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Die vorliegende Erfindung betrifft Steckverbinder. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Steckverbinder für Leiterplattendirektkontaktierung. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Steckverbinder mit verringerter Aufsteckkraft bei gleichzeitig erhöhter Haltekraft im aufgesteckten Zustand.
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Stand der Technik
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Steckverbinder werden regelmäßig verwendet, um beispielsweise zwei Kabel auf definierte und reproduzierbare Weise miteinander zu verbinden oder aber auch ein Kabel an ein elektronisches Gerät anzuschließen. In letzterem Fall mag der Steckverbinder beispielsweise Bestandteil eines Gehäuses sein, bzw. das Gehäuse kann eine geeignete Öffnung bzw. Vertiefung zur Aufnahme der Kabelseite des Steckverbinders aufweisen.
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Die Kontaktelemente des Steckverbinders sollen definiert miteinander in Kontakt bringbar sein. Ein Kontaktübergang wird meist mit einem Aufliegen von zwei Metallflächen aufeinander realisiert, beispielsweise das Aufliegen einer leitfähigen Kontaktfeder auf einer leitfähigen Kontaktfläche.
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Bei derartigen Steckverbindern ist die Qualität der Steckverbindung, somit der Kontaktierung der beiden Kontaktelemente, zumindest auch von deren Kontaktkraft abhängig. Beispielsweise im Falle, dass ein Federkontaktelement auf einer Metallfläche aufliegt, ergibt sich die Qualität der Steckverbindung u.a. aus der vom Federkontaktelement auf die Kontaktfläche aufgebrachten Normalkraft. Durch eine geeignete Normalkraft kann somit verhindert werden, dass der Steckkontakt bzw. die elektrische Kontaktierung eine schlechte Verbindung, insbesondere schlechte leitfähige Verbindung, bereitstellt.
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Eine besondere Art von Steckverbindern sind sogenannte Leiterplattendirektsteckverbinder. Hierbei besteht ein Kontaktelement der Steckverbindung direkt aus einem Leiterplattenelement, beispielsweise eine herkömmliche Elektronikleiterplatte bzw. Printed Circuit Board (PCB). Die Kontaktierung mit auf der Leiterplatte angeordneten Bauelementen kann durch herkömmliche Leiterbahnführung auf der Oberfläche oder im Inneren des Leiterplattenelementes realisiert werden. Kontaktflächen eines Steckverbinders lassen sich direkt als Fläche auf dem von außen zugänglichen Oberflächenbereich der Leiterplatte realisieren.
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Auch bei herkömmlichen Leiterplattendirektsteckverbindern wird beispielsweise ein externes Kontaktelement, z.B. ein Federkontakt. auf die leitende Kontaktfläche bzw. das sogenannte Land aufgebracht und dort unter Verwendung einer Auflagekraft bzw. einer Normalkraft in leitfähigem Kontakt gehalten. Beispielsweise kann bei einem Aufsteckvorgang ein Kontaktelement zunächst angehoben werden, um nach erfolgtem Aufschieben auf ein Leiterplattendirektsteckverbindungselement sich wieder auf die Leiterplatte bzw. ein Land abzusenken bzw. aufzusetzen. Eine Normalkraft kann allgemein neben einer Auflagekraft als eine Aufpresskraft bzw. Kontaktkraft zwischen zwei Kontaktelementen verstanden werden.
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Aufgrund der physischen Abmessungen eines Leiterplattenelementes kann sich einerseits beim Aufstecken eines Kontaktelementes über Leiterplattenkanten die Gefahr der Beschädigung des Kontaktpunktes eines aufzusteckenden Kontaktelementes ergeben. Andererseits ist jedoch eine Reibbewegung eines Kontaktelementes auf einem Leiterplattenland wünschenswert, um evtl. Fremdkörper zu verdrängen bzw. eine ggf. ausgebildete Oxydationsschicht zu durchdringen.
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Bei herkömmlichen Konstruktionen ergeben sich sowohl die zum Aufstecken benötigte Kraft als auch die in Endposition wirkende Kraft (Normalkraft) aus dem Zusammenspiel der ineinander greifenden Bauteile, beispielsweise der Steigung einer Kulisse, und sind daher schwer mit einem der Anwendung angemessenen Toleranzfeld darzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, einen Steckverbinder, insbesondere einen Leiterplattendirektsteckverbinder mit verringerter Aufsteckkraft bei gleichzeitig erhöhter Kontaktiersicherheit bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein Steckverbinder, ein Steuergerät für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Automobil gemäß den unabhängigen Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem Aufsteckvorgang die benötigte Aufsteckkraft unabhängig bzw. losgelöst von der Normalkraft bzw. Kontaktkraft betrachtet bzw. aufgebracht werden.
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So ergibt sich die Aufsteckkraft im Wesentlichen aus der Geometrie von Kontaktelementen bzw. von Federkontaktelement und Leiterplattendirektsteckverbindungselement. Durch eine geeignete Geometrie kann beispielsweise die Kraft, mit dem ein Kontaktelement auf einem weiteren Kontaktelement aufliegt, während des Ansteckvorganges reduziert sein. Nachfolgend, in Endposition angelangt, wird über geeignete Mittel eine weitere bzw. zusätzliche Kraft aufgebracht, welche sich derart mit einer bereits bestehenden Auflagekraft nach dem Ansteckvorgang überlagert bzw. addiert, um somit eine erhöhte Kontaktkraft bzw. Normalkraft zwischen zwei Kontaktelementen zu realisieren.
