DE102017116342A1

DE102017116342A1 - Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art eines Bussystems

Info

Publication number: DE102017116342A1
Application number: DE102017116342.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Aporius; Wolfgang Sichmann
Original assignee: Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Current assignee: Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2018-02-08
Also published as: DE202016104297U1

Abstract

Eine Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art von einem oder mehreren Busleitern eines Bussystems, wobei die Leiterplatten (1a, 1b, 1c) vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind, und wobei an den Leiterplatten (1a, 1b, 1c) einer oder mehrere Randabschnitte (3) vorgesehen sind, die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildet sind, wobei die Leiterplattenrandverbinder jeweils direkt mit einem vorzugsweise S- oder W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelement (5) kontaktiert sind, die ferner jeweils direkt mit einer Stromschiene oder mehreren Stromschienen (2a, 2b; 2c, 2d) oder mit Stromschienenelementen wie Brückenelementen (9a, 9b) des Bussystems verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art von einem oder mehreren Busleitern wenigstens eines Bussystems.
Derartige Leiterplattenanordnungen sind in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Zur Realisierung der leitenden Verbindung werden dabei in der Regel mehrere Steckelemente je Leiterplatte benötigt.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfach aufgebaute Leiterplattenanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Sie schafft zudem eine Reihenbausteinanordnung mit aneinander gereihten Elektronikgehäusen und mit einer Leiterplattenanordnung nach einem der darauf gerichteten Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nach Anspruch 1 wird eine Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art von einem oder mehreren Busleitern eines Bussystems geschaffen, wobei die Leiterplatten vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind, und wobei an den Leiterplatten ein oder mehrere Randabschnitte vorgesehen sind, die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildet sind, wobei die Leiterplattenrandverbinder jeweils direkt mit einem vorzugsweise S- oder W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelement kontaktiert sind, das ferner jeweils direkt mit einer Stromschiene oder mehreren Stromschienen oder mit Stromschienenelementen wie Brückenelementen des Bussystems verbunden ist.
Damit wird die Kontaktvorrichtung je Busleiter auf nur ein nicht einstückig mit der Leiterplatte oder den Stromschienen oder den Brückenelementen ausgebildetes Teil – das Klemmfeder-Kontaktelement – reduziert. Die übrigen Teile der Kontaktvorrichtung bilden je Busleiter der Leiterplattenrandverbinder und direkt die Stromschiene bzw. wenigstens eine einstückig mit der Stromschiene ausgebildete Kontaktfahne, die somit einen Teil der Stromschiene ausbildet. Alternativ können auch Brückerelemente vorgesehen sein, mit welchen der Bus realisiert ist.
Eine solche Leiterplattenanordnung ist vorzugsweise ein Teil einer Reihenbausteinanordnung. Diese umfasst bevorzugt ein Bussystem, welches sich für Leistungsströme eignet, sowie Reihenbausteine, die in einer Anreihrichtung vorzugsweise auf einer Montagebasis, insbesondere einer Tragschiene oder an Stromschienen auf einer Wand, aneinander gereiht angeordnet sind. Die Reihenbausteine weisen jeweils ein Elektronikgehäuse auf, in dem zumindest eine der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass die Leiterplatte elektrische Bauteile umfasst, so dass sie eine elektrische Baugruppe bildet.
Das Bussystem, welches im Folgenden auch als Energiebussystem bezeichnet ist, ist vorzugsweise außerhalb des Elektronikgehäuses geführt, um einen schnellen Zugriff zu ermöglichen und die Montage zu erleichtern. Es umfasst bevorzugt zumindest eine oder mehrere der Stromschienen je Busleiter (also je Potential), die in Bezug auf ihren Querschnitt, ihren Durchmesser und das verwendete Material entsprechend den Anforderungen an die zu übertragene Leistung anpassbar sind.
Durch Verbinden der Reihenbausteine mit der Stromschiene ist eine sehr schnelle und sichere Anbindung der Reihenbausteine mit dem auf dieser Stromschiene geführten Bussignal beziehungsweise mit der auf dieser Stromschiene geführten Leistung möglich.
