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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte und ein elektronisches Gerät mit einer solchen Leiterplatte, insbesondere ein elektronisches Gerät, welches ein Gehäuse, das in seinem Inneren eine Kammer aufweist, mindestens eine solche Leiterplatte und einen elektrischen Leiter umfasst, wobei die Leiterplatte in der Kammer angeordnet und zumindest teilweise mit einer Vergussmasse vergossen ist, und wobei der elektrische Leiter von einem von der Leiterplatte beabstandeten, ersten Endabschnitt zu einem Anschlusspunkt der Leiterplatte verläuft, und diesen mit einem zweiten Endabschnitt kontaktiert.
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Es hat sich gezeigt, dass die thermische Ausdehnung von der Vergussmasse zu solchen Kräften auf die Leiterplatte führen können, dass die resultierenden Bewegungen der Leiterplatte zu einem Reißen der elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und dem Anschlusspunkt der Leiterplatte führen können. Um dem zu begegnen offenbart das europäische Patent
EP 1 658 7560 B1 ein elektronisches Gerät, in dessen Gehäuse eine Schale mit einem zumindest abschnittsweise flexiblen Boden eingesetzt ist. Eine Ausdehnung der Vergussmasse wird damit – zumindest anteilig – durch eine Auslenkung des flexiblen Bodens ausgeglichen, so dass die Bewegung der Leiterplatte erheblich reduziert ist. Hierdurch wird die Gefahr eines Abrisses des elektrischen Kontakts zwischen dem elektrischen Leiter und dem Anschlusspunkt des Leiters erheblich verringert. Dieses Konzept weist jedoch den Nachteil auf, dass zwischen dem Boden der Schale und einer Wand der Kammer ein Volumen vorgehalten werden muss, in das die Auslenkung des Bodens erfolgen kann. Zudem ist die Schale ein zusätzliches Teil, welches extra Kosten verursacht.
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Weiterhin offenbart die noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
DE 10 2010 039 277 eine Leiterplatte, die freigeschnittene, flexible Zungen aufweisen, auf denen die Anschlusspunkte angeordnet sind. Dies geht jedoch mit Einschränkungen für die Nutzung der – ggf. mehrlagigen – Leiterbahnstrukturen im Bereich der freigeschnittenen Zungen ein her. Insoweit wird für eine gegebene Schaltungstopologie durch die Zungen der Flächenbedarf erhöht, was sich im Extremfall nicht nur in Mehrkosten aufgrund der größeren Leiterplattenfläche sondern auch aufgrund eines entsprechend erhöhten Bedarfs an Gehäusefläche bzw. -volumen auswirkt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Leiterplatte gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und das elektronische Gerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 11.
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Die erfindungsgemäße Leiterplatte umfasst einen Plattenkörper; elektrische Leiterbahnen; und mindestens einen Trägerkörper, wobei der Plattenkörper der einen elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist, wobei sich mindestens eine durchgehende Bohrung, durch den Plattenkörper erstreckt, wobei die Leiterbahnen in dem Plattenkörper bzw. an dessen Oberfläche verlaufen, wobei der Trägerkörper, der an dem Leiterplattenkörper oder einer Leiterbahn befestigt ist, und der einen elektrischen Anschlusspunkt mit der Bohrung und axial beabstandet zum Leiterplattenkörper trägt, wobei der Trägerkörper in der axialen Richtung der Bohrung verformbar ist, so dass der Abstand des Anschlusspunkts zur Leiterplatte veränderlich ist, wobei der Anschlusspunkt im elektrischen Kontakt mit einer Leiterbahn steht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Anschlusspunkt eine mit der Bohrung fluchtende Öffnung auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen metallischen Werkstoff auf, wobei der elektrische Kontakt zwischen dem Anschlusspunkt und der Leiterbahn durch den Trägerkörper verläuft.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen elastischen Werkstoff auf.