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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Direktsteckelement mit einem Steckergehäuse und einem Direktkontakt für eine Direktkontaktierung von freiliegenden Kontaktbereichen an einem Gegenstück, beispielsweise einer Leiterplatte, sowie eine elektrische Anordnung mit einem derartigen Direktsteckelement.
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In jüngster Zeit werden vermehrt Direktsteckkontakte verwendet, bei denen ein Direktsteckelement unmittelbar auf ein Gegenstück, wie z. B. eine Leiterplatte oder ein Stanzgitter oder Substrat gesteckt wird. Insbesondere bei der Verwendung im Fahrzeugbereich ergeben sich jedoch erhöhte Anforderungen hinsichtlich einer Robustheit und Kontaktsicherheit derartiger Direktsteckverbindungen. Ein wesentlicher Problemkreis bei Direktkontaktierungen liegt darin, dass üblicherweise die Direktsteckelemente von vorne auf die Kontaktbereiche an der Leiterplatte aufgeschoben werden, wobei scharfkantige Leiterplattenkanten bzw. Kontaktbereiche zu Beschädigungen des Direktkontakts während des Steckvorgangs führen. Dies resultiert aus einer auf die Kontaktbereiche der Leiterplatte einwirkenden Anpresskraft, die durch zusätzliche Federelemente des Direktkontakts beim Steckvorgang auf die Leiterplatte aufgebaut werden. Folglich werden Oberflächen der Direktkontakte und der Kontaktflächen an der Leiterplatte abgerieben und verschleißen bei mehreren Steckvorgängen deutlich, sodass Schädigungen bzw. Funktionsstörungen der elektrischen Anordnung eintreten können.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Direktsteckelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass beim Aufstecken bzw. Entfernen des Direktsteckelements keine auf den Kontaktbereich wirkende Anpresskraft während der Schiebebewegung des Steckvorgangs auftritt. Hierdurch können Verschleißerscheinungen an Direktkontakten des Direktsteckelements sowie Kontaktbereichen einer Leiterplatte signifikant reduziert werden. Somit kann erfindungsgemäß das Direktsteckelement problemlos mehrfach von der Leiterplatte getrennt und wieder aufgesteckt werden. Hierdurch ergibt sich ein weiterer Vorteil, dass dünnere Schutzschichten, welche üblicherweise aus Gold sind, auf den Kontaktflächen an den Kontaktbereichen bzw. den Direktkontakten verwendet werden können. Hieraus resultieren drastische Kosteneinsparungen. Zudem bewirkt der Direktkontakt selbst die Anpresskraft auf den Kontaktbereich, so dass keine zusätzlichen Federelemente erforderlich sind und sich die Anzahl der erforderlichen Bauteile somit reduziert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Direktsteckelement ein Steckergehäuse sowie einen Direktkontakt umfasst, welcher für eine Direktkontaktierung mit einem freiliegenden Kontaktbereich eingerichtet ist. Der Direktkontakt ist einstückig und U-förmig mit einem Kontaktlamellenbereich und einem Anpressfederbereich ausgebildet. Hierbei ist ein Kontaktpunkt am Kontaktlamellenbereich in Steckrichtung versetzt zu einem Anpresspunkt am Anpressfederbereich angeordnet.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontaktpunkt in Steckrichtung vor dem Anpresspunkt angeordnet. Dadurch wird die Anpresskraft des Direktkontakts auf die Trägerplatte erst mit Erreichen des Anpresspunkts erzeugt, sodass der Kontaktbereich der Leiterplatte den Kontaktlamellenbereich beim Steckvorgang im Wesentlichen normalkraftfrei passieren kann. Das Versatzmaß zwischen dem Kontaktpunkt und dem Anpresspunkt stellt eine normalkraftfreie Überdeckung zwischen dem Kontaktpunkt und dem Kontaktbereich der Leiterplatte sicher.
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Besonders bevorzugt ist der Direktkontakt am Steckergehäuse beweglich gelagert. Dadurch kann der Direktkontakt der Leiterplatte beim Steckvorgang durch eine Schwenkbewegung ausweichen, bis der Anpressfederbereich erreicht ist. Somit entsteht im Wesentlichen keine Beanspruchung am Kontaktlamellenbereich vor dem Kontaktpunkt des Direktkontakts, sodass der Kontaktpunkt den Kontaktbereich der Leiterplatte kraftfrei erreichen kann.
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Weiterhin bevorzugt sind mehrere Direktkontakte parallel nebeneinander im Steckergehäuse angeordnet. Dadurch wird eine sehr einfache und kompakte Bauform mit minimaler Baulänge des Direktsteckelements realisiert.