Es ist anzumerken, dass der Begriff des Leiterplattenrandverbinders im Sinne dieser Schrift nicht zu eng zu fassen ist. Wenigstens eine leitende und kontaktierbare Kontaktzone an einer der Außenseiten der Leiterplatten kann einen entsprechenden Leiterplattenrandverbinder bereits ausbilden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei weitere Vorteile der Erfindung deutlich werden. Es zeigt:
1 in a) eine perspektivische Ansicht einer Leiterplattenanordnung mit mehreren Leiterplatten sowie Busschienen und mehreren Klemmfeder-Kontaktelementen zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung mit den Busschienen und in b) und c) zwei verschiedene perspektivische Ansichten einer Leiterplattenanordnung nach Art der 1a) mit zugehörigen aneinander gereihten Elektronikgehäusen;
2 in a) und b) verschiedene perspektivische Ansichten einer weiteren Leiterplattenanordnung mit mehreren Leiterplatten sowie mit zwei Busschienen und mehreren Klemmfeder-Kontaktelementen zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung mit den Busschienen und in c) und d) zwei verschiedene perspektivische Ansichten einer Leiterplattenanordnung nach Art der 2a) und b) mit aneinander gereihten Elektronikgehäusen;;
3 in a) und b) verschiedene perspektivische Ansichten einer weiteren Leiterplattenanordnung mit mehreren Leiterplatten sowie mit mehreren Klemmfeder-Kontaktelementen und mit Brückenelementen zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung miteinander und in c) und d) zwei verschiedene perspektivische Ansichten einer Leiterplattenanordnung nach Art der 3a) und b) mit aneinander gereihten Elektronikgehäusen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Leiterplattenanordnung 1 aus mehreren parallel zueinander ausgerichteten Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ...
Die Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... der Leiterplattenanordnung 1 können jeweils in aneinandergereihten Elektronikgehäusen 13a, 13b, 13c, angeordnet sein, was beispielhaft in 1b) und c) dargestellt ist. Es wird zudem auf 2c) und 2d) und 3c) und 3d) verwiesen.. Sie können aber auch in einem übergeordneten gemeinsamen Elektronikgehäuse angeordnet sein (wobei diese letztere Variante hier nicht dargestellt ist). Die Elektronikgehäuse 13a, b, c, ... sind an einer ihrer Seiten ganz oder teilweise geöffnet ausgebildet, so dass wenigstens ein Randbereich der jeweiligen Leiterplatte 1a, 1b, 1c, ... derart an dieser ganz oder teilweise offenen Seite zugänglich ist.
Senkrecht zu den Leiterplatten 1a, 1b, 1c, verlaufen eine oder mehrere Stromschienen, hier beispielhaft zwei Stromschienen 2a, 2b. Diese Stromschienen 2a, 2b dienen beispielsweise zur Realisierung von einem oder mehreren entsprechenden – hier zwei – Busleitern eines Energie- und/oder Datenbussystems, um die Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... und ggf. an diese angeschlossene Komponenten (letztere nicht dargestellt) mit Energie zu versorgen und/oder um einen Datenaustausch mit Hilfe dieser Stromschienen 2a, 2b zu realisieren. Die eine oder mehreren Stromschienen 2a, 2b verlaufen vorzugsweise außerhalb der Elektronikgehäuse 13a, 13b, 13c, ..., so dass sie gut zugänglich sind.
In einem kartesischen Koordinatensystem – siehe 1 – mit X-, Y, Z-Achsen liegen die Leiterplatten 1a, 1b, 1c jeweils ganz oder zu ihrem überwiegenden Teil in der X-/Y-Ebene oder parallel zu dieser Ebene. Die Haupterstreckungsrichtung der Stromschienen 2a, 2b ist dagegen die Z-Richtung senkrecht zu dieser Ebene.