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper eine Auflagefläche auf, welche zumindest teilweise die Bohrung durch die Leiterplatte umgibt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Trägerkörper mit seiner Auflagefläche an dem Plattenkörper bzw. der Leiterbahn befestigt, insbesondere verlötet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper einen Federkörper mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel auf, wobei zumindest ein Endabschnitt des ersten Schenkels gegen einen Endabschnitt des zweiten Schenkels auslenkbar ist, wobei der erste Endabschnitt den Anschlusspunkt aufweist, und wobei der zweite Endabschnitt eine Auflagefläche umfasst, die an dem Plattenkörper bzw. einer Leiterbahn befestigt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper eine u-förmige Bügelfeder auf, die ein Blechteil aufweist, wobei der zweite Schenkel in seinem Endabschnitt eine Öffnung aufweist, wobei die Öffnung im Endabschnitt des zweiten Schenkels von der Auflagefläche umgeben und mit der Bohrung fluchtend positioniert ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper eine u-förmige Bügelfeder auf, die ein Blechteil aufweist, wobei der zweite Schenkel in seinem Endabschnitt eine Auflagefläche aufweist, von der sich mindestens ein Vorsprung senkrecht zur Ebene der Auflagefläche in die vom ersten Schenkel abgewandte Richtung erstreckt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine Vorsprung, der sich von der Auflagefläche erstreckt, in einem Bereich der Auflagefläche mit dieser verbunden, der außerhalb einer senkrechten Projektion des ersten Schenkels auf die Ebene der Auflagefläche liegt.
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Das Blechteil der Bügelfeder kann insbesondere als Stanzblechteil oder gefertigt oder mittels eines Lasers geschnitten werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trägerkörper eine axial flexible, im wesentlichen rotationssymmetrische Feder, insbesondere eine Schraubenfeder oder Tellerfeder auf, die axial fluchtend mit der Bohrung angeordnet ist, wobei ein erster axialer Endabschnitt der Feder den Anschlusspunkt aufweist, und wobei ein von dem ersten axialen Endabschnitt abgewandter, zweiter axialer Endabschnitt der Feder an dem Plattenkörper bzw. einer Leiterbahn befestigt ist.
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Das erfindungsgemäße elektronisches Gerät, umfasst eine erfindungsgemäße Leiterplatte und ein Gehäuse, das in seinem Inneren mindestens eine Kammer aufweist, die von mindestens einer Wand begrenzt ist; und mindestens einen elektrischen Anschlussleiter; wobei die Leiterplatte in der Kammer angeordnet ist, wobei zumindest ein Volumen zwischen einer ersten Seite der Leiterplatte und der mindestens einen Wand der Kammer zumindest teilweise mit Vergussmasse gefüllt ist, wobei die Vergussmasse die Leiterplatte und die Wand berührt; und wobei der elektrische Anschlussleiter sich von einem von der Leiterplatte beabstandeten, ersten Anschlussleiterendabschnitt zu einem zweiten Anschlussleiterendabschnitt erstreckt, wobei der zweite Anschlussleiterendabschnitt einen Anschlusspunkt der Leiterplatte kontaktiert; wobei erfindungsgemäß der elektrische Anschlussleiter von der ersten Seite der Leiterplatte durch Bohrung durch den Plattenkörper zur zweiten Seite des Plattenkörpers verläuft, wobei der Trägerkörper auf der zweiten Seite des Plattenkörpers angeordnet ist, wobei der von dem zweiten Anschlussleiterendabschnitt kontaktierte Anschlusspunkt jener Anschlusspunkt ist, den der Trägerkörper aufweist, und wobei der zweite Anschlussleiterendabschnitt an dem Anschlusspunkt befestigt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Leiterplatte auf beiden Seiten zumindest teilweise von einer Vergussmasse bedeckt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Anschlussleiter einen Kontaktstift, der im wesentlichen in axialer Richtung der Bohrung durch die Leiterplatte verläuft.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kontaktstift mit der Gehäusewand starr verbunden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Kontaktstift im Bereich des zweiten Anschlussleiterendabschnitts einen ersten Radius und in einem daran anschließenden, Rumpfabschnitt einen zweiten Radius auf, wobei der zweite Radius größer ist als der Radius der Bohrung durch den Plattenkörper, so dass eine Übergangsfläche zwischen dem ersten Radius und dem zweiten Radius auf der ersten Seite der Leiterplatte einen axialen Anschlag für die Leiterplatte bildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das elektronische Gerät ein Messgerät zum Erfassen einer Messgröße, insbesondere einer Messgröße der industriellen Prozessmesstechnik, beispielsweise Druck, Füllstand, Temperatur, Durchfluss, Dichte, Feuchte Zähigkeit, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Trübung, Sauerstoffgehalt, Inhalt eines Analyten oder analytische Summenparameter, insbesondere TOC.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung genügen die in der Kammer eingeschlossenen Komponenten der Zündschutzart ex-d und/oder ex-i.