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Vorzugsweise weist das Steckergehäuse zumindest einen Führungsbereich auf, der mit einem Gegenstück, z. B. einer Leiterplatte, in Kontakt bringbar ist, wobei der Führungsbereich in Steckrichtung vor dem Kontaktpunkt angeordnet ist. Hierbei ragt eine Stirnseite des Führungsbereichs senkrecht zur Steckrichtung mindestens gleich weit oder weiter als der Kontaktpunkt des Kontaktlamellenbereichs vor. Somit kann der Kontaktbereich der Leiterplatte tangential und somit kraftfrei bis zum Kontaktpunkt eingeführt werden. Der Führungsbereich taucht dann in eine dafür vorgesehene Ausnehmung bzw. Öffnung in der Leiterplatte ein und sichert das Direktsteckelement, so dass ein kontinuierlich betriebssicherer Direktkontakt gewährleistet ist. Erst nach dem Eintauchen kommt der Kontaktlamellenbereich mit dem freiliegenden Kontaktbereich in Kontakt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungsbereiche seitlich am Steckergehäuse angeordnet. Dadurch kann insbesondere bei einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten Direktkontakten eine platzsparende Anordnung realisiert werden. Ferner sind unabhängig von der Anzahl der Direktkontakte lediglich zwei Ausnehmungen/Öffnungen in der Leiterplatte für die Führungsbereiche des Steckergehäuses erforderlich, die zudem das Öffnen wesentlich vereinfachen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Direktsteckelement und einem Gegenstück mit zumindest einem freiliegenden Kontaktbereich. Hierbei kontaktiert jeweils einer der Direktkontakte einen der Kontaktbereiche, die von einer Trägerplattenkante unterschiedlich weit beabstandet sind. Die Erfindung wird vorzugsweise im Automotivebereich, z. B. bei Kabelbäumen von Fahrzeugen, verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer elektrischen Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Direktsteckelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2A, 2B, 2C schematische Schnittansichten einer elektrischen Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Direktsteckelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche den Steckvorgang verdeutlichen,
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3A, 3B, 3C eine schematische Schnittansichten einer elektrischen Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Direktsteckelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche den Steckvorgang verdeutlichen, und
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4 eine schematische Draufsicht der elektrischen Anordnung von 3.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine elektrische Anordnung 1 mit einem ein Direktsteckelement 2 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die elektrische Anordnung 1 ein Direktsteckelement 2 und ein Gegenstück 4, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine einstückig ausgebildete Leiterplatte ist. Das Gegenstück 4 weist ferner einen Kontaktbereich 40 auf, der freiliegend an einer ersten Flachseite 41 angeordnet ist. Der Kontaktbereich 40 weist hierbei relativ zu einer Steckrichtung S eine Länge L auf und ist mit einem Abstand A von einer Stirnseite 43 des Gegenstücks 4 angeordnet.
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Das Direktsteckelement 2 umfasst ein im Wesentlichen einstückig ausgebildetes Steckergehäuse 6 mit einer dem aufzunehmenden Gegenstück 4 zugewandten Öffnung 61 und einen Direktkontakt 3. Der Direktkontakt 3 ist im Steckergehäuse 6 starr befestigt und an eine Leitung 5, z. B. mittels Crimpen, angebunden, die aus dem Steckergehäuse 6 herausgeführt ist.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, ist der Direktkontakt 3 einstückig und U-förmig ausgebildet und weist einen Kontaktlamellenbereich 31, der senkrecht zur Steckrichtung S der ersten Flachseite 41 des Gegenstücks 4 zugewandt ist, und einen gegenüberliegend angeordneten Anpressfederbereich 32 auf, der einer zweiten Flachseite 42 des Gegenstücks 4 zugewandt ist.
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Der Kontaktlamellenbereich 31 ist bogenförmig ausgebildet und ragt senkrecht zur Steckrichtung S in die Öffnung 61 des Steckergehäuses 6 derart vor, dass ein Scheitelpunkt einen Kontaktpunkt 33 für einen Kontakt mit dem Kontaktbereich 40 definiert. Der Scheitelpunkt des ebenfalls bogenförmig ausgebildeten Anpressfederbereichs 32 definiert einen Anpresspunkt 34, der in Steckrichtung S mit einem Maß X versetzt zum Kontaktpunkt 33 und in einem Abstand Y von einer hinteren Stirnwand 62 der Öffnung 61 angeordnet ist.
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Beim Einstecken des Gegenstücks 4 kontaktiert der Kontaktbereich 40 aufgrund dieser Anordnung zuerst den Kontaktpunkt 33 am Kontaktlamellenbereich 31 in tangentialer Richtung. Hierbei wirkt keine Kontaktkraft senkrecht zur Steckrichtung S, da eine Höhe H der Öffnung größer als eine Dicke D des Gegenstücks 4 bemessen ist. Erst wenn die Stirnseite 43 des Gegenstücks 4 den Anpressfederbereich 32 erreicht, wird senkrecht zur Steckrichtung S am Anpresspunkt 34 sowie am Kontaktpunkt 33 jeweils eine durch Pfeile F1 und F2 gekennzeichnete Federkraft aufgebaut. Hierbei sind das Maß X und der Abstand Y des Direktkontakts 3 vorzugsweise so bemessen, dass deren Summe dem Abstand A sowie der halben Länge L des Kontaktbereichs 40 am Gegenstück 4 entspricht (X + Y = A + L/2). Dadurch liegt im gestecktem Zustand der Kontaktlamellenbereich 31 ungefähr in der Mitte des freiliegenden Kontaktbereichs 40.
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Bei der beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung ist es somit möglich, eine im Wesentlichen normalkraftfreie Kontaktierung des Direktkontakts 2 mit dem Kontaktbereich 40 herzustellen, die Beschädigungen am Kontaktlamellenbereich 31 aufgrund scharfer Kanten am Gegenstück 4 bzw. am Kontaktbereich 40 beim Steckvorgang verhindert. Zudem sind keine zusätzlichen Federelemente erforderlich, da die Kontaktkraft durch den Direktkontakt 3 selbst erzeugt wird.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 2 eine elektrische Anordnung mit einem Direktsteckelement 2 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der Direktkontakt 3 im Direktsteckelement 2 des zweiten Ausführungsbeispiels im Steckergehäuse 6, wie in 2A durch einen Doppelpfeil P veranschaulicht, beweglich gelagert.
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Hierdurch kann der Direktkontakt 3, wie in 2B dargestellt, eine Schwenkbewegung in Richtung eines Pfeils P1 ausführen, wenn der Kontaktbereich 40 beim Einsteckvorgang in die Öffnung 61 des Steckergehäuses 6 den Kontaktlamellenbereich 31 kontaktiert. Durch diese Schwenkbewegung weicht der Direktkontakt 3 dem Gegenstück 4 aus, sodass keine Normalkraft zwischen dem Kontaktpunkt 33 und dem Kontaktbereich 40 wirksam ist, bis die Stirnseite 43 des Gegenstücks 4 den Anpressfederbereich 32 erreicht hat.
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Wie in 2C dargestellt, wird beim vollständigen Aufstecken bzw. Einstecken des Gegenstücks 4 der Anpressfederbereich 32 entgegengesetzt zur Kraft F2 senkrecht zur Steckrichtung S gegen das Steckergehäuse 6 gedrückt. Daraus resultiert eine Schwenkbewegung des Direktkontakts 3 in Richtung eines Pfeils P2 und die gleiche in Pfeilrichtung entgegengesetzte Kraft F1 wird am Kontaktpunkt 33 des Kontaktlamellenbereichs 31 zur Direktkontaktierung mit dem Kontaktbereich 40 erzeugt.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform ist es somit möglich, Beschädigungen des Kontaktlamellenbereichs 31 durch die Schwenk- bzw. Ausweichbewegung des Direktkontakts 3 noch wirksamer zu verhindern. Zudem können dadurch geringe Winkelabweichungen bezüglich der Steckrichtung S beim Einstecken des Gegenstücks 4 ausgeglichen werden.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 3A bis 3C und 4 eine elektrische Anordnung mit einem Direktsteckelement 2 gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche oder funktional gleiche Bauteile sind hier mit denselben Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Im Gegensatz zum zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weist das Gegenstück 4, wie in 3A veranschaulicht, eine Ausnehmung 42 auf, die in der Steckrichtung S auf Höhe des Kontaktbereichs 40 angeordnet ist. Ferner ist im Steckergehäuse 6 des Direktsteckelements 2 ein Führungsbereich 60 vorgesehen, der an der der ersten Flachseite 41 des Gegenstücks 4 zugewandten Stirnseite 63 der Öffnung 61 angeordnet ist. Ein Endabschnitt 64 des Führungsbereichs 60 ragt hierbei vorzugsweise zumindest gleichweit, vorzugsweise weiter, in die Öffnung 61 vor wie der Kontaktpunkt 33 des Kontaktlamellenbereichs 31. Dadurch kann der Kontaktbereich 40 des Gegenstücks 4, wie aus 3B ersichtlich ist, den Kontaktlamellenbereich 31 beim Steckvorgang im Bereich des Versatzes X tangential und normalkraftfrei passieren, ohne dass am Kontaktlamellenbereich 31 eine durch den Anpressfederbereich 32 erzeugte Anpresskraft wirksam wird.
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Bei vollständig eingestecktem Gegenstück 4 wird, wie aus 3C ersichtlich ist, der Führungsbereich 40 aufgrund der durch die Kräfte F1, F2 am Kontaktlamellenbereich 31 und Anpressfederbereich 32 des Direktkontakts 3 erzeugten Spannung in die Ausnehmung 42 gedrückt und das Steckergehäuse 6 mit dem Gegenstück 4 verrastet.
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Wie in der Draufsicht von 4 veranschaulicht, ist jeweils eine Ausnehmung 42 auf beiden Seiten von parallel nebeneinander angeordneten Kontaktbereichen 40 auf dem Gegenstück 4 angeordnet. Die Ausnehmungen 42 können sowohl als durchgehende Löcher oder alternativ als Vertiefungen im Gegenstück 4 ausgebildet sein.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform ist es somit möglich, das Steckergehäuse 6 am Gegenstück 4 zusätzlich formschlüssig zu fixieren, woraus eine kontinuierlich betriebssichere Direktkontaktierung für alle Betriebsbedingungen und Einsatzarten des Direktsteckelements 2 resultiert.
