DE102017212969B3

DE102017212969B3 - Elektronisches Schaltgerät mit einem Anschlusskabel und ein Prüfungsverfahren

Info

Publication number: DE102017212969B3
Application number: DE102017212969.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Weber; Heribert Höß
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: WO2019020594A1

Abstract

Elektronisches Schaltgerät mit einem Gehäuse 1, einem Anschlusskabel 3 und einer Leiterplatte 2 mit einer elektronischen Schaltung, wobei die Litzen 4 des Anschlusskabels 3 jeweils mit einem auf der Leiterplatte 2 angeordneten und zur Versorgung der elektronischen Schaltung dienenden ersten Kontaktpad 5 verbunden sind, wobei die Litzen 4 des Anschlusskabels 3 erfindungsgemäß jeweils mit einem auf der Leiterplatte 2 angeordneten zweiten Kontaktpad 6 verbunden sind, das von der Elektronikeinheit isoliert ist, näher am Kabeleintritt angeordnet ist, und lediglich der Zugentlastung dient. Außerdem ist ein Verfahren zur Kabelauszugsprüfung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltgerät mit einem Anschlusskabel gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, sowie ein Prüfungsverfahren für eine Kabelauszugsprüfung für den geräteigenen Kabelanschluss. Die Erfindung ist besonders für miniaturisierte Bauformen in einer (Gewinde-) Rundhülse mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm geeignet.
Elektronische Schaltgeräte arbeiten in der Regel berührungslos und werden in großen Stückzahlen vor allem in der Automatisierungstechnik eingesetzt.
Sie bestehen aus einem von außen beeinflussbaren Sensor und einer elektronischen (Auswerte-) Schaltung, welche die Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Sensors durch einen Auslöser auswertet und bei Überschreiten einer Schaltschwelle ein vorzugsweise binäres Schaltsignal ausgibt.
Diese berührungslos arbeitenden elektronische Schaltgeräte werden in verschiedenen Ausführungen, beispielsweise als optische, induktive oder kapazitive Schaltgeräte unter anderem auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
In der überwiegenden Mehrzahl der Anwendungsfälle werden sie über einen Stecker oder ein Kabel mit der zu steuernden Last bzw. einer übergeordneten Auswerteinheit verbunden. Da sie als Massenprodukt Verwendung finden, ist ihre effiziente Herstellung von großer Bedeutung.
Bei den sogenannten Kabelgeräten spielen sowohl eine betriebssichere Kontaktierung als auch die wirksame Zugentlastung des Anschlusskabels eine wichtige Rolle.
Die DE 43 24 917 A1 zeigt ein elektrisches Kontaktelement zur Verbindung eines Kabels mit einer Leiterplatte. Die Anordnung ist für höhere Strombelastungen im Niederfrequenzbereich geeignet. Ein Leiterdraht-Anschlussteil mit einem Kontaktteil ist als kompliziert geformtes einstückiges Blechstanzteil ausgeführt. Die zur Aufnahme des Blechstanzteils vorgesehenen Leiterplattenausnehmungen weisen notwendigerweise lötfähige Ränder auf. Diese Anordnung ist für geringere Strombelastung zu aufwändig. In der DE 103 50 724 A1 ist eine Kabelanschlusseinheit gezeigt, bei dem die Litzen des Anschlusskabels über eine aus einem separaten Leiterplattenelement bestehende Verschaltplatine mit den Anschlussdrähten der Elektronikeinheit verlötet werden. Zur Abdichtung werden die Lötpunkte und die Anschlussdrähte vollständig mit einer Dichtungsmasse, vorzugsweise mit einer Epoxydharzmasse, vergossen. Nachteilig ist unter anderem die Lötverbindung zwischen dem separaten Leiterplattenelement und der Verschaltplatine, die einen separaten und deshalb nur schwer zu automatisierenden zusätzlichen Arbeitsgang erfordert.
Die DE 10 2004 060 416 A1 zeigt eine Anordnung zum Anschluss eines Koaxialkabels, dessen Befestigung auch auf das Ziel einer Zugentlastung gerichtet ist. Hierzu werden die Signalleitung und der Schirm getrennt mit jeweils einem Kontaktpad verlötet.
Die DE 695 13 509 T2 zeigt auch eine Anordnung zur Befestigung eines Koaxialkabels, wobei die Signalleitung und der Schirm separat mit je einem Blechstanzteil verbunden sind.
Die DE 10 2010 034 718 A1 zeigt eine Kontaktstelle zwischen einem auf einem dehnbaren Substrat angeordneten polymerbasierten elastisch dehnbaren elektrischen Leiter und einem weiteren elektrischen Leiter, wobei zu erwartenden Verschiebungen mittels eines Bogens in dem polymerbasierten elastisch dehnbaren elektrischen Leiter ausgeglichen werden.
Schließlich zeigt die DE 10 2009 046 870 B4 ein elektronisches Schaltgerät, bei dem die Litzenenden des Anschlusskabels mit einem vorzugsweise senkrecht angeordneten, zusätzlichen Leiterplattenelement verlötet sind, um so die Zugentlastung zu verbessern. Hier wird der Aufwand für das zusätzliche Leiterplattenelement als Nachteil angesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu überwinden und ein elektronisches Schaltgerät mit Anschlusskabel anzugeben, das eine wirkungsvolle Zugentlastung aufweist, und einfach und kostengünstig zu montieren ist. Dabei soll die Anordnung vorteilhaft als miniaturisiertes elektronisches Schaltgerät ausführbar sein.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Der nebengeordnete Anspruch 5 betrifft ein Verfahren zur Kabelauszugsprüfung für die Zugfestigkeit des Kabelanschlusses eines derartigen Schaltgeräts
Die fortschreitende Miniaturisierung der elektronischen Schaltgeräte hat dazu geführt, dass die verbleibenden Kunststoff-Wandstärken von weniger als 0,5 Millimeter am kabelseitigen Geräteabschluss zu gering sind, um eine Zugfestigkeit von beispielsweise 88 Newton zu erreichen.
Wie sich in überraschender Weise gezeigt hat, können die in der Regel aus Kupfer bestehende Litzen des Anschlusskabels diese Kräfte ohne weiteres aufnehmen und auf eine größere und besser im Gehäuse verankerte, die elektronische Schaltung enthaltende Leiterplatte übertragen. Die Haftreibung zwischen Litze und Kabelmantel ist bei den üblichen Kabellängen von 1 bis 2 Metern völlig ausreichend.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht nun darin, einerseits die mechanische Festigkeit der elektrische Verbindung zu erhöhen, was durch eine Vergrößerung der Kontaktpads oder deren besserer Verankerung in der Leiterplatte ohne weiteres geschehen kann, und andererseits eine von den elektrischen Kontakten unabhängige Zugentlastung zu schaffen, was erfindungsgemäß durch zusätzliche auf derselben Leiterpalte angeordnete von der elektronischen Schaltung isolierte Entlastungspads geschieht, die näher am Kabeleintritt angeordnet sind und mit den Litzen des Kabels verbunden, vorzugsweise verlötet werden.
So kann die Zugfestigkeit des Kabelanschlusses überprüft werden, ohne dass eine elektrische Verbindung mit der elektronischen Schaltung auf der Leiterplatte 2 besteht. Außerdem wird die Montage des Gerätes erleichtert und sowohl Arbeitszeit als auch Material eingespart.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltgerät als vereinfachtes Schnittbild und die 2 die Unterseite der Leiterplatte aus 1 mit einer elektronischen Schaltung.
Die 1 zeigt ein elektronisches Schaltgerät der Anmelderin mit einem bis auf den sensorseitigen Deckel aus Metall bestehen Gewinderohr als Gehäuse 1 und mit einem Anschlusskabel 3 in maßstabsgerechter Darstellung. Der Durchmesser beträgt 8 mm. Im Inneren der Gehäuses 1 befindet sich eine Leiterplatte 2 mit einer nur schematisch dargestellten elektronischen Schaltung und einer hinter dem frontseitigen KunststoffDeckel angeordneten Sensoreinheit, beispielsweise einer Sensorspule.
Eine Litze 4 des Anschlusskabels 3 ist in bekannter Weise mit einem Kontaktpad 5 verlötet, und somit elektrisch mit der elektronischen Schaltung verbunden. Der Einfachheit halber ist nur eine Litze 4 auf der Oberseite der Leiterplatte 2 dargestellt. Zwei weitere Litzen 4 sind auf der Unterseite der Leiterplatte verlötet, ohne die Erfindung auf diese Anzahl beschränken zu wollen.
Ein erfindungsgemäß auf derselben Leiterplatte angeordnetes und ausschließlich zur Zugentlastung dienendes zweites Kontaktpad 6 (Entlastungspad) ist ebenfalls mit der Litze 4 verlötet, aber nicht mit den anderen Leiterbahnen der elektronischen Schaltung verbunden. Wie bereits oben ausgeführt, kann nun eine Kabelauszugsprüfung ohne eine elektrische Verbindung zur Auswerteschaltung erfolgen.
Der Kabelstopfen 7 ist durch Umspritzen hergestellt. Er besteht aus einem Elastomer. Seine Wandstärke liegt stellenweise unter 0,3 mm.
Das Gehäuse 1 muss nicht zwingend ein Formteil aus Metall oder Kunststoff enthalten, sondern kann auch vollständig durch Umspritzen hergestellt werden.
Die 2 zeigt die Unterseite der Leiterplatte 2 in einer vergrößerten schematischen Darstellung.
Hier sind jeweils zwei elektrisch mit der Schaltung verbundene erste Kontaktpads 5 und zwei von der Schaltung isolierte zweite Kontaktpads (Entlastungspads) 6 vorhanden. Die Litzen 4 sind nicht dargestellt. An der Vorderseite (links) ist eine Sensoreinheit angedeutet
Die Entlastungspads 6 sind etwas größer ausgeführt, um die oben erwähnten Zugkräfte aufnehmen zur können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer mehrlagigen Leiterplatte 2 kann sich ein zweites Kontaktpad 6 über mehrere Lagen erstrecken, die über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, was dessen Verankerung in der Leiterplatte verbessert und damit die Zugfestigkeit erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Litze 4 zwischen den beiden Kontaktpads 5, 6 als Schleife ausgebildet sein, was die Kontaktpads mechanisch vollständig entkoppelt, so dass jegliche Zugbelastung auf das erste Kontaktpad 5 vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kabelauszugsprüfung des Kabelanschlusses besteht, wie bereits oben erwähnt, darin, dass die Litzen 4 des Kabels 3 bei der Prüfung lediglich mit dem von der elektronischen Schaltung isolierten zweiten Kontaktpad 6, nicht aber mit einem ersten, zur Versorgung der elektronischen Schaltung dienenden Kontaktpad 5 verbunden (verlötet) werden.
Die elektronische Schaltung ist elektrisch vom Kabel getrennt und die hier erreichte Zugbelastbarkeit stellt einen Mindestwert dar, der im Betriebsfall nicht unterschritten werden kann.
Wesentlich für die Erfindung ist die nahezu vollständige Übertragung der Zugkräfte vom Kabelmantel auf die Litzen 4 und über die Entlastungspads 6 direkt auf die ins Gehäuse 1 eingebettete Leiterplatte 2 nahezu ohne zusätzlichen Material oder Arbeitsaufwand.
Außerdem schafft das erfindungsgemäße Verfahren die notwendige Voraussetzung für eine Kabelauszugsprüfung unter den originalen Bedingungen aber ohne die elektrische Verbindung zur Geräteelektronik.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse (Gewindehülse aus Metall oder Kunststoff)
2: Leiterplatte, auch als Keramikträger ausgeführt. oder Keramikträger, o. ä.
3: Kabel (Anschlusskabel), mehradrig
4: Litzen des Anschlusskabels 3, an den Enden ab isoliert
5: Erstes Kontaktpad zu elektronischen Verbindung
6: Zweites Kontaktpad zur Befestigung der Litzen 4 des Kabels 3, (Entlastungspad)
7: Kabelstopfen

Claims

Elektronisches Schaltgerät mit einem Gehäuse (1), einem Anschlusskabel (3) und einer Leiterplatte (2) mit einer elektronischen Schaltung, wobei die Litzen (4) des Anschlusskabels (3) jeweils mit einem auf der Leiterplatte (2) angeordneten und zur Versorgung der elektronischen Schaltung dienenden ersten Kontaktpad (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (4) des Anschlusskabels (3) jeweils mit einem auf der Leiterplatte (2) angeordneten zweiten Kontaktpad (6) verbunden sind, das von der Elektronikeinheit isoliert ist, näher am Kabeleintritt angeordnet ist, und ausschließlich zur Zugentlastung dient.
Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktpad (5) kleiner ist als das zweite Kontaktpad (6) ist und deshalb weniger Zugkräfte aufnehmen kann.
Elektronisches Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) mehrere Lagen aufweist, das zweite Kontaktpad (6) sich über mehrere Lagen erstreckt, die über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, wobei die Zugfestigkeit des Kabelanschlusses erhöht wird.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (4) zwischen dem ersten Kontaktpad (5) und dem zweiten Kontaktpad (6) als Schleifen ausgebildet sind, wobei jegliche Zugbelastung auf das erste Kontaktpad (5) vermieden wird.
Verfahren zur Prüfung der Zugfestigkeit des Kabelanschlusses eines elektronischen Schaltgeräts gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (4) des Kabels (3) bei der Prüfung lediglich mit einem von der elektronischen Schaltung isolierten zweiten Kontaktpad (6), nicht aber mit einem ersten zur Versorgung der elektronischen Schaltung dienenden Kontaktpad (5) verbunden sind.