DE102017219193B3 - Steckbares Ensemble - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein steckbares Ensemble aufweisend eine elektrische Einrichtung (E), einen Sockel (S) zur Aufnahme der elektrischen Einrichtung (E), eine Leiterplatte (P) und zumindest zwei Kontaktelemente (K), wobei die Leiterplatte (P) mindestens zwei Öffnungen (Ö) mit jeweils einer Kontaktfläche (KF) aufweist, wobei die Kontaktelemente (K) ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, wobei die Kontaktelemente (K) je mindestens zwei in einer Ebene gegeneinander federbare Abschnitte (A1, A2) aufweisen, wobei die gegeneinander federbaren Abschnitte (A1, A2) einen Bereich aufweisen, der im aufgefederten Zustand eine Breite (b) aufweist, die größer als der Durchmesser der Öffnung (d2, d4) ist, und der in einem Zustand, in dem das betreffende Kontaktelement (K) in die Öffnung (Ö) eingefügt ist, eine innere Öffnung (IÖ) bildet, in die der Kontaktstift (KS) eingeführt werden kann, wobei das Kontaktelement (K) weiterhin zumindest einen Anschlagbereich (AB) aufweist, sodass das Kontaktelement (K) nicht durch die Öffnung (Ö) hindurch geschoben werden kann, wobei der Sockel (S) zumindest zwei Sockelöffnungen (SÖ) aufweist, wobei die Sockelöffnungen (SÖ) zumindest abschnittsweise einen größeren Durchmesser aufweisen als die entsprechende Öffnung (Ö) in der Leiterplatte (P), wobei die Kontaktelemente (K) eingeführt in die Öffnungen (SÖ) des Sockels (S) und die Öffnungen (Ö) der Leiterplatte (P) den Sockel (S) auf der Leiterplatte (P) mechanisch halten, wobei die elektrische Einrichtung (E) zumindest zwei Kontaktstifte (KS) aufweist, wobei die zumindest zwei Kontaktstifte (KS) in die Kontaktelemente (K) eingeführt sind, wobei die Kontaktelemente (K) die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften (KS) und jeweiligen Kontaktflächen (KF) herstellen.

Description

  • Hintergrund
  • Es ist bekannt elektrische Geräte mit unterschiedlichen Baugruppen auszustatten. Allerdings stellt die Bestückung einen zunehmenden Zeit- und Kostenfaktor dar. Bisherige Geräte benutzten neben einer mechanischen Bestückung auch eine Verlötung. Lötvorgänge sind jedoch zeitlich aufwändig, erfordern eine hohes Maß an Vorplanung, sodass z.B. thermisch sensitive Bereiche später bestückt und befestigt oder aber thermisch geschützt werden, und ein hohes Maß an Sicherheit erfordern, sodass Prozessstoffe wie z.B. Flussmittel nicht die Umgebung belasten, usw..
  • Insbesondere bei Überspannungsschutzgeräten ist dies problematisch, da diese in aller Regel eine thermische Abtrennstelle aufweisen. Neben der thermischen Abtrennstelle kann aber auch die eigentliche Überspannungsschutzeinrichtung und/oder eine Schmelzsicherung durch einen Lötvorgang vorgeschädigt werden.
  • Zwar gab es in der Vergangenheit Bestrebungen dies durch gelötete Sockel anzugehen, jedoch bedurften auch die Sockel einer Verlötung und teilweise einer zusätzlichen mechanischen Befestigung. D.h., zwar konnten negative Einflüsse auf die thermische Abtrennstelle und/oder die Überspannungsschutzeinrichtung minimiert werden, es verblieben jedoch zusätzliche Prozessschritte.
  • Beispielsweise ist aus der Patentanmeldung DE 10 2015 119 484 A1 ein in einem Steckergehäuse befindlicher Steckkontakt bekannt, der in ein Kontaktloch einer Leiterplatte eigeführt wird.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2011 118 908 A1 ein Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten Überspannungsschutzgeräten auf einem Verdrahtungsträger bekannt. Der Verdrahtungsträger wird auf einer Leiterplatte aufgelötet.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2014 112 722 A1 ein Adapter zur Montage von als Steckmodule ausgeführten ein- oder mehrpoligen Überspannungsschutzgeräten sowie Verwendung eines derartigen Adapters bekannt. Der Adapter kann über eine seitliche Verschiebung auf der Leiterplatte fixiert werden. Durch die seitliche Verschiebung / Arretierung sind die Kontaktaufnahmen (auf der Leiterplatte) und die Durchbrüche für die Steckermetalle deckungsgleich und der Stecker kann gesteckt werden. Durch den Stecker (inklusive der Verrastung) und die Steckermetalle wird die Kombination fixiert.
  • Allen bisherigen Lösungen ist gemein, dass sie zusätzliche Arbeitsschritte bedürfen und somit kostenintensiv sind.
  • Aus der JP 2001 - 332 328 A ist ein steckbares Ensemble bekannt, bei dem ein Kontaktstift in eine metallische Öse, welche sich in einer Öffnung einer Platte befindet, eingeführt werden kann. Die Öse stellt dabei eine seitliche Kontaktierung zur Verfügung. Der Stift wird dabei nur in eine Tulpe oberhalb der Platte eingeführt. Solche Anordnungen sind zwar schnell montierbar stellen jedoch auf Grund der Konstruktion nur einen geringen Schutz gegen Herausrütteln zur Verfügung.
  • Aus der DE 89 14 492 U1 und aus der DE 10 2011 121 062 A1 sind unterschiedliche Kontaktelemente bekannt, die eine elektrische Verbindung zur Verfügung eines Kontaktstiftes auf eine Paltine zur Verfügung stellen können.
  • Aufgabe
  • Es wäre daher wünschenswert eine Lösung anzubieten, die mit wenigen Arbeitsschritten eine mechanische Halterung und eine elektrische Verbindung zur Verfügung stellen kann.
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein steckbares Ensemble mit derartigen Kontaktelementen gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche, Figuren und der detaillierten Beschreibung.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
    • 1-4 einen Steckvorgang eines erfindungsgemäßen Kontaktelements,
    • 5 eine Ansicht eines Abschnittes einer Leiterplatte zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Kontaktelement,
    • 6a, 6b Verwendung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements mit unterschiedlichen Dicken einer Leiterplatte bzw. Öffnungsgrößen in einer Leiterplatte,
    • 7-9 einen Steckvorgang eines erfindungsgemäßen steckbaren Ensembles,
    • 10 ein Detail eines erfindungsgemäßen steckbaren Ensembles in einem ersten Zustand,
    • 11 ein Detail eines erfindungsgemäßen steckbaren Ensembles in einem zweiten Zustand, und
    • 12 eine explosionsartige Darstellung eines Details des erfindungsgemäßen steckbaren Ensembles.
  • Ausführliche Darstellung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschreiben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können.
  • D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
  • Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird ohne die Verwendung mehrerer Entitäten auszuschließen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Kontaktelement K zur Verbindung einer steckbaren elektrischen Einrichtung E mit einer Leiterplatte P bereitgestellt. Die Leiterplatte P weist hierzu - wie in 5 (von unten) gezeigt - mindestens eine Öffnung Ö mit einer Kontaktfläche KF auf. Die Kontaktfläche KF kann z.B. ein herkömmliches Lötauge sein, wobei es für die Erfindung keiner Verlötung bedarf.
  • Die elektrische Einrichtung E weist mindestens einen elektrischen Kontaktstift KS auf.
  • In aller Regel wird eine elektrische Einrichtung E mit zwei oder mehr elektrischen Kontakten, d.h. mit zwei oder mehr Kontaktelementen K / Kontaktstiften KS, versehen sein. Für das Verständnis der Erfindung ist die Beschreibung in Bezug auf ein Kontaktelement jedoch ausreichend, da dies stellvertretend für die anderen Kontaktelemente K / Kontaktstifte KS ist.
  • Das Kontaktelement K weist ein elektrisch leitfähiges Material auf. Das Kontaktelement K weist - wie aus 1-4, 6a und 6b ersichtlich - zwei in einer Ebene gegeneinander federbare Abschnitte A1, A2 auf. Die gegeneinander federbaren Abschnitte A1, A2 weisen einen Bereich auf, der im aufgefederten Zustand - siehe 1 - eine Breite b aufweist, die größer als der Durchmesser der Öffnung d2, d4 ist, und der in einem Zustand, in dem das Kontaktelement K in die Öffnung (Ö) eingefügt ist - siehe 3 -, eine innere Öffnung IÖ bildet, in die der Kontaktstift KS eingeführt werden kann.
  • Das Kontaktelement K weist weiterhin zumindest einen Anschlagbereich AB auf, sodass das Kontaktelement K nicht durch die Öffnung Ö hindurch geschoben werden kann.
  • D.h. mittels der vorgestellten Kontaktelemente K kann auf einfache Weise eine Verrastung bereitgestellt werden, die keine weiteren Bauelemente oder weitere Verfahrensschritte benötigt.
  • Die Kontaktelemente K sind so ausgestaltet, dass der Sockel problemlos durch die Leiterplatte P gesteckt werden. Ein eventuell hiermit gehaltener Sockel / weiteres Element S selbst besitzt bereits durch die Ausgestaltung der Kontaktelemente K eine geringe Kraft F1 und somit eine Verriegelung, wodurch ein Festsitz mit der Leiterplatte P sichergestellt werden kann. Wird in einem Prozessschritt - siehe 3 und 4 - ein Kontaktstift KS eingesteckt, erhöht sich durch den Kontaktstift KS die Anpresskraft F2 der Kontaktelemente K.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die innere Öffnung IÖ trichterförmig ausgestaltet, sodass ein Kontaktstift ohne Weiteres eingeführt werden kann und eine führende/zentrierende Funktion zur Verfügung stellt. Dies erleichtert das Einbringen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt das Kontaktelement K für einen eingebrachten Kontaktstift KS eine Presspassung zur Verfügung. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Kontaktstift und damit eine elektrische Einrichtung E zuverlässig gehalten werden kann, sodass z.B. Vibrationen oder eine Über-Kopf-Montage folgenlos sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Kontaktstift KS ein gestanztes Blech. Ebenso kann auch das Kontaktelement K ein gestanztes (und eventuelle gebogenes) Blech sein. D.h. die Elemente können kostengünstig hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt das Kontaktelement K weiterhin eine mechanische Halterung für eine andere Einrichtung S, z.B. einen Sockel - wie in den 7-12 gezeigt - zur Verfügung. Die andere Einrichtung S weist dann eine Sockelöffnungen SÖ mit zumindest abschnittsweise einen größeren Durchmesser auf als die Öffnung Ö in der Leiterplatte P. D.h., die andere Einrichtung S kann z.B. eine sich z.B. trichterförmig erweiternde Öffnung aufweisen, die in einem Bereich, der benachbart zur Leiterplatte P befindlich sein soll, eine (nahezu) identische Sockelöffnungen SÖ aufweist, während in einem anderen Bereich die Sockelöffnungen SÖ größer ist. Hierdurch kann z.B. der trichterförmige obere Bereich des Kontaktelementes nachempfunden sein, sodass zwar zum einen die andere Einrichtung S an der Leiterplatte P gehalten werden kann, zum anderen aber die Einbringung eines Kontaktstiftes KS nicht behindert wird.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind die zwei in einer Ebene gegeneinander federbaren Abschnitte A1, A2 Bestandteil eines Elementes. D.h. die federnden Abschnitte können in einem Arbeitsschritt als ein Stanzteil hergestellt werden. Hierdurch kann eine erhebliche Kostenreduktion zur Verfügung gestellt werden.
  • In einerweiteren Ausführungsform der Erfindung, welche in den 6a und 6b verdeutlicht ist, ist das Kontaktelement K in Bezug auf seine federnden Abschnitte A1, A2 so gestaltet, dass das Kontaktelement K in unterschiedlich große Öffnungen d2, d4 und/oder unterschiedliche Öffnungstiefen d1, d3 in der Leiterplatte P eingesetzt werden kann. D.h. Durch die Ausgestaltung der Kontaktelemente K können z.B. durch Anpassung des Bohrlochdurchmessers d2, d4 verschieden dicke d1, d3 Leiterplatten P mit demselben Kontaktelement K genutzt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein steckbares Ensemble aufweisend eine elektrische Einrichtung E, einen Sockel S zur Aufnahme der elektrischen Einrichtung E, eine Leiterplatte P und zumindest zwei Kontaktelemente K gemäß der Erfindung bereitgestellt. Der Sockel S weist zumindest zwei Sockelöffnungen SÖ auf, wobei die Sockelöffnungen SÖ zumindest abschnittsweise einen größeren Durchmesser aufweisen als entsprechende Öffnung Ö in der Leiterplatte P - siehe hierzu oben -. Die Kontaktelemente K, wenn sie in die Sockelöffnungen SÖ des Sockels S und die Öffnungen Ö der Leiterplatte P eingeführt sind, halten den Sockel S auf der Leiterplatte P mechanisch. Die elektrische Einrichtung E weist zumindest zwei Kontaktstifte KS auf, wobei die zumindest zwei Kontaktstifte KS in die Kontaktelemente K eingeführt sind, wobei die Kontaktelemente K die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften KS und den jeweiligen Kontaktflächen KF herstellen.
  • D.h. mittels der Erfindung ist es nicht nur möglich eine elektrische Einrichtung E, sondern auch eine mechanische Aufnahme in Form eines Sockels S aufzunehmen und zu halten. Hierdurch wird die Bestückung deutlich erleichtert.
  • Zusätzlich zu der Verriegelung der Kontaktelemente K kann die elektrische Einrichtung E mit einer eventuell vorhanden weiteren Einrichtung / Sockel S verrastet werden. Dadurch findet eine gegenseitige Verrastung / Verriegelung der elektrischen Einrichtung E, des Sockels S und der Leiterplatte P statt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin ein elektrischer Kontakt SW bereitgestellt, der das Einstecken einer elektrischen Einrichtung E in den Sockel S erkennt. D.h. es kann z.B. der Bestückungszustand und/oder eine Auswurferkennung realisiert werden.
  • Gemäß einer weiteren alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin ein elektrischer Kontakt SW bereitgestellt, der das Einstecken einer elektrischen Einrichtung in den Sockel S erkennt, wobei der Sockel S eine Sockelöffnung für den elektrischen Kontakt SW aufweist, wie aus 12 ersichtlich.
  • D.h. mittels des elektrischen Kontaktes SW kann ein Platinen-bestückbarer Fernmeldekontakt zur Verfügung gestellt werden. Hierzu kann in dem Sockel S - wie in 12 gezeigt - eine Freimachung vorgesehen sein. Der elektrische Kontakt SW kann als Einpresskontakt ausgeführt sein. Z.B. kann der elektrische Kontakt SW über die Verriegelung des steckbaren Ensembles mit verriegelt werden. Durch diese Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass der elektrische Kontakt SW in seiner Position fixiert ist.
  • Mittels des elektrischen Kontaktes kann z.B. ein Zustand des elektrischen Gerätes überwacht werden. Während in 10 ein erster Zustand signalisiert wird, in dem z.B. der Schalter betätigt wird, wird in 11 durch Verschieben ein Rücksprung frei, sodass der elektrische Kontakt SW in einen anderen Zustand übergehen kann.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Einrichtung E ein Überspannungsschutzelement auf. Insbesondere kann die elektrische Einrichtung E zumindest ein Überspannungsschutzelement (oder mehrere Überspannungsschutzelemente) ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Varistor, Gasableiter, TVS-Diode aufweisen.
  • Weiterhin können an der elektrischen Einrichtung E als auch dem Sockel / der weiteren Einrichtung S Verriegelungseinrichtungen VE vorgesehen sein, die miteinander (lösbar) kooperieren. D.h. auch hier kann ein alternativer oder zusätzlicher Schutz gegen Vibrationen / Möglichkeit der Überkopfmontage zur Verfügung gestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • K
    Kontaktelement
    E
    steckbare elektrische Einrichtung
    P
    Leiterplatte
    Ö
    Öffnung
    KF
    Kontaktfläche
    KS
    Kontaktstift
    A1, A2
    in einer Ebene gegeneinander federbare Abschnitte
    b
    Breite
    d2, d4
    Durchmesser der Öffnung
    IÖ
    innere Öffnung
    AB
    Anschlagbereich
    S
    Sockel
    d1, d3
    Öffnungstiefen
    SÖ
    Sockelöffnungen
    SW
    elektrischer Kontakt
    VE
    Verriegelungseinrichtungen
    F1, F2
    Kraft

Claims (11)

  1. Steckbares Ensemble aufweisend eine elektrische Einrichtung (E), einen Sockel (S) zur Aufnahme der elektrischen Einrichtung (E), eine Leiterplatte (P) und zumindest zwei Kontaktelemente (K), wobei die Leiterplatte (P) mindestens zwei Öffnungen (Ö) mit jeweils einer Kontaktfläche (KF) aufweist, wobei die Kontaktelemente (K) ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, wobei die Kontaktelemente (K) je mindestens zwei in einer Ebene gegeneinander federbare Abschnitte (A1, A2) aufweisen, wobei die gegeneinander federbaren Abschnitte (A1, A2) einen Bereich aufweisen, der im aufgefederten Zustand eine Breite (b) aufweist, die größer als der Durchmesser der Öffnung (d2, d4) ist, und der in einem Zustand, in dem das betreffende Kontaktelement (K) in die Öffnung (Ö) eingefügt ist, eine innere Öffnung (IÖ) bildet, in die der Kontaktstift (KS) eingeführt werden kann, wobei das Kontaktelement (K) weiterhin zumindest einen Anschlagbereich (AB) aufweist, sodass das Kontaktelement (K) nicht durch die Öffnung (Ö) hindurch geschoben werden kann, wobei der Sockel (S) zumindest zwei Sockelöffnungen (SÖ) aufweist, wobei die Sockelöffnungen (SÖ) zumindest abschnittsweise einen größeren Durchmesser aufweisen als die entsprechende Öffnung (Ö) in der Leiterplatte (P), wobei die Kontaktelemente (K) eingeführt in die Öffnungen (SÖ) des Sockels (S) und die Öffnungen (Ö) der Leiterplatte (P) den Sockel (S) auf der Leiterplatte (P) mechanisch halten, wobei die elektrische Einrichtung (E) zumindest zwei Kontaktstifte (KS) aufweist, wobei die zumindest zwei Kontaktstifte (KS) in die Kontaktelemente (K) eingeführt sind, wobei die Kontaktelemente (K) die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften (KS) und jeweiligen Kontaktflächen (KF) herstellen.
  2. Steckbares Ensemble nach Anspruch 1, wobei die innere Öffnung (IÖ) trichterförmig ausgestaltet ist.
  3. Steckbares Ensemble nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innere Öffnung (IÖ) für den Kontaktstift (KS) eine Presspassung zur Verfügung stellt.
  4. Steckbares Ensemble nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktstift (KS) ein gestanztes Blech ist.
  5. Steckbares Ensemble nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei in einer Ebene gegeneinander federbaren Abschnitte (A1, A2) Bestandteil eines Elementes sind.
  6. Steckbares Ensemble nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kontaktelement (K) in unterschiedlich große Öffnungen (d2, d4) und/oder unterschiedliche Öffnungstiefen (d1, d3) in der Leiterplatte (P) eingesetzt werden kann.
  7. Steckbares Ensemble nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei weiterhin ein elektrischer Kontakt (SW) bereitgestellt wird, der das Einstecken einer elektrischen Einrichtung in den Sockel erkennt.
  8. Steckbares Ensemble nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein elektrischer Kontakt (SW) bereitgestellt wird, der das Einstecken einer elektrischen Einrichtung in den Sockel (S) erkennt, wobei der Sockel (S) eine Öffnung für den elektrischen Kontakt (SW) aufweist.
  9. Steckbares Ensemble nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung (E) ein Überspannungsschutzelement aufweist.
  10. Steckbares Ensemble nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung (E) zumindest ein Überspannungsschutzelement ausgewählt aus der Gruppe Varistor, Gasableiter, TVS-Diode aufweist.
  11. Steckbares Ensemble nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung (E) und der Sockel (S) Verriegelungseinrichtungen (VE) aufweisen.
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