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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verbindungsanordnungen mit einer Steckervorrichtung und der Leiterplatte. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte.
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Es ist eine Anordnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Steckelementen über einen Sockel mit einer Leiterplatte bekannt, die für hohe elektrische und mechanische Anforderungen ausgelegt ist. Das Vorsehen von Sockeln auf einer Leiterplatte ist jedoch aufwändig und führt zu einem hohen Platzbedarf.
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Es sind aus der
WO 2010/063459 derselben Anmelderin auch Verbindungsanordnungen für Leiterplatten bekannt, die ein direktes Aufstecken eines Steckteils auf eine Leiterplatte ohne an der Leiterplatte befestigte Buchse ermöglicht.
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Gemäß der so genannten FASTON®-Stecktechnik wird eine Steckervorrichtung in eine Leiterplatte eingeführt und dort verlötet oder eingepresst. Wenngleich diese Verbindungstechnik zuverlässig ist, führt das Erfordernis des Ausbildens einer Löt- oder Einpressverbindung zu einem hohen Zeit- und Kostenaufwand.
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EP 2,246,939 offenbart ein elektrisches Verbindungselement, bestehend aus einem elektrischen Kontakt, einem Gehäuse und einem Klemmstift. Der elektrische Kontakt weist einen Kontaktbereich und einen Anschlussbereich auf. Eine Kontaktierung auf einer Leiterplatte geschieht durch Einsetzen des Kontaktbereiches in einen Durchbruch in der Leiterplatte, wobei zumindest die Innenfläche des Durchbruches mit einer elektrischen Kontaktfläche versehen ist. Der elektrische Kontakt des Verbindungselementes ist im Kontaktbereich als geschlitztes hülsenartiges Teil mit einer bauchigen Ausformung ausgebildet. Dieser hülsenartige Kontaktbereich verjüngt sich beim Einsetzen in einen Durchbruch elastisch in axialer Richtung im Durchmesser und nimmt bei korrektem Sitz annähernd seine Ursprungsform wieder an. In diesem Zustand wird der Klemmstift in den Kontaktbereich eingefügt, wodurch sich der Kontaktbereich mit der Innenfläche des Durchbruches verklemmt. Dadurch wird eine im Wesentlichen vollflächige elektrische Kontaktierung zwischen der Hülse und dem kontaktierten Durchbruch der Leiterplatte ausgebildet.
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Allerdings ist das
EP 2,246,939 offenbarte elektrische Verbindungselement, insbesondere die komplex geformte Hülse mit ihren geringen Toleranzen, in der Herstellung kosten- und zeitaufwändig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit vertretbarem Aufwand ausbildbare und auch unter mechanischer Belastung zuverlässig elektrisch kontaktierende Verbindung einer Leiterplatte mit einem Leiter zu erreichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung in ein Kontaktloch (insbesondere erfolgt die Aufnahme der gesamten Steckervorrichtung in ein einziges Kontaktloch) der Leiterplatte geschaffen, wobei die Steckervorrichtung einen Befestigungsbereich zum Befestigen des Leiters an der Steckervorrichtung, einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stromes zwischen dem Leiter und der Leiterplatte, genau bzw. exakt zwei einander gegenüberliegende Einsteckelemente, die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind, und einen Klemmstift aufweist, der relativ zu den Einsteckelementen bewegbar ist, um diese zumindest in einem Endbereich auseinander zu drücken, wodurch die Einsteckelemente unter Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung in dem Kontaktloch gegen eine Wandung der Leiterplatte gepresst werden und dadurch eine mechanische Verbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte ausbilden.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung bereitgestellt, die eine Leiterplatte mit einem Kontaktloch und eine Steckervorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist, wobei die Steckervorrichtung mittels einer Steck- und Klemmverbindung mit der Leiterplatte verbindbar oder verbunden ist.
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Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung bereitgestellt, die eine Steckervorrichtung zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens der Steckervorrichtung in ein (in Draufsicht bzw. in einer Querschnittsansicht der Leiterplatte) rundes (insbesondere kreisrundes oder auch ovales), Kontaktloch (insbesondere erfolgt die Aufnahme der gesamten Steckervorrichtung in ein einziges Kontaktloch) der Leiterplatte, und die Leiterplatte mit dem runden, insbesondere kreisrunden, Kontaktloch aufweist, wobei die Steckervorrichtung mittels einer Steck- und Klemmverbindung mit der Leiterplatte verbindbar oder verbunden ist, wobei die Steckervorrichtung einen Befestigungsbereich zum Befestigen des Leiters an der Steckervorrichtung, einen Übertragungsbereich zum Übertragen eines Stromes zwischen dem Leiter und der Leiterplatte, eine Mehrzahl von (insbesondere plättchenförmigen, d.h. insbesondere in einem Kontaktbereich ebene bzw. krümmungsfreie) Einsteckelementen (zum Beispiel zwei, drei, vier oder mehr), die gemeinsam in das Kontaktloch einführbar sind, und einen Klemmstift aufweist, der relativ zu den Einsteckelementen bewegbar ist, um diese zumindest in einem Endbereich auseinander zu drücken, wodurch die Einsteckelemente unter Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung in dem Kontaktloch gegen eine Wandung der Leiterplatte gepresst werden und dadurch eine mechanische Verbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte ausbilden, wobei die Einsteckelemente zumindest in dem Endbereich derart geformt sind (insbesondere außenseitig, d.h. angrenzend an die Wandung der Leiterplatte, eine von der Krümmung des Kontaktlochs abweichende Formgebung haben, zum Beispiel zumindest in einem dortigen Abschnitt ungekrümmt plättchenförmig sind), dass sie in dem Kontaktloch mit der Wandung der Leiterplatte ausschließlich Berührungspunkte und/oder Berührlinien (d.h. eindimensionale Berührabschnitte, insbesondere Berührkanten) bilden (d.h. von zusammenhängenden flächigen Berührabschnitten frei ist).