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In anderen Worten erfolgt ein Steckvorgang des Steckverbinders zunächst dergestalt, dass eine daraus resultierende Auflagekraft gegebenenfalls nicht ausreichen würde, um eine sichere Kontaktierung unter sämtlichen Betriebszuständen sicherzustellen. Diese Auflagekraft FA kann somit als diejenige Kraft angesehen werden, die sich zwischen den Kontaktelementen unmittelbar nach deren Kontaktierung einstellt. Um nun eine sichere Kontaktierung zwischen zwei Kontaktelementen zu realisieren, kann ein weiteres Element derart in den Steckverbinder eingebracht werden, so dass eine Zusatzkraft FZ auftritt und sich derart mit der Auflagekraft FA überlagert bzw. addiert, so dass im eingesteckten Zustand eine Erhöhung der Auflagekraft FA realisierbar ist. Somit ergibt sich im letztendlich eingesteckten Zustand eine Gesamtauflagekraft FGes = FA + FZ.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Steckkrafterleichterung bereitgestellt, wobei die Kontaktkraft nach dem Steckvorgang durch geeignete Elemente erhöht werden kann. So kann z.B. nach einem Aufstecken der Kontaktelemente eines Steckverbinders, somit nach einem Gleiten mit einer Kraft, welche durch die Kulisse des Steckverbinders gegeben ist, am Ende des Steckvorgangs beispielsweise durch ein zur Steckkrafterleichterung vorgesehenes Bedienelement bzw. einen Hebel ein Kraftelement sowie ein Gegenkraftelement gegeneinander verschoben werden, so dass eine höhere Aufpresskraft eines Kontaktelementes auf das andere Kontaktelement bereitgestellt wird.
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Kraftelement und Gegenkraftelement können beispielsweise als ein Rampenpaar ausgebildet sein. Ein Rampenpaar ermöglicht hierbei durch ein Verschieben der beiden Rampenelemente gegeneinander eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Gesamthöhe der beiden Rampenelemente in eine weitere Richtung, beispielsweise senkrecht zur Verschieberichtung. Somit lässt sich eine Auflagekraft beim Steckvorgang getrennt von der im gesteckten Zustand wirkenden Normalkraft einstellen. Hierdurch lassen sich beispielsweise Beschädigungen der Kontaktflächen eines Kontaktelementes bzw. dessen Lands durch zu hohe Reibkräfte verhindern, ohne dass die Sicherheit einer elektrischen Kontaktierung im Gebrauch beeinflusst wird. Vielmehr wird die Auflagekraft bzw. Normalkraft in der Endposition des Steckvorganges durch Verschieben der Rampen oder ähnlicher Führungen gegeneinander aufgebracht. Die letztendlich resultierende Kontaktkraft ergibt sich direkt aus der entstehenden Pressung. Die Kraft kann beispielsweise auch begrenzbar sein durch eine geeignete Ausgestaltung der Steifheit der beteiligten Elemente von Kraftelement und Gegenkraftelement.
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Ein Dichtelement, beispielsweise eine Dichtmatte, kann im Weiteren eine Gehäuseöffnung abdichten. Hierbei mag eine Betätigung von Kraftelement bzw. Gegenkraftelement auch durch das Dichtelement, z.B. eine Dichtmatte, möglich sein. Kraftelement und Gegenkraftelement können beispielsweise an runden Stäben oder dergleichen Elementen angebunden und hierdurch durch die Dichtmatte hindurch bewegbar ausgebildet sein. Auch denkbar ist, dass die Bewegung des Steckers und das Betätigen von Kraftelement und Gegenkraftelement über die weiteren Betätigungselemente, beispielsweise die Stäbe, auch durch einen Hebel im Steckverbinder selbst realisiert sein kann.
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Somit mag sich letztendlich eine Ansteckbewegung ergeben, welche zunächst, mit geringer Auflagekraft, die Kontaktelemente geeignet zueinander positioniert, und im Weiteren unter fortgesetzter Ansteckbewegung im Wesentlichen nur noch Kraftelement und Gegenkraftelement gegeneinander versetzt, um hierdurch die erhöhte Auflagekraft bereitzustellen.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Übersicht einer exemplarischen Ausgestaltung eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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2a–c einen exemplarischen Ansteckvorgang eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Steckverbinder 2. Zumindest ein erstes Kontaktelement 4, in 1 zwei erste Kontaktelemente 4a, b, sind exemplarisch um ein zweites Kontaktelement 6, ausgebildet als eine Leiterplatte, angeordnet.
