-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder zum Anschluss elektrischer Leiter an eine Leiterplatte.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Anschluss und Befestigen eines solchen elektrischen Verbinders an einer Leiterplatte.
-
Zum Anschließen eines oder mehrerer elektrischer Leiter oder mehradriger Kabel an elektrische Leiterplatten werden Verbindungsstecker - nachfolgend kurz Verbinder genannt - genutzt, an die der eine oder die mehreren Leiter anschließbar sind und die in der Regel für jeden Leiter jeweils einen Kontakt zum Kontaktieren eines Gegenkontaktes der Leiterplatte aufweisen. Die Kontakte des Verbindungssteckers sind in oder an einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse angeordnet, das an der Leiterplatte befestigt werden kann. Um dies konstruktiv umsetzen, ist oder sind an dem Gehäuse und an der Leiterplatte korrespondierende Befestigungsmittel und Gegenbefestigungsmittel auszubilden. Es ist bekannt, die Befestigungsmittel als im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche bewegliche Spreizzapfen auszubilden, welche dazu ausgelegt sind, beim Aufsetzen des Gehäuses auf die Leiterplatte jeweils eine Bohrung bzw. ein Durchgangsloch der Leiterplatte als Gegenbefestigungsmittel zu durchsetzen, wobei die Spreizzapfen beim Einführen in diese Bohrungen jeweils zunächst komprimiert werden, bis sie sich beim Erreichen einer Endmontagestellung wieder entspannen bzw. aufweiten, wodurch das Gehäuse auf der Leiterplatte festgelegt werