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Die Erfindung betrifft ein Anschlusselement für Leiterplatten oder dergleichen.
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Die auf Leiterplatten angeordneten passiven oder auch aktiven elektronischen Bauteile benötigen für ihre Gesamtheit als Baugruppe zur Erfüllung ihrer Funktion Strom. Zum Einspeisen von Strom in die Leiterbahnen von Leiterplatten sind entsprechend auf der Leiterplatte montierte und elektrisch kontaktierte Anschlusselemente bekannt.
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Generell sind solche Anschlusselemente, die je nach Verwendung und Größe einer solchen Baugruppe auch für höhere Strombelastung ausgelegt sein müssen, bekannt.
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Diese gehen von einfachen Pins oder Kontaktzungen für die Kontaktierung mit einem Stecker aus bis hin zu entsprechend größer dimensionierten, massiven Elementen mit Einrichtungen für eine stabile mechanische Fixierung der Stromzuführung.
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Die
DE 10 2008 024 446 A1 zeigt ein solches massives Anschlusselement mit diversen Anschlussmöglichkeiten für die Anbindung der Stromzuführung. Die Hochstromfähigkeit des Anschlusselements wird dabei durch eine Vielzahl von Kontaktstiften realisiert, welche in entsprechende, durchkontaktierte Bohrungen auf der Leiterplatte eingepresst werden. Dabei wird mit der Vielzahl von Kontaktstiften eine große Fläche für die Weiterleitung des Stroms auf die Leiterplatte bereitgestellt. Jedoch werden heutzutage nahezu alle Leiterplatten mit SMT automatisch bestückt und gefertigt, so dass durch das Einpressen von solchen Elementen die Fertigung inhomogen ist und damit aufwendiger wird.
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Die
DE 10 2008 050 668 A1 zeigt ein weiteres Anschlusselement aus einem Blech und am unteren Randbereich aufweisend herausgestanzte Beinchen, wovon die mittleren Beinchen in die Ebene der Leiterplatte umgebogen und nach dem Aufsetzen des Elements anschließend mit Anschlusspads auf der Leiterplatte verlötet werden. Das Element ist hier allerdings nicht massiv und benötigt einen größeren Platz zur Montage auf der Leiterplatte als seine reine Grundabmessung. Der Prozess kann nur teilweise über SMT abgewickelt werden, da das Element trotzdem passgenau auf die Leiterplatte aufgesetzt und mit den überstehenden Eckbeinchen in Bohrungen eingesteckt werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Anschlusselement zum Einspeisen von Strom, insbesondere mit höheren Stromstärken in Leiterplatten oder dergleichen zu schaffen, das sich einfach per SMT und prozeßsicher montieren lässt und platzsparend ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Anschlusselement mit den im Anspruch eins genannten Merkmalen vor. Die Erfindung schlägt ebenfalls eine aus einem solchen Anschlusselement und einer Leiterplatte bestehende Anordnung vor.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Anschlusselement mit einem einer Leiterplatte zugewandten Kontaktierungsbereich, einem direkt darüber angeordneten Anschlussbereich, wobei die der Leiterplatte zugewandte Seite des Kontaktierungsbereichs eine ebene Anlagefläche aufweist.
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Mit der ebenen Anlagefläche ist ein sicheres, automatisiertes Platzieren auf der Leiterplatte möglich, über deren Fläche eine große Stromstärke sicher durch geleitet werden kann.