Um auf einfache Weise eine leitende Verbindung zwischen den Leiterplatten 1a, 1b und den Stromschienen 2a, 2b, 2c zu realisieren, ist nach 1 bis 3 jeweils vorgesehen, dass die Leiterplatten 2a, 2b, 2c, jeweils einen oder mehrere – hier zwei – einstückig mit den Leiterplatten ausgebildete Randabschnitte 3 aufweisen, die als Leiterplattenrandverbinder ausgelegt sind. Die als Leiterplattenrandverbinder ausgelegten Randabschnitte 3 können stegartig von der übrigen Leiterplatte 1a, 1b, 1c, ... in deren Ebene oder in einer anderen dazu winkligen Ebene vorstehen, was vorteilhafte konstruktive Varianten ermöglicht, wie sie beispielhaft die 1, 2 und 3 zeigen. Dies ist vorteilhaft, aber nicht zwingend. Die als Leiterplattenrandverbinder ausgelegten Randabschnitte 3 können auch nicht stegartig von der übrigen Leiterplatte 1a, 1b, 1c, ... vorstehen.
Dies bedeutet, dass an diesen Randabschnitten 3 jeweils an einer oder beiden Außenseite(n) geeignete Kontaktbereiche (hier nicht dargestellt) wie Leiterbahnen ausgebildet sind, die mit Kontakten, insbesondere Federkontakten, kontaktierbar sind.
Um auf einfache Weise eine leitende Verbindung zwischen den Leiterplattenrandverbindern der Randabschnitten 3 und den Stromschienen 2a, 2b zu realisieren, werden S- oder W-förmige Klemmfeder-Kontaktelemente 5 eingesetzt, die aus einem leitenden Material hergestellt sind. Vorzugsweise werden je Leiterplatte 1a, 1b, 1c, ... zwei der Klemmfeder-Kontaktelemente 5 verwendet.
Die Klemmfeder-Kontaktelemente 5 sind federnd ausgebildet und weisen somit eine federnde Rückstellkraft auf. Sie sind ferner vorzugsweise als metallisch gut leitendes Stanzbiegeteil einstückig ausgebildet und daher sehr kostengünstig gefertigt.
Das W-förmige Klemmfeder-Kontaktelement 5 der 1 bis 3 ist besonders vorteilhaft. Es weist drei Aufnahmetulpen 51, 52, 53 auf. Davon sind zwei Aufnahmetulpen 51, 53 von einer ersten Richtung –X aus zugänglich, während die dritte Aufnahmetulpe 52 von einer der ersten Richtung –X entgegen gesetzten zweiten Richtung X aus zugänglich ist. Die von der zweiten Richtung X aus zugängliche Aufnahmetulpe 52 ist zwischen den beiden von der ersten Richtung –X aus zugänglichen Aufnahmetulpen 51, 53 ausgebildet, so dass sich in der Seitenansicht und im Querschnitt ein kompakter Aufbau mit einer W-Form ergibt.
Die Aufnahmetulpen 51, 52, 53 sind zur Aufnahme elektrischer Verbindungselemente vorgesehen. Dabei ist bevorzugt, dass die mittlere (von der zweiten Richtung X aus zugängliche) Aufnahmetulpe 52 jeweils zur kontaktierenden Aufnahme von einem der Randabschnitte 3 der Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... genutzt wird, die als Leiterplattenrandverbinder ausgelegt sind.
Die beiden Aufnahmetulpen 51, 53, die aus der ersten Richtung –X zugänglich sind, werden dagegen zur leitenden Kontaktierung von einer oder mehreren Kontaktfahnen 6a, 6b – vorzugsweise zwei Kontaktfahnen 6a, 6b – genutzt, die einstückig mit den Stromschienen 2a, 2b verbunden sind. Es ist besonders vorteilhaft, wenn je Stromschiene 2a, 2b und je Leiterplatte zwei der Kontaktfahnen 6a, 6b vorgesehen sind, um derart auch höhere Leistungen sicher übertragen zu können.