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Das zweite Kontaktelement 6 weist Kontaktflächen 6a bzw. Lands auf, die mit den ersten Kontaktelementen 4a, b leitfähig in Verbindung stehen. Die Kontaktflächen 6a können auf geeignete Weise auf der Oberfläche oder im Inneren der Leiterplatte mit im Gehäuse befindlichen elektronischen Bauelementen in Verbindung stehen. An die ersten Kontaktelemente 4a, b können beispielsweise Kabelverbindungen oder dergleichen zur Kontaktierung und elektrischer Leitung angeschlossen sein. Steckverbinder 2 mag auch eine Mehrzahl von ersten und zweiten Kontaktelementen aufweisen, welche sich z.B. definiert beabstandet senkrecht zur Zeichenebene fortsetzen.
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Jeweils auf der dem zweiten Kontaktelement 6 gegenüberliegenden Seite der ersten Kontaktelemente 4a, b ist exemplarisch ein Kraftelement 8 und ein Gegenkraftelement 10, 10a angeordnet. Gegenkraftelement 10 besteht in 1 exemplarisch aus einem Gehäuse 10 mit aufgesetztem bzw. einstückig angeformtem Element 10a. Alternativ kann das Gehäuse 10 direkt eine derartige Rampenform des Elementes 10a bereitstellen.
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Von der Öffnungsseite des Steckverbinders 2 her sind Kraftelemente 8a, b, ausgebildet als eine Dreieckrampe, in das Innere des Steckverbinders eingebracht. Durch die geschrägte Anordnung der Seiten von Kraftelement 8a, b und Gegenkraftelement 10a, b ergibt sich beim Einschieben der Kraftelemente 8a, b, in 1 somit in der Bewegung 12a nach rechts, eine Vergrößerung der jeweiligen Gesamthöhe von Kraftelement 8a, b und Gegenkraftelement 10a, b in Richtung 12b. Aufgrund dieser Vergrößerung der Höhe wirkt eine resultierende Kraft von den Kraftelementen 8a, b auf die beiden ersten Kontaktelemente 4a, b.
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Durch ein geeignetes Einschieben der Kraftelemente 8a, b lässt sich somit eine Erhöhung der Auflagekraft bzw. Kontaktkraft oder Normalkraft der beiden ersten Kontaktelemente 4a, b auf das zweite Kontaktelement 6 bzw. dessen Kontaktflächen 6a bereitstellen.
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In anderen Worten wird eine eingebrachte Kraft 12a unter Verwendung der Kraftelemente 8a, b in eine Kraftwirkungsrichtung 12b transformiert. Exemplarisch wirken Kräfte 12a und 12b senkrecht zueinander.
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Ein Dichtelement 14 ist exemplarisch vorgesehen, zur Abdichtung der Öffnung im Steckverbinder 2, in welchem die Kontaktelemente angeordnet sind und ggf. frei liegen.
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Weiter Bezug nehmend auf die 2a–c wird ein exemplarischer Ansteckvorgang eines Steckverbinders gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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In 2a befindet sich das erste Kontaktelement 4a gerade in einem Aufsteckvorgang auf das zweite Kontaktelement 6 bzw. dessen Land 6a. Hierbei wurde zunächst eine Verformungskraft für das Kontaktelement 4a durch das zweite Kontaktelement 6 bzw. dessen Kontaktfläche 6a aufgebracht, Kontaktelement 4a liegt mit Auflagekraft FA auf der Kontaktfläche 6a des zweiten Kontaktelementes 6 auf. Zwischen dem ersten Kontaktelement 4a und dem Gehäuse 10/10a des Steckverbinders 2 ist Kraftelement 8a angeordnet, jedoch noch nicht in Richtung des Gegenkraftelementes 10a verschoben.
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In 2b ist Kraftelement 8 nunmehr an der Stelle des gleichzeitigen Kontaktes mit Gegenkraftelement 10a und erstem Kontaktelement 4, ohne jedoch eine zusätzliche Kraft FZ aufzubringen. Dieses geringfügige Verschieben des Kraftelementes 8 kann beispielsweise nach erfolgter Positionierung von erstem Kontaktelement 4a zu zweitem Kontaktelement 6 erfolgen, oder aber Kontaktelement 4a und Kraftelement 8a können dergestalt eingerichtet und ausgebildet sein, dass die beiderseitige Kontaktierung von Gegenkraftelement 10a und erstem Kontaktelement 4a durch Kraftelement 8a in der einzunehmenden Endposition des ersten Kontaktelementes 4a zum zweiten Kontaktelement 6 realisiert ist.
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In 2c wird auf das Kraftelement 8 eine weitere Bewegung in Richtung 12a ausgeübt, wodurch sich aufgrund der Rampenstruktur von Kraftelement 8a und Gegenkraftelement 10a dieselbigen derart gegeneinander verschieben, so dass eine Zusatzkraft FZ auf das erste Kontaktelement 4a sowie das zweite Kontaktelement 6 ausgeübt wird. Die resultierende Kraft FGes = FA + FZ erhöht somit die ursprüngliche Kontaktkraft bzw. Auflagekraft FA um die Zusatzkraft FZ. Durch das Verschieben von Kraftelement 8a und Gegenkraftelement 10a zueinander in Richtung 12a resultiert somit eine Erhöhung der ursprünglichen Auflagekraft FA im angesteckten Zustand.