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Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigt:
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1: einen Teillängsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektronischen Gerätes;
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2: eine Aufsicht auf ein Blechteil, als Ausgangsform eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktfeder;
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3a: eine Aufsicht auf ein Blechteil, als Ausgangsform eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktfeder;
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3b: eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kontaktfeder; und
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4: einen Teillängsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst eine Leiterplatte 10, welche einen Leiterplattenkörper 11, und – hier nicht dargestellte – Leiterbahnen aufweist. Der Plattenkörper 11 weist insbesondere einen Kunststoff bzw. Glasfaserverstärkten Kunststoff auf. Zur Kontaktierung einer Leiterbahn seitens eines separaten Anschlussleiters, weist die Leiterplatte 10 eine durchgehende Bohrung 12 auf, deren axiale Richtung im wesentlichen mit der Oberflächennormalen des Leiterplattenkörpers 11 fluchtet. Um die Bohrung herum ist – im Bild auf der Oberseite der Leiterplatte – eine ringförmige Kontaktfläche der zu kontaktierende Leiterbahn angeordnet. Die Leiterplatte ist 10 ist ansonsten mit analogen bzw. digitalen Schaltungskomponenten 16 bestückt.
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Die Leiterplatte 10 weist weiterhin eine u-förmige Kontaktfeder 20 als Trägerkörper mit einem ersten Schenkel 22 und einem zweiten Schenkel 24 auf, wobei der erste Schenkel 24 an seinem freien Ende einen ringförmigen Anschlusspunkt 26 und der zweite Schenkel an seinem freien Ende 24 eine ringförmige Auflagefläche 28 aufweist. Die Kontaktfeder ist insbesondere als ein gebogenes Stanzblechteil gefertigt, wobei die gestanzte Form vor dem Biegen der U-Form in 2 dargestellt ist. Die ringförmige Auflagefläche 28 ist fluchtend mit der Bohrung 12 positioniert und mit der ringförmigen Kontaktfläche verlötet.
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Das elektronische Gerät umfasst weiterhin ein Gehäuse 30 mit einem zumindest abschnittsweise zylindrischen Gehäusekörper 31 in dessen Inneren eine Kammer 32 gebildet ist die mit einem Schraubdeckel 33 verschlossen ist. Die Kammer 32 ist durch eine Wand 34 begrenzt wobei die Leiterplatte 10 in der Kammer 32 angeordnet und im wesentlichen parallel zur Wand 34 orientiert ist. Durch die Wand 34 führt fluchtend mit der Bohrung 12 ein Kontaktstift 36 welcher in der Wand 34 mittels einer Glasdurchführung 38 befestigt ist. Der Kontaktstift 36 erstreckt sich mit einem Endabschnitt durch die Bohrung 12, durch die ringförmige Auflagefläche 28 und durch die ringförmige Anschlussfläche 26, wobei er an letzterer durch Löten befestigt ist.
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Zumindest das Volumen zwischen der Leiterplatte 10 und der Wand 34 ist mit einer Vergussmasse 40 gefüllt, so dass die Leiterplatte 10 bei einer thermischen Ausdehnung der Vergussmasse 40 von der Wand 34 weg geschoben wird. Hierdurch entsteht eine Zugspannung auf den Kontaktstift 36, die aber dadurch begrenzt wird, dass die Anschlussfläche 26 der Kontaktfeder 20 der aus der Perspektive der Leiterplatte erfolgenden Verschiebung des Kontaktstifts 36 folgen kann. Der Kontakt zwischen der Anschlussfläche 26 und dem Kontaktstift 36 reißt daher nicht ab. Dies gilt auch dann, wenn die Leiterplatte 10 vollständig vergossen und das Volumen zwischen den Schenkeln der Kontaktfeder mit der Vergussmasse gefüllt ist, denn eine Auslenkung der Kontkaktfeder erfordert lediglich eine Kompression bzw. Verschiebung der zwischen den Schenkeln der Kontaktfeder 20 eingeschlossenen Vergussmasse.
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Die in 3a und 3b gezeigte Bügelfeder 120 zeigt eine Abwandlung zur Bügelfeder aus 2. Die abgewandelte Bügelfeder ist insbesondere zur automatischen Bestückung geeignet. Die Bügelfeder 120 umfasst einen ersten Schenkel 122 und einen zweiten Schenkel 124, wobei der erste Schenkel 122 in seinem Endabschnitt eine ringförmige Anschlussfläche 126 aufweist, an der – wie im Zusammenhang des vorigen Beispiels diskutiert – ein Endabschnitt eines Konaktstifts beispielsweise mittels Löten zu befestigen ist. Der zweite Schenkel 124, welcher kürzer ist als der erste Schenkel 122, weist in seinem Endabschnitt eine seitlich vorstehende Auflagefläche 128 auf. Die Auflagefläche 128 umfasst eine Öffnung 129, durch welche Lot fließen kann, um die Auflagefläche im galvanischen Kontakt mit einer Leiterbahn zu befestigen. Von der Auflagefläche 128 erstrecken sich aus der Ebene der Auflagefläche gebogene Vorsprünge 130, 131, die dazu vorgesehen sind, in komplementäre Bohrungen im Leiterplattenkörper, im Klemmsitz eingesteckt zu werden. Die Auflagefläche 128 weist neben der Bohrung 129 eine Hinreichend große Fläche auf, dass daie Bügelfeder 120 mittels eines Saugwerkzeugs gegriffen und auf einem Leiterplattenkörper montiert werden kann. Damit ist die Bügelfeder 120 insbesondere zur automatischen Bestückung einer Leiterplatte geeignet.
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Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine andere Gestaltung der Kontaktfeder 60, welche hier eine metallische Schraubenfeder 62 und zwei stirnseitige metallische Ringscheiben 64, 66 aufweist, wobei die Ringscheiben mit der Schraubenfeder verschweißt ist. Die Schraubenfeder 62 ist mit den Ringscheiben 64, 66 verlötet oder verschweißt. Eine erste Ringscheibe 64 an der dem Leiterplattenkörper 11 abgewandten Stirnseite der Schraubenfeder 62 weist eine ringförmige Anschlussfläche auf, welche mit einem durch eine Bohrung durch den Leiterplattenkörper geführten Kontaktstift verlötet oder verschweißt ist. Eine zweite Ringscheibe 66 an der dem Leiterplattenkörper 11 zugewandten Stirnseite der Schraubenfeder 62 weist eine ringförmige Auflagefläche auf, mit welcher sich die Kontaktfeder 60 an dem Leiterplattenkörper bzw. einer Leiterbahn abstützt, wobei die zweite Ringscheibe 64 mit einer Leiterbahn, an welche der Kontaktstift 36 anzuschließen ist, in galvanischem Kontakt steht. Hierzu kann die Leiterbahn eine ringförmige Kontaktfläche aufweisen, welche die Bohrung durch den Leiterplattenkörper an der kontaktfederseitigen Oberfläche des Leiterplattenkörpers umgibt, wobei die zweite Ringscheibe 64 mit der ringförmigen Kontaktfläche verlötet ist. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann die Anschlussfläche der Kontaktfeder hier eine axiale Relativbewegung zwischen dem Kontaktstift 36 und dem Leiterplattenkörper ausgleichen.
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Bei beiden beschriebenen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn die Öffnung in der Auflagefläche einen größeren Durchmesser aufweist, als die Öffnung in der Anschlussfläche, damit sich der Kontaktstift mit hinreichendem Spiel bezüglich der Auflagefläche bewegen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 16587560 B1 [0002]
- DE 102010039277 [0003]