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Weiter kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsbereich massiv ist. Damit steht ein großer Querschnitt für die Stromleitung, insbesondere für höhere Ströme zur Verfügung. Außerdem ist das Anschlusselement auch mechanisch belastbar.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsbereich einen viereckigen, vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt aufweist. Damit wird der normalerweise auf der Leiterplatte begrenzte Platz für die Durchführung eines Stroms optimal genutzt, da im Gegensatz zu runden Anschlusselementen auch über die Ecken Strom geführt wird. Damit kann das Anschlusselement eventuell auch wiederum kleiner dimensioniert und Platz auf der Leiterplatte eingespart werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsbereich zur Verbindung mit einer Leiterplatte in SMT ausgebildet ist. Dabei ist die Anlagefläche im Verhältnis zur Bauhöhe des Anschlusselements und einen damit einhergehenden höheren Schwerpunkt genügend groß gewählt ist, um das Anschlusselement bis zum Abschluss des Fertigungsprozesses und der damit endgültigen Fixierung stabil zu stützen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass annähernd die gesamte Anlagefläche des Kontaktierungsbereich für die Stromüberleitung auf die Leiterplatte genutzt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in die Anlagefläche des Kontaktierungsbereichs mindestens eine Nut eingelassen ist, die einen inneren Bereich der Anlagefläche mit der Außenkante der Anlagefläche verbindet. Dies macht den Lötprozess durch die Möglichkeit für eine Ausgasung sicherer. Lötpaste ist eine pastöse Mischung aus Lotmetallpulver und Flussmittel. Die Paste wird mit einem Siebdruckverfahren auf die Lötpads der Leiterplatten aufgetragen, auf die dann in einem nächsten Schritt die elektrischen und elektronischen Bauteile mit einem Bestückungsautomaten positioniert werden. In einem weiteren Schritt wird eine so bestückte Leiterplatte mit einem Reflow-Verfahren gelötet. Dabei verschmelzen die Lotmetallpulverpartikel miteinander sowie mit den Kontaktflächen der Bauteile und der Lötpads. Das Flussmittel unterstützt den Lötprozess, wobei ein flüchtiger Anteil davon während des Prozesses verdampft. Je größer ein Bauteil ist, umso schwieriger wird es, das Gas zu evakuieren. Das Gas kann sich in Blasen ansammeln und ein Bauteil anheben, was zum einen zu einer Fehlstellung führen kann, zum anderen Flächen ausspart, so dass dort keine elektrische Ankontaktierung erfolgt. Auch die mechanische Anbindung ist reduziert. Die in die Anlagefläche eingelassene Nut stellt sicher, dass auch bei großen Flächen mit entsprechend mehr Lötpaste keine Gasblasen zurückbleiben und das Gas sicher nach außen entweichen kann.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nut rechtwinklig von der Außenkante der Anlagefläche wegführt. Dies führt zum kürzesten Weg, den ein Gas passieren muss.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass in die Anlagefläche des Kontaktierungsbereichs mehrere Nuten, vorzugsweise zwei Nuten eingelassen sind, welche sich kreuzen und die Anlagefläche in mehrere Teilflächen unterteilt. Je größer eine Fläche wird, desto mehr Lötpaste ist auf ihr enthalten, erzeugt eine größere Gasmenge und desto länger werden auch die Wege für eine Gasevakuierung. Die Verwendung mehrerer Nuten bedingen mehrere, kleinere Flächen mit entsprechend weniger Lötpaste und weniger Gas pro Teilfläche, wobei für die Evakuierung dann kürzere Wege aus einer Teilfläche heraus zu einer Nut und insgesamt mehr Nuten zur Verfügung stehen.
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Weiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass sich die Nuten im Mittelpunkt der Anlagefläche kreuzen. Der Mittelpunkt einer Fläche hat den weitesten Weg zu seinen Außenkanten. Wenn sich die Nuten dort schneiden, dann kann insbesondere auch dort entstehendes Gas sicher ausgeleitet werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Nuten ein eckiges, insbesondere ein rechtwinkliges oder dreieckiges Profil, oder aber auch ein halbrundes Profil aufweisen.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nuten eine Breite von 0,5–3 mm, bevorzugt 1–2 mm haben. Das scheint das optimale Verhältnis zu sein, dass zum einen die Nuten wirtschaftlich gefertigt werden können, zum anderen Gas sicher ausgeleitet werden kann, im Übrigen aber noch genügend Fläche für die Durchleitung von Strom zur Verfügung steht.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nuten eine Tiefe von 0,3–0,7 mm bevorzugt 0,5 mm haben. Damit ergibt sich neben der oben vorgeschlagenen Breite ein für die Gas Evakuierung erforderlicher ausreichender Querschnitt der Nut.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Teilflächen annähernd die gleiche Flächengröße aufweisen. So wird sichergestellt, dass das Gas aus allen Bereichen gleichermaßen ausgeleitet wird, nachher für die Stromdurchleitung gleichmäßig große Flächen zur Verfügung stehen und so überall der gleiche Strom fließt und die gleichen Widerstandswerte gelten.
