
Hierdurch wird ermöglicht, dass eine lösbare Leiterplattenmontage mit einem in einem Gehäuse befindlichen Steckverbinder erfolgen kann.
-
Mit Vorteil verfügt der zweite Steckverbinderabschnitt 31 und der erste Steckverbinderabschnitt 30 über eine gemeinsame Gehäuseauflagefläche 32, an der eine Codiernut 33 angeordnet ist. Hierdurch lässt sich mit Vorteil eine einfachere Montage bewerkstelligen.
-
In 5 und 6 sind Schnittansichten dargestellt, die die schwimmende Lagerung der Kontaktiervorrichtung 1 näher darstellen.
-
Deutlich gezeigt ist der Luftspalt X zwischen dem zweiten Steckverbindergehäuse 4 und der Federarmaußenseite 23a je zweier Federarme.
-
In der 5 sind jeweils zwei der Federarme so dargestellt, dass sie einmal in der zur Distanzhülse 22 ausgelenkten Stellung und in der nichtausgelenkten Stellung (Haltestellung) dargestellt sind. In der Haltstellung liegt das zweite Steckverbindergehäuse 4 im Halteabschnitt 8, gehalten von jeweils den Haltenasen 24 mit ihrer unteren Rastfläche 26 und als Gegenlager durch die Oberkante 28 des Ringelementes 27.
-
Die Leiterplatte hat zwischen der Innenkante der Leiterplattenöffnung 50 und der Innenkante 66 der Kontaktbuchse 6 einen Luftspalt Y, gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 46, ausgebildet als Ringspalt.
-
Die Breite des Ringspaltes Y bestimmt die Verschiebemöglichkeit der Leiterplatte in XY-Richtung (die schwimmende Verlegung der Leiterplatte 5).
-
6 zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kontaktiervorrichtung 1, wobei die Schnittlinie A-A die Schnittebene durch 5 bezeichnet.
-
Mit Vorteil ist die Gehäusewand des zweiten Steckverbindergehäuses 4 als Gehäuseschirm 40 ausgebildet. Alternativ kann es sich bei der zweiten Steckverbindergehäusewand 4 auch um eine Schirmtrennwand handeln.