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung in ein Kontaktloch der Leiterplatte geschaffen, wobei bei dem Verfahren der Leiter an einem Befestigungsbereich der Steckervorrichtung befestigt wird, genau zwei einander gegenüberliegenden Einsteckelemente zum Ausbilden einer Steckverbindung der Steckervorrichtung mit der Leiterplatte gemeinsam in das Kontaktloch eingeführt werden, ein Klemmstift relativ zu den Einsteckelementen bewegt wird, um diese zumindest in einem Endbereich auseinander zu drücken, wodurch die Einsteckelemente unter Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung in dem Kontaktloch gegen eine Wandung der Leiterplatte gepresst werden und dadurch eine mechanische Verbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte ausbilden, und ein Strom zwischen dem Leiter und der Leiterplatte über einen Übertragungsbereich der Steckervorrichtung übertragen wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Leiters mit einer Leiterplatte mittels direkten Einsteckens einer Steckervorrichtung in ein rundes, insbesondere kreisrundes, Kontaktloch der Leiterplatte geschaffen, wobei bei dem Verfahren der Leiter an einem Befestigungsbereich der Steckervorrichtung befestigt wird, eine Mehrzahl von Einsteckelementen (insbesondere genau zwei, zum Beispiel flächig gegenüberliegende, oder genau vier, zum Beispiel eine Doppelgabel bildende, Einsteckelemente) in das Kontaktloch zum Ausbilden einer Steckverbindung der Steckervorrichtung mit der Leiterplatte gemeinsam eingeführt werden, ein Klemmstift relativ zu den Einsteckelementen bewegt wird, um diese zumindest in einem Endbereich auseinander zu drücken, wodurch die Einsteckelemente unter Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Verbindung in dem Kontaktloch gegen eine Wandung der Leiterplatte gepresst werden und dadurch eine mechanische Verbindung zwischen der Steckervorrichtung und der Leiterplatte ausbilden, wobei die Einsteckelemente zumindest in dem Endbereich derart geformt sind, dass sie in dem Kontaktloch mit der Wandung der Leiterplatte ausschließlich Berührungspunkte und/oder Berührlinien bilden, und ein Strom zwischen dem Leiter und der Leiterplatte über einen Übertragungsbereich der Steckervorrichtung übertragen wird.
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Gemäß einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches mit einer Steckervorrichtung oder einer Verbindungsanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen versehen ist. Alternativ können erfindungsgemäße Steckervorrichtungen und/oder Verbindungsanordnungen auch in anderen technischen Gegenständen eingesetzt werden, zum Beispiel in sogenannter weißer Ware, zum Beispiel Spülmaschinen, Waschmaschinen, etc.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein elektrischer Strom von einem an einem Befestigungsbereich angeordneten elektrischen Leiter über eine gebogene Platte mit einem dazwischen angeordneten, beweglichen Klemmstift auf zwei insbesondere federkraftfrei klemmbar befestigbare Einsteckelemente in ein Kontaktloch einer Leiterplatte eingekoppelt werden. Mit einer sehr kompakten und aufgrund des bloßen Biegens einer Platte plus einem ebenfalls aus einer Platte ausstanzbaren Klemmstift kostengünstig herstellbaren Vorrichtung ist es dadurch möglich, mit einer auch von Hand steck- und arretierbaren Steckervorrichtung eine Wire-to-Board-Verbindung in Direktstecktechnik bereitzustellen. Diese Steckervorrichtung kann einen großen elektrischen Strom von einigen Ampere und mehr übertragen. Dies ist mit einer Direktstecktechnologie möglich, in der die Steckervorrichtung direkt, das heißt sockelfrei, in das Kontaktloch der Leiterplatte eingesteckt wird. Durch bloßes form-, kraft- und/oder reibschlüssiges Verriegeln der Einsteckelemente in dem Kontaktloch mittels Betätigens des Klemmstifts kann eine dauerhafte Verbindung mit hoher mechanischer Befestigungskraft und hoher elektrischer Stromtragfähigkeit erzeugt werden. Dies wird ohne das Erfordernis des Ausbildens von Federelementen durch ein Verklemmen bzw. Verkeilen der Einsteckelemente gegen eine Wandung der Leiterplatte im Bereich der Kontaktlochbohrung bewerkstelligt. Dadurch können Auszugskräfte erreicht werden, die erheblich höher sind als die von der Muskelkraft eines Benutzers bewerkstelligbaren Einsteckkräfte. Solch hohe Auszugskräfte können erreicht werden, obwohl die Verbindung zwischen den Einsteckelementen und der Wandung der Leiterplatte lotfrei ausgebildet ist bzw. ausgebildet sein kann.