Nach 1 ist vorgesehen, dass die Kontaktfahnen 6a, 6b parallel zu den Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... und somit senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung Z der Stromschienen 2a, 2b ausgerichtet sind. Die beiden Kontaktfahnen 6a, 6b sind dazu jeweils über einen Biegesteg 7 mit einer der eigentlichen Stromschienen 2a, 2b einstückig verbunden. Die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildeten Randabschnitte 3 der Leiterplatten sind nach 1 ebenfalls parallel zu den eigentlichen Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... ausgerichtet bzw. fluchten mit diesen.
Es ist auch denkbar, anstelle eines in Seitenansicht W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelementes ein in Seitenansicht S-förmiges Klemmfeder-Kontaktelement 5 einzusetzen, wobei dann in die eine Kontakttulpe der Leiterplattenrandverbinder und in die andere jeweils die Stromschiene oder ein an der Stromschiene ausgebildetes Element eingreifen (diese Variante ist hier nicht dargestellt). Das W-förmige Klemmfeder-Kontaktelement 5 bietet demgegenüber den Vorteil des jeweiligen Anschlusses/Kontaktierens von zwei Stromschienen 2a, 2b oder Kontaktfahnen 6a, 6b gleichen Potentials zum Erhöhen der Stromtragfähigkeit.
Nach 2a, b ist vorgesehen, dass jeder Bus zwei Stromschienen 2a, 2b bzw. 2c, 2d aufweist, Es werden dann jeweils zwei der Stromschienen 2a, 2b oder 2c, 2d direkt in die beiden äußeren Aufnahmetulpen 51, 53 eingesetzt. Umgebogene Kontaktfahnen 6a, 6b an den Stromschienen 2a, 2b, 2c, 2d sind dann nicht erforderlich. Zur Realisierung von zwei Potentialen sind dann insgesamt vier Stromschienen 2a–2d vorteilhaft und zwei der W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelemente 5 je Leiterplatte 1a, 1b, 1c, ....
In die jeweils mittleren Kontakttulpen 52 der W-förmigen Kontaktelemente 5 sind auch nach 2 wiederum die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildeten Randabschnitte 3 der Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... eingesetzt. Dazu sind die Randabschnitte 3 senkrecht zu den eigentlichen Leiterplattenebenen XY) in der X-/Z-Ebene ausgerichtet. Die Leiterplatten 1a, 1b dieser Variante sind insofern vorzugsweise als dreidimensionale Leiterplatten ausgebildet. Dabei sind die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildeten Randabschnitte 3 hier über 90°-Biegebereiche 8a, 8b mit der übrigen Leiterplatte 1a, 1b verbunden.
Nach der Variante der 3 weisen die Leiterplatten 1a, 1b, 1c jeweils wiederum zwei der Randabschnitte 3 als Leiterplattenrandverbinder auf. Diese liegen in den Ebenen der Leiterplatten 1a, 1b, 1c, die sich insoweit wiederum in der X-/Y-Ebene erstrecken. Die Randabschnitte 3 greifen in die mittleren Kontakttulpen 52 der W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelemente 5 ein.
Um Energie- und/oder Datenbusse über mehrere der Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... hinweg zu realisieren, sind je Leiterplatte (eines oder mehrere, hier zwei) U-förmige Brückenelemente 9a, 9b vorgesehen, die zwei zueinander parallele Längsschenkel 10, 11 und einen Grundschenkel 12 aufweisen.