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Es ist möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass im Kontaktierungsbereich mindestens eine Bohrung angeordnet ist, die einen Bereich der Anlagefläche mit einem Außenbereich des Anschlusselements verbindet. Dies dient bei ganz großen Flächen als weitere Entlüftungsbohrung.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich einstückig mit dem Kontaktierungsbereich gebildet ist. Dies ist für die Produktion eines Anschlusselements die wirtschaftlichste Option, insbesondere wenn das Element aus einem Material, also der Kontaktierungsbereich und der Anschlussbereich aus demselben Material sind, vorzugsweise ein für die Durchleitung von Strom sehr geeignetes Material wie z. B. Messing CuZn39Pb3.
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Ferner wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich denselben oder einen unterschiedlichen Querschnitt wie der Kontaktierungsbereich aufweist. Damit kann jeweils ein Bereich an die an ihn gestellten Anforderungen bestmöglich gestaltet werden. Z. B. kann der Kontaktierungsbereich anhand einer großen Stromstärke größer dimensioniert werden als der Anschlussbereich für die Zuführung.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Anschlussbereich in einer Seitenfläche eine Bohrung quer zur Längsachse des Anschlusselements aufweist.
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Ebenso möglich ist und wird daher von der Erfindung vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich eine axiale Bohrung aufweist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Bohrung mit einem Innengewinde versehen ist. Auf diese Weise kann ein stromführendes Kabel mit einem Kabelschuh optimal mit einer Schraube mit dem Anschlussbereich mechanisch und elektrisch verbunden werden.
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Es ist aber ebenso möglich und wird daher von der Erfindung vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich einen runden Querschnitt aufweist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anschlussbereich mit einem Außengewinde versehen ist. Damit kann ebenso ein stromführendes Kabel mit einem Kabelschuh und einer Mutter mit dem Anschlussbereich mechanisch und elektrisch verbunden werden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Anschlussbereich zur Montage des Anschlusselement mit einer Leiterplatte in SMT ausgebildet ist. Da die Bestückung der Leiterplatte mit einem Bestückungssautomaten erfolgt, müssen auch die in einem solchen Prozess verwendeten Bauteile entsprechen gestaltet sein. Z. B. muss muss ein automatisches Aufnehmen und Absetzen gewährleistet sein, zum Beispiel durch eine genügend große und plane Fläche für einen Sauggreifer.
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Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen eine Anordnung aus einer Leiterplatte und einem erfindungsgemäßen Anschlusselement, wobei die Leiterplatte zur Position und Größe der Anlagefläche passend mindestens ein entsprechend angeordnetes Lötpad aufweist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kantenlänge des Lötpads leicht vergrößert, vorzugsweise um 10% vergrößert ist gegenüber der Kantenlänge der Anlagefläche. Dies dient als kleine Toleranz und erleichtert das Aufsetzen und die anschließende Prozessdurchführung.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Lötpad der Position und der Größe der Teilflächen entsprechend Nuten aufweist, wobei die Nuten im Lötpad den Nuten in der Anlagefläche gegenüberliegend angeordnet sind. Somit können sich die Nuten gegenseitig ergänzen und eine Gasausleitung weiter optimieren.