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Erfindungsgemäß können lediglich zwei einander gegenüberliegende Einsteckelemente ausreichend sein, die durch Verfahren des Klemmstifts reversibel aufweitbar sind und sich dadurch elektrisch leitfähig und mechanisch gekoppelt gegen die Wandung in dem Kontaktloch der Leiterplatte verpressen oder verkeilen. Dies führt zu einer kompakten, leichtgewichtigen und kostengünstig fertigbaren Steckervorrichtung.
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Erfindungsgemäß kann das bloße Ausbilden von null- bzw. eindimensionalen elektrisch-mechanischen Kontakten zwischen zwei oder mehr (insbesondere zumindest im Kontaktbereich eben bzw. plättchenförmig geformten) Einsteckelementen einerseits und einem runden Kontaktloch der Leiterplatte andererseits ausreichend sein, um allein sowohl die elektrische Kopplung als auch die mechanische Befestigung zu bewirken. Dies führt zu einer kostengünstig fertigbaren Steckervorrichtung, die hinsichtlich der Formgebung der Einsteckelemente ein hohes Maß an Designfreiheit bietet.
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Im Weiteren werden Ausgestaltungen der Steckervorrichtung, der Verbindungsanordnungen und der Verfahrens beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Einsteckelemente zumindest in dem Endbereich plattenförmig ausgebildet sein, so dass sie in einem Kontaktloch mit kreisförmigem Querschnitt genau vier Berührpunkte oder genau vier Berührlinien bilden. Für das Ausbilden einer mechanisch und elektrisch stabilen Verbindung ist es nicht zwingend erforderlich, eine im Wesentlichen vollumfängliche Kontaktierung der Leiterplatte durch die Einsteckelemente im Bereich des Kontaktlochs auszubilden. Stattdessen ist es absolut ausreichend, punkt- oder linienförmige Kontaktierungsstrukturen zwischen Einsteckelementen und Kontaktlochwandung auszubilden. Dies kann durch zwei platten- bzw. streifenförmige Einsteckelemente erreicht werden, wenn diese in einem runden Kontaktloch durch bloßes Verschieben des zwischen ihnen angeordneten Klemmstifts aufgespreizt und damit mechanisch wie elektrisch sicher verankert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der Befestigungsbereich, der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente gemeinsam als einstückiger Körper ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann diese Komponente der Steckervorrichtung aus einer einzigen gestanzten und gebogenen elektrisch leitfähigen Platte gebildet sein. In dieser Ausgestaltung ist die Steckervorrichtung mit sehr geringem Herstellungsaufwand ausbildbar, da außer einer Metallplatte oder dergleichen kein weiteres Halbzeug erforderlich ist. Aus einer solchen Metallplatte kann auch der Klemmstift ausgestanzt werden. Die fertige Steckervorrichtung kann somit aus einem Stück Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt sein. Eine solche integrale Ausführung der Steckervorrichtung aus einem Blechstück führt zu besonders geringen Kosten. Alternativ kann eine Steckervorrichtung aber auch aus mehreren Komponenten gebildet werden, zum Beispiel um weitere Funktionen zu integrieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Klemmstift gegenüber dem einstückigen Körper separat ausgebildet ist. Gemäß einer Variante kann der Klemmstift auch aus einer Metallplatte ausgestanzt sein, so dass außer der Metallplatte dann kein weiteres Halbzeug zum Ausbilden der gesamten Steckervorrichtung erforderlich ist. Gemäß einer anderen Variante kann der Klemmstift separat von der zuvor beschriebenen gestanzten und gebogenen Metallstruktur ausgebildet sein. Dadurch kann der Klemmstift auch visuell vom Rest der Steckervorrichtung abgegrenzt werden, um einem Benutzer intuitiv anzuzeigen, an welcher Stelle eine Betätigung durchzuführen ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steckervorrichtung insgesamt zweiteilig ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann die Steckervorrichtung aus dem einstückigen Körper (gebildet aus Befestigungsbereich, Übertragungsbereich und Einsteckelementen) sowie aus dem vorzugsweise darin montierten Klemmstift bestehen, d.h. aus genau zwei Bauteilen aufgebaut sein. Insbesondere kann die gesamte Steckervorrichtung gehäusefrei ausgebildet sein. Daraus resultiert eine kompakte, leichtgewichtige, einfach zu bedienende und einfach zu fertigende Steckervorrichtung, die trotzdem eine stabile mechanische und elektrische Verbindung zu einer Leiterplatte gewährleisten kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Klemmstift zwischen den Einsteckelementen axial verschiebbar angeordnet sein. Dann kann ein Benutzer zum Beispiel durch bloßes Vorwärtsschieben des Klemmstifts in Richtung der Leiterplatte, mithin äußerst intuitiv, die Klemmwirkung initiieren bzw. aktivieren und dadurch die Befestigung der Steckervorrichtung an einer Leiterplatte abschließen. Zum Lösen der Steckervorrichtung von der Leiterplatte ist zunächst der Klemmstift relativ zu den Einsteckelementen in die Ausgangsstellung zurückzuschieben, um die Klemmung zwischen den Einsteckelementen und der Wandung der Leiterplatte aufzuheben, so dass mit einem nachfolgenden Herausziehen der gesamten Steckervorrichtung aus der Leiterplatte eine elektrische und mechanische Trennung erfolgen kann. Alternativ zu einer Betätigung des Klemmstifts mittels rein axialen Verschiebens ist es gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel möglich, den Klemmstift mittels einer reinen Drehbewegung (zum Beispiel mittels Drehens eines exzentrischen Klemmstifts in einer Ebene senkrecht zur Steckachse) oder mittels einer kombinierten Dreh- und Verschiebebewegung (zum Beispiel einer Schraubenbewegung) zum Aufspreizen der Einsteckelemente zu bringen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Klemmstift aus einem anderen Material, insbesondere mit einer anderen Farbe, ausgebildet sein als der Befestigungsbereich, der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente. Zum Beispiel kann der Klemmstift aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein, wohingegen der Befestigungsbereich, der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente aus Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein können. Wenn der Klemmstift auch optisch gegenüber dem Rest der Steckervorrichtung abgehoben wird, erkennt ein Benutzer ohne weitere Bedienungsanleitung, an welcher Stelle eine Betätigung in Form des Verschiebens des Klemmstifts gegenüber dem Rest der Steckervorrichtung sowie gegenüber der Leiterplatte erforderlich ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der Befestigungsbereich, der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem metallischen Material wie Kupfer oder Aluminium, ausgebildet sein. Dadurch kann ein ununterbrochener Stromleitpfad von dem Leiter, über den Befestigungsbereich, den Übertragungsbereich, die Einsteckelemente bis hin zu der elektrisch leitfähigen Kontaktierung in dem Kontaktloch der Leiterplatte ausgebildet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der Befestigungsbereich, der Übertragungsbereich und die Einsteckelemente als gestanzte und gebogene Blechplatte ausgebildet sein. Indem eine plastisch deformierbare Blechplatte zunächst gestanzt und nachfolgend gebogen wird, wobei vor, beim oder nach dem Biegen der Klemmstift in das Innere der auszubildenden Steckervorrichtung aufgenommen wird, ist eine kostengünstige Herstellung sichergestellt, wobei gleichzeitig der Klemmstift verliersicher montiert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann an dem Klemmstift mindestens ein lokal aufgeweiteter Abschnitt als Spreizhilfe für die Einsteckelemente vorgesehen sein. Der lokal aufgeweitete Abschnitt kann sich bei Bewegen des Klemmstifts besonders wirksam gegen die Einsteckelemente drücken, um diese zum Anpressen gegen die Wandung der Leiterplatte aufzuspreizen. Zum Beispiel kann der Klemmstift plättchenförmig ausgebildet sein, wobei an einer oder beiden gegenüberliegenden Hauptflächen des Plättchens eine lokal begrenzte Nase erhaben aus dem Plättchen herausgedrückt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann alternativ oder ergänzend ein leiterplattenseitiges Ende des Klemmstifts einen lokal aufgeweiteten Abschnitt aufweisen. Ein solcher zum Beispiel als Widerhaken ausgebildeter aufgeweiteter Abschnitt kann eine endseitige Abplattung, eine U-förmige Umbiegung, das Ausbilden einer sich zu einer Seite hin oder zu beiden Seiten hin erstreckenden Fingerstruktur, etc. enthalten. Durch das Ausbilden eines solchen aufgeweiteten Abschnitts kann das Ende des Klemmstifts wirksam zwischen die Einsteckelemente geschoben werden, dadurch kann eine quantitativ starke Ausweitung bewirkt werden, was wiederum die Befestigungskraft verstärkt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein leiterplattenfernes Ende des Klemmstifts streifen- oder plättchenförmig ausgebildet sein. Durch diese zumindest abschnittsweise ebene Ausgestaltung kann der Klemmstift in Form einer Linearführung zwischen streifen- oder plättchenförmig ausgebildeten Einsteckelementen der Steckervorrichtung geführt werden. Außerdem ermöglicht eine solche Konfiguration des Klemmstifts, dass auch dieser aus einer plastisch deformierbaren Metallplatte ausgestanzt werden kann und gegebenenfalls zum Erzeugen einer dreidimensionalen Formgebung gebogen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein seitlich zwischen den Einsteckelementen herausstehender Abschnitt des Klemmstifts als von einem Benutzer betätigter Schiebegriff ausgebildet sein. Ein solcher Schiebegriff kann als eine oder mehrere Nasen ausgebildet sein, die für die Hand eines Benutzers oder für ein Werkzeug zugänglich zwischen den Einsteckelementen vorragt. Gegebenenfalls kann der Schiebegriff gegenüber dem Rest der Steckervorrichtung optisch hervorgehoben werden. Durch die beschriebene Ausgestaltung ist eine kompakte, fehlerrobuste und gleichzeitig benutzerfreundliche Steckervorrichtung geschaffen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Befestigungsbereich ausgebildet sein, den Leiter mittels Krimpens und/oder Lötens zu befestigen, insbesondere einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Mit einer Krimpverbindung ist ein stabiles, flexibles und mit vertretbarem Aufwand realisierbares Verbinden mit einem Draht oder Kabel ermöglicht. Unter Krimpen oder Bördeln versteht man ein Fügeverfahren, bei dem zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden. Alternativ oder ergänzend zu dem Krimpen kann an dem Befestigungsbereich Lot aufgebracht werden, um den Leiter daran festzulöten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest eines der Einsteckelemente, insbesondere beide Einsteckelemente, eine sich an den Endbereich anschließende seitliche Aufkragung aufweisen, die in einem in die Leiterplatte eingeführten Zustand der Steckervorrichtung einen das Einführen begrenzenden Anschlag bilden. Durch Bilden einer Aufkragung, d.h. durch Umbiegen von plastisch deformierbaren Abschnitten des gestanzten und gebogenen Blechs, kann die gewünschte Einführtiefe der Steckervorrichtung in bzw. durch das Kontaktloch der Leiterplatte präzise vorgegeben bzw. eingestellt werden. Beim Einführen bis zu der gewünschten Solltiefe stößt die Auskragung an eine der Hauptflächen der Leiterplatte an, angrenzend an das Kontaktloch. Die Abschnitte, welche durch die Auskragung gebildet werden, sind vorzugsweise an die Einsteckelemente angestückt, zum Beispiel als umgebogene Metallplattenabschnitte ausgebildet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steckervorrichtung ausgebildet sein, nur genau den einen Leiter an der Leiterplatte elektrisch und mechanisch zu befestigen. Anders ausgedrückt kann die Steckervorrichtung zum Befestigen von genau einer stromführenden Leitung an genau einem Anschluss an genau einem Kontaktloch der Leiterplatte angebracht werden. Somit können einzelne elektrische Leitungen mittels Direktstecktechnik an der Leiterplatte hochstromführend und vibrationsfest angebracht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steckervorrichtung gehäusefrei ausgebildet sein. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Steckervorrichtung mit einem Gehäuse ausgerüstet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktierungsschicht in dem Kontaktloch versehen sein. Die elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht kann einen hohlzylindrischen Abschnitt zur Begrenzung eines zylindrischen Durchgangslochs als Kontaktloch und kann einen an den hohlzylindrischen Abschnitt unmittelbar anschließenden linienhaften oder flächigen Abschnitt auf einer oder beiden Hauptoberflächen der Leiterplatte aufweisen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Leiterplatte zumindest im Aufnahmebereich der Steckervorrichtung (d.h. in dem Bereich, in dem die Steckervorrichtung im Kontaktloch der Leiterplatte aufgenommen ist bzw. aufnehmbar ist) buchsenfrei ausgebildet sein. Zumindest im Bereich des einzigen Kontaktlochs, an und/oder in dem die Steckervorrichtung einzig befestigt ist, kann die Leiterplatte daher buchsenfrei ausgebildet sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann in dem an der Leiterplatte befestigten Zustand der Steckervorrichtung zumindest deren Endbereich die Leiterplatte durchdrungen haben. Vorzugsweise ist das Kontaktloch der Leiterplatte, an und/oder in dem die Steckervorrichtung befestigt wird, ein Durchgangsloch. Indem die beiden Einsteckelemente, die beinartig bzw. ähnlich wie zwei Schenkel einer Pinzette ausgestaltet sein können, an ihren freien Enden vollständig durch das Durchgangsloch hindurchgeführt werden, bildet sich nach deren Aufspreizen infolge des Verschiebens des Klemmstifts ein klemmkraftinduziertes, kraftschlüssiges Anliegen des Klemmstifts an der Wandung. Ein auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte angebrachter Anschlag der Steckervorrichtung begrenzt die Einführtiefe der Steckervorrichtung in die Leiterplatte. Ein unerwünschtes Abziehen der Steckervorrichtung ohne vorheriges Lösen der Klemmung ist bei einer solchen Ausgestaltung zuverlässig unterbunden.
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Die Kontaktierungsschichten können metallische strukturierte Schichten auf der zum Beispiel aus Kunststoff (zum Beispiel FR4, mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatten) gebildeten und mit den Kontaktlöchern versehenen Leiterplatte sein. Die Leiterplatte kann somit eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) sein.
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Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 zeigt eine räumliche Ansicht einer Steckervorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 und 3 zeigen räumliche Ansichten einer Steckervorrichtung gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 zeigt eine Steckervorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in eine Leiterplatte einführbar ist.
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5 zeigt die Verbindungsanordnung gemäß 4, bei der die Steckervorrichtung in die Leiterplatte eingeführt ist.
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6 zeigt die Verbindungsanordnung gemäß 4 und 5, wobei der Bereich der Steckervorrichtung erkennbar ist, der die Leiterplatte durchdrungen hat.
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7 ist eine schematische Ansicht einer Verbindungsanordnung mit einer Steckervorrichtung gemäß 1 bis 6 und mit einer Leiterplatte mit einem kreisrunden Kontaktloch in der Leiterplattenebene und veranschaulicht, dass alle Berührabschnitte zwischen einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung in dem kreisrunden Kontaktloch der Leiterplatte einerseits und den in diesem Fall zwei Einsteckelementen andererseits linienförmig statt flächig ausgebildet sind.
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8 zeigt eine Draufsicht und 9 zeigt eine Seitenansicht eines plättchenförmigen und mittels Stanzens und Biegens gefertigten Klemmstifts der Steckervorrichtung gemäß 4 bis 6.
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Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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1 zeigt eine räumliche Ansicht einer Steckervorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die in 1 gezeigte Steckervorrichtung 100 ist zum elektrischen Verbinden eines Leiters 110, zum Beispiel eines im Kontaktierungsbereich abisolierten stromführfähigen Kabels, mit einer in 1 nicht gezeigten Leiterplatte ausgebildet. Die Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung erfolgt mittels direkten Einsteckens (Direktsteckens) der Steckervorrichtung 100 in ein in 1 ebenfalls nicht gezeigtes Kontaktloch der Leiterplatte.