Die beiden Längsschenkel 10, 11 jedes Brückenelementes 9a, 9b greifen in die seitlichen Kontakttulpen 51, 53 benachbarter Klemmfeder-Kontaktelemente 5 benachbarter Leiterplatten 1a und 1b oder 1b und 1c usw. ein. Derart werden aus der Reihung von Brückenelementen 9a, 9b und Klemmfeder-Kontaktelementen 5 über mehrere der Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... hinweg Busleiter für ein Bussystem ausgebildet, wobei hier keine durchgängigen Stromschienen erforderlich sind. Derart lassen sich einfach und zuverlässig innerhalb einer Leiterplattenanordnung mit mehreren Leiterplatten 1a, 1b, 1c, ... ein oder mehrere Energie- und /oder Datenbusleiter realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplattenanordnung
1a, 1b, 1c, ...: Leiterplatten
2a, 2b; 2c, 2d: Stromschienen
3: Randabschnitte
4: Leiterplattenrand
5: Klemmfeder-Kontaktelemente
51, 52, 53: Aufnahmetulpen
6a, 6b: Kontaktfahnen
7: Biegesteg
8a, 8b: Biegebereiche
9a, 9b: Brückenelemente
10, 11: Längsschenkel
12: Grundschenkel
13a, 13b, 13c: Elektronikgehäuse

Claims

Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art von einem oder mehreren Busleitern eines Bussystems, wobei die Leiterplatten (1a, 1b, 1c) vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind, und wobei an den Leiterplatten (1a, 1b, 1c) einer oder mehrere Randabschnitte (3) vorgesehen sind, die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildet sind, wobei die Leiterplattenrandverbinder jeweils direkt mit einem vorzugsweise S- oder W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelement (5) kontaktiert sind, die ferner jeweils direkt mit einer Stromschiene oder mehreren Stromschienen (2a, 2b; 2c, 2d) oder mit Stromschienenelementen wie Brückenelementen (9a, 9b) des Bussystems verbunden sind.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Randabschnitte (3), welche den oder die Leiterplattenrandverbinder ausbilden, stegartig an der Leiterplatte(n) (1a, 1b, 1c, ...) ausgebildet sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes S- oder W-förmige Klemmfeder-Kontaktelement (5) zwei oder drei Aufnahmetulpen (51, 52, 53) aufweist, von welchen eine oder zwei Aufnahmetulpen (51, 53) aus einer ersten Richtung –X aus zugänglich sind, während eine weitere Aufnahmetulpe (52) von einer der ersten Richtung –X entgegen gesetzten zweiten Richtung X aus zugänglich ist.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Randabschnitte (3) und die übrige zugehörige Leiterplatte (1a, 1b, 1c ...) jeweils fluchtend in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die stegartigen Randabschnitte (3) und die übrige zugehörige Leiterplatte (1a, 1b, 1c ...) winklig, insbesondere rechtwinklig zueinander ausgebildet sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder zwei der Stromschienen (2a, 2b; 2c, 2d) direkt in eine oder zwei der Aufnahmetulpen der Klemmfeder-Kontaktelemente (5) eingesetzt sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der oder den Stromschienen (2a, 2b; 2c, 2d) eine oder mehrere Kontaktfahnen (6) ausgebildet sind, welche einstückig mit den Stromschienen (2a, 2b) über Biegebereiche (7) verbunden sind und welche in die eine oder die zwei Aufnahmetulpen der Klemmfeder-Kontaktelemente (5) eingesetzt sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktfahnen (6) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (Z) der Stromschienen (2a, 2b) ausgerichtet sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Kontaktfahnen (6) jeweils über einen Biegebereich (7) mit der übrigen Stromschiene (2a, 2b) verbunden sind.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Leiterplattenrandverbinder der Leiterplatten (1a, 1b, 1c, ...) jeweils in die mittleren Kontakttulpen (52) der W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelemente (5) eingreifen.
Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass U-förmige Brückenelemente (9a, 9b) vorgesehen sind, die jeweils zwei zueinander parallele Längsschenkel (10, 11) und einen Grundschenkel (12) aufweisen, wobei die beiden Längsschenkel (10, 11) jedes Brückenelementes (9a, 9b) in die zueinander gerichteten Kontakttulpen (51, 53) benachbarter Klemmfeder-Kontaktelemente (5) benachbarter Leiterplatten (1a, 1b, 1c, ...) eingreifen, so dass sich infolge der Reihung von Brückenelementen (9a, 9b) und Klemmfeder-Kontaktelementen (5) über mehrere der Leiterplatten hinweg einer der Busleiter des Bussystems ausbildet.
Reihenbausteinanordnung mit aneinander gereihten Elektronikgehäusen (13a, 13b, 13c, ...) und mit wenigtens einer Leiterplattenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.