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In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Nuten im Lötpad eine Breite von 0,6–0,8 mm, vorzugsweise 0,7 mm haben.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird. Die vorstehend genannten und die nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführung Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Anschlusselements,
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2: eine Seitenansicht des Anschlusselements der 1,
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3: eine Unteransicht des Anschlusselements der 2,
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4: ein Lötpad einer Leiterplatte,
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5: eine perspektivische Ansicht eines Anschlusselements mit quadratischen Querschnitt und einer seitlichen Bohrung mit einem Innengewinde,
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6: eine perspektivische Ansicht eines auf einer Seite liegenden Anschlusselements mit quadratischem Querschnitt mit Sicht auf den Kontaktierungsbereich, der Anlagefläche, 2 Nuten sowie die entsprechenden Teilflächen,
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7a: Seitenansicht eines Anschlusselements mit quadratischem Querschnitt
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7b: Schnitt des Anschlusselements aus 7a mit axialer Bohrung in Innengewinde,
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7c: Draufsicht des Anschlusselements aus 7a mit axialer Bohrung in Innengewinde.
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Das in 1 dargestellte Anschlusselement (1) hat einen unteren, später einer Leiterplatte zugewandten bzw. mit einer Leiterplatte zu verlöteten Kontaktierungsbereich (10) mit einem quadratischen Querschnitt und einen direkt oberhalb des Kontaktierungsbereichs angeordneten und mit dem Kontaktierungsbereichs einstückig gebildeten Anschlussbereich (20). Der Anschlussbereich (20) weist dabei einen runden Querschnitt mit einem Außengewinde (90) auf.
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2 zeigt das Anschlusselemente (1) der 1 in einer Seitenansicht mit dem runden Anschlussbereich (20) mit dem Außengewinde (90) darunter angeordnet der Kontaktierungsbereich (10) an dessen unterer, ebenen Anlagefläche (30) eine Nut (40) eingebracht ist. Eine solche Nut (40) kann zum Beispiel durch Fräsen mit einem rechteckigen, einen dreieckigen oder auch einem halbrunden Profil hergestellt werden.
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3 zeigt eine Unteransicht des Anschlusselements (1) aus der 2 mit dem quadratischen Kontaktierungsbereich (10), der durch seinen Querschnitt definierten Anlagefläche (30) und zwei sich in der Mitte der Anlagefläche kreuzende Nuten (40) welche entsprechend Teilflächen (60) erzeugen.
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4 zeigt ein entsprechendes Lötpad (100) einer Leiterplatte für ein Anschlusselement (1) aus den vorherigen Figuren. Dabei ist eine Kantenlänge des Lötpads (100) geringfügig um ca. 10% größer als eine Kantenlänge des Kontaktierungsbereiches (10) des Anschlusselements (1). Dieses als Toleranz fungierendes Übermaß erleichtert das spätere Platzieren eines Anschlusselements auf einer Leiterplatte.
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5 zeigt die perspektivische Ansicht eines Anschlusselements (1) mit einen quadratischen Querschnitt und einer von einer Seitenfläche des Anschlusselements ausgehenden Bohrung (70) quer zu seiner Längsachse, welche mit einem Innengewinde (80) versehen wurde, um später ein Kabelschuh mit einer Schraube zu befestigen.
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6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines auf der Seite liegenden Anschlusselements (1). Auch hier ist die Anlagefläche (30) des Kontaktierungsbereiches (10) wieder durch 2 Nuten (40) in vier Teilflächen (60) geteilt worden.
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Die 7 zeigt ein Anschlusselement (1) mit einer quadratischen Grundfläche wobei axial eine Bohrung (70) als Sackloch eingebracht und mit einem Innengewinde (80) versehen wurde, um auch hier später eine Stromzuführung mit einem Kabelschuh und einer Schraube zu befestigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anschlusselement
- 10
- Kontaktierungsbereich
- 20
- Anschlussbereich
- 30
- Anlagefläche
- 40
- Nut
- 50
- Aussenkante
- 60
- Teilfläche
- 70
- Bohrung
- 80
- Innengewinde
- 90
- Aussengewinde
- 100
- Lötpad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024446 A1 [0005]
- DE 102008050668 A1 [0006]