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Die Steckervorrichtung 100 weist einen Befestigungsbereich 101 auf, an dem der Leiter 110 befestigbar ist. Der Befestigungsbereich 101 ist als zu einem U-förmigen Profil gebogener Abschnitt einer aus einer ebenen Metallplatte gestanzten Struktur ausgebildet. Das abisolierte Kabel als Leiter 110 kann in das U-förmige Profil eingelegt werden und zum Beispiel mittels einer Zange verpresst werden, indem die Zange außenseitig an das U-förmige Profil angreift und dieses in Richtung des Leiters 110 hin komprimiert bzw. zusammendrückt. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, das abisolierte Ende des Kabels als Leiter 110 an dem Befestigungsbereich 101 unter Ausbildung einer Lötverbindung zu befestigen.
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Der Befestigungsbereich 101 bildet das eine Ende der Steckervorrichtung 100, das entsprechend einer Steckrichtung 190 als leiterplattenfernes Ende bezeichnet werden kann. An dem dem leiterplattenfernen Ende gegenüberliegenden anderen Ende der Steckervorrichtung 100, das als leiterplattenseitiges Ende bezeichnet werden kann, sind exakt zwei einander achsensymmetrisch gegenüberliegende und im Wesentlichen streifen- bzw. plattenförmige Einsteckelemente 102a, 102b gebildet. Diese werden zur Vorbereitung der Befestigung in das Kontaktloch eingeführt, wie unten näher beschrieben.
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Zwischen dem Befestigungsbereich 101 einerseits und den Einsteckelementen 102a, 102b andererseits ist ein elektrisch leitfähiger Übertragungsbereich 103 als mechanische Überbrückung und zum elektrischen Leiten eines elektrischen Stromes von dem Leiter 110 zu der Leiterplatte 400, oder in umgekehrter Richtung, angebracht.
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Der Befestigungsbereich 101, der Übertragungsbereich 103 und die Einsteckelemente 102a, 102b sind als integrale, untrennbare Struktur ausgebildet und werden mittels Stanzens und Biegens eines plastisch deformierbaren Metallblechs (zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium) hergestellt. Daher ist die Steckervorrichtung 100 technisch einfach sowie mit geringem Kosten- und Zeitaufwand auch im großtechnischen Maßstab herstellbar.
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Die neben dieser integralen Struktur andere Komponente der zweiteilig ausgebildeten Steckervorrichtung 100 ist ein Klemmstift 104, der vor mechanischer Beschädigung geschützt zwischen den Einsteckelementen 102a, 102b und parallel zu diesen verlaufend frei längsbeweglich und dennoch unverlierbar sowie drehgeschützt angeordnet ist. Nach innen gebogene und zum Teil seitlich gegeneinander versetzte Verbindungsabschnitte 117 der Einsteckelemente 102a, 102b bilden einen ringförmigen Einschluss des Klemmstifts 104 zwischen den Einsteckelementen 102a, 102b.
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Der Klemmstift 104 ist entlang einer axialen Richtung 115 reversibel vor- und rückwärts bewegbar, um die Einsteckelemente 102a, 102b zwischen einem in 1 gezeigten klemmfreien Zustand und einem nicht gezeigten geklemmten Zustand zu überführen. Im klemmfreien Zustand wird die Steckervorrichtung 100 in das Kontaktloch der Leiterplatte eingeführt bzw. daraus herausgezogen. Im geklemmten Zustand ist durch Ausbildung eines Form-, Kraft- bzw. Reibschlusses zwischen den Einsteckelementen 102a, 102b und der Leiterplatte die Steckervorrichtung 100 in vibrationsrobuster Weise mechanisch an der Leiterplatte befestigt und elektrisch mit dieser kontaktiert. Dies führt zu einer besonders guten Eignung der Steckervorrichtung 100 für Automotive Anwendungen, bei denen sowohl hohe elektrische Ströme als auch starke Vibrationseinflüsse auftreten.
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Nach Einstecken der Steckervorrichtung 100 ausgehend von dem in 1 gezeigten Betriebszustand in das Kontaktloch der Leiterplatte wird händisch oder mittels Angreifens eines Schraubenziehers oder eines anderen Werkzeugs an einem Schiebegriff 112 des Klemmstifts 104 der Klemmstift 104 in der axialen Richtung 115 in Richtung eines Endbereich 105 der Steckervorrichtung 100 verschoben. Dadurch bewegt sich der Klemmstift 104 relativ zu den Einsteckelementen 102a, 102b in Richtung des Endbereichs 105 und schiebt sich ausgehend von einem Abschnitt der Einsteckelemente 102a, 102b, entlang welchem sich die Einsteckelemente 102a, 102b parallel zueinander erstrecken, gegen die in dem Endbereich 105 aufeinander zulaufenden bzw. sich verjüngenden Einsteckelemente 102a, 102b. Die sich in dem Endbereich 105 leiterplattenseitig verjüngenden Einsteckelemente 102a, 102b fördern bzw. erleichtern ein Einführen des Endbereichs 105 in das Kontaktloch der Leiterplatte. Der Klemmstift 104 drückt somit die Einsteckelemente 102a, 102b auseinander und führt folglich zu einer Aufspreizung der Einsteckelemente 102a, 102b insbesondere im Endbereich 105, so dass die äußeren Flächen der Einsteckelemente 102a, 102b in ihrem vorderseitigen Bereich gegen die Wandung des Kontaktlochs in der Leiterplatte gepresst und somit mit der Leiterplatte verklemmt werden. Da durch bloßes Hin- und Her-Verschieben des Klemmstifts 104 zwischen den Einsteckelementen 102a, 102b die Klemmkraft wahlweise aufgebracht oder ausgeschaltet werden kann, ist eine reversible Befestigung der Steckervorrichtung 100 an einer Leiterplatte bzw. Abnahme der Steckervorrichtung 100 von der Leiterplatte ermöglicht. Die Steckervorrichtung 100 kann somit viele Male verwendet werden, ohne dass durch das Anlegen und Abnehmen der Klemmkraft deren Befestigungsfähigkeit beeinträchtigt wird.
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Durch den beschriebenen Befestigungsvorgang erfolgt simultan mit dem Befestigen auch eine zuverlässige elektrische Verbindung, die im Berührbereich zwischen Steckervorrichtung 100 und Leiterplatte durch vorzugsweise vier punktförmige oder linienhafte Kontaktflächen zwischen den Einsteckelementen 102a, 102b und einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht im bzw. am Kontaktloch der Leiterplatte ausgebildet wird (vergleiche auch 7).
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Der Klemmstift 104 kann aus demselben oder aus einem anderen Material ausgebildet sein als der aus dem Befestigungsabschnitt 101, dem Übertragungsabschnitt 103 und den Einsteckelementen 102a, 102b ausgestanzte und gebogene Metallplattenkörper. Insbesondere kann sich die Farbe des Klemmstifts 104 von der Farbe dieses Körpers unterscheiden, um dem Benutzer die Betätigung des Klemmstifts 104 intuitiv anzuzeigen. Ist der Klemmstift 104 aus einem elektrisch isolierenden Material wie Kunststoff hergestellt, ist er von den stromführenden Abschnitten der Steckvorrichtung 100 optisch unterscheidbar und dient ferner als isolierende Strombarriere zum Schützen eines die Steckervorrichtung 100 bedienenden Benutzers.
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Durch Umbiegen eines leiterplattenseitigen Endes des Klemmstifts 104 wird eine Art Spreizhilfe oder aufgeweiteter Abschnitt 111 gebildet, welcher beim Vorschieben des Klemmstifts 104 zwischen die verjüngten Abschnitte der Einsteckelemente 102a, 102b die Klemmwirkung vergrößern kann. Der leiterplattenferne Abschnitt des Klemmstifts 104 ist hingegen streifen- bzw. plattenförmig ausgebildet und kann somit reibungsarm zwischen den parallelen Abschnitten der Einsteckelemente 102a, 102b verschoben werden.
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Auch in diesem streifen- bzw. plattenförmigen Abschnitt können lokal aufgeweitete Abschnitte 111 als Spreizhilfe vorgesehen sein, vergleiche 8 und 9
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Obwohl dies in der Figur nicht gezeigt ist, können die aufeinander gleitenden Flächen des Klemmstifts 104 und der Einsteckelemente 102a, 102b mit korrespondierenden Führungsstrukturen (zum Beispiel Führungsnuten und Führungsschienen oder -nasen) ausgestattet sein, um die Bewegungsrichtung zwischen dem Klemmstift 104 und den Einsteckelementen 102a, 102b zu definieren.
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Schließlich weisen die Einsteckelemente 102a, 102b seitliche Auskragungen 113 in Form von entsprechend umgebogenen Abschnitten des Metallblechs auf, die als Stopper oder Anschläge dienen, um ein Ausmaß des Einführens der Steckervorrichtung 100 in das Kontaktloch zu begrenzen und zu definieren. Dadurch kann eine Fehlbedienung der Steckervorrichtung 100 vermieden werden.
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Mit der Steckervorrichtung 100 ist eine in der Herstellung kostengünstige und für einen Benutzer einfach bedienbare Möglichkeit geschaffen, einen einzigen Leiter 110 mittels Direktstecktechnik an einem Kontaktloch einer Leiterplatte mechanisch vibrationsrobust zu befestigen und simultan eine zuverlässige hochstromfähige elektrische Kopplung zu bewerkstelligen, ohne dass dafür eine unlösbare Verbindung zwischen Leiterplatte und Steckervorrichtung 100 (zum Beispiel durch Löten) nötig wäre oder eine im Wesentlichen vollumfängliche Kontaktierung einer hohlzylindrischen Kontaktschicht innerhalb des Kontaktlochs erforderlich wäre. Ausreichend ist vielmehr ein bloßes Einführen der Steckervorrichtung 100 in das Kontaktloch und ein nachfolgendes Verschieben des Klemmstifts 104, der dann die beiden Einsteckelemente 102a, 102b in zueinander entgegengesetzter bzw. antiparalleler Richtung nach außen drückt. Das resultierende Ausbilden elektrischer Punkt- oder Linienkontakte hat sich aus elektrischem wie mechanischem Blickwinkel heraus als absolut ausreichend herausgestellt und ermöglicht eine materialsparende Fertigung sowie einen fehlerrobusten Betrieb.
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2 und 3 zeigen räumliche Ansichten einer Steckervorrichtung 100 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 2 ist gezeigt, dass der Schiebegriff 112, der in 1 als Nase oder Überstand ausgebildet ist, alternativ als separater Clip ausgebildet sein kann.
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In 3 ist gezeigt, dass die Ringstruktur 117, die auch als Abstützung für den Klemmenstift 104 dient, vorgesehen sein kann, um innenseitig eine Stützung mit einer Zunge zu bewirken. Bezugszeichen 300 bezeichnet eine Komponente, die im Stanzwerkzeug zu montieren ist.
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4 zeigt eine Steckervorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in eine Leiterplatte 400 einführbar ist.
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In 4 ist auch die Leiterplatte 400 mit dem kreisrunden Kontaktloch 402 gezeigt. Darüber hinaus weist die Leiterplatte 400 eine Vielzahl weiterer Kontaktlöcher 402 auf, ist jedoch von aufgesetzten Steckbuchsen frei. Die Kontaktlöcher 402 sind mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktierungsschicht 404 in dem Kontaktloch 402 versehen. Elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen den Kontaktlöchern 402 können über Verdrahtungsstrukturen gebildet werden, die sich entlang einer oder beider Hauptflächen der Leiterplatte 400 und/oder im Inneren der Leiterplatte 400 erstrecken können (nicht gezeigt).
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5 zeigt eine Verbindungsanordnung 500 gemäß 4, bei der die Steckervorrichtung 100 in die Leiterplatte 400 eingeführt ist. Ein elektrischer Leiter (nicht gezeigt) kann in dem Befestigungsbereich 110 mittels eines Lottropfens 502 befestigt werden.
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6 zeigt die Verbindungsanordnung 500 gemäß 4 und 5, wobei der Bereich der Steckervorrichtung 100 erkennbar ist, der die Leiterplatte 400 durchdrungen hat. Durch Herunterdrücken des Klemmstifts 104 fährt dieser zwischen die Einsteckelemente 102a, 102b, spreizt diese senkrecht gegen die Bewegungsrichtung des Klemmstifts 104 auf und sorgt folglich für eine formschlüssige Verbindung zwischen der Leiterplatte 400 und der Steckvorrichtung 100.
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7 ist eine schematische Ansicht einer Verbindungsanordnung 500 mit einer Steckervorrichtung 100 gemäß 1 bis 6 und mit einer Leiterplatte 400 mit einem kreisrunden Kontaktloch 402 in der Leiterplattenebene (entspricht der Papierebene gemäß 7) und veranschaulicht, dass alle Berührabschnitte zwischen einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung 404 in dem kreisrunden Kontaktloch 402 der Leiterplatte 400 einerseits und den in diesem Fall zwei Einsteckelementen 102a, 102b andererseits linienförmig (wobei sich die Linien im Wesentlichen senkrecht zu der Papierebene gemäß 7 erstrecken) statt flächig ausgebildet sind.
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In 7 ist mit gestrichelten Linien angedeutet, dass die Einsteckelemente 102a, 102b sich aus der Papierebene von 7 heraus erstrecken und schließlich das Kontaktloch 402 der Leiterplatte 400 durchstoßen. Dadurch bilden sich ausschließlich vier linienhafte Berührkanten 700 (und keine zweidimensionalen Berührflächen) aus, an denen die Einsteckelemente 102a, 102b zum Ausbilden einer mechanischen Befestigungskraft gegen die Kontaktierung 404 gepresst werden und dadurch simultan auch das Ausbilden einer elektrischen Kopplung bewerkstelligen. Das ausschließliche Ausbilden von Berührlinien 700 (statt Berührflächen) resultiert aus der zumindest im Kontaktbereich ungekrümmten, streifenförmigen Formgebung der Einsteckelemente 102a, 102b mit ihren rechtwinkligen Kanten in Kombination mit der kreisrunden Form des Kontaktlochs 402. Indem das gezeigte Ausführungsbeispiel lediglich linienhafte Berührkanten als Berührlinien 700 zum Ausbilden einer stabilen mechanischen und elektrischen Verbindung einsetzt, ist es entbehrlich, einen komplexen Krümmungsverlauf der Außenseiten der Einsteckelemente 102a, 102b auf die Krümmung des Kontaktlochs 402 anzupassen. Dadurch genießt die erfindungsgemäße Steckervorrichtung 100 hinsichtlich der Formgebung der Einsteckelemente 102a, 102b ein hohes Maß an Designfreiheit und ist auch mit ganz verschiedenartig gekrümmten Kontaktlöchern 402 verwendbar. Darüber hinaus ist der Materialbedarf und der Herstellungsaufwand einer solchen Steckervorrichtung 100 sehr gering.
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8 zeigt eine Draufsicht und 9 zeigt eine Seitenansicht eines plättchenförmigen und mittels Stanzens und Biegens bearbeiteten Klemmstifts 104 der Steckervorrichtung 100 gemäß 4 bis 6. In 8 und 9 ist gezeigt, dass an dem Klemmstift 104 lokal aufgeweitete Abschnitte 111 als Spreizhilfe für die Einsteckelemente 102a, 102b vorgesehen sein. Zum einen sind aus dem plättchenförmigen Klemmstift 104 zwei Nasen als lokal aufgeweitete Abschnitte 111 heraus gedrückt, von denen die eine über die eine Hauptfläche und die andere über die andere Hauptfläche des Klemmstifts 104 seitlich hervor steht. Dadurch erfolgt beidseitig des Klemmstifts 104 in einem rückseitigen Bereich der Steckervorrichtung 100 eine nach dem Hebelprinzip besonders wirksame Aufweitung der Einsteckelemente 102a, 102b. Ein weiterer lokal aufgeweiteter Abschnitt 111 ist am leiterplattenseitigen Ende des Klemmstifts 104 als fingerförmige Umbiegung ausgebildet.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/063459 [0003]
- EP 2246939 [0005, 0006]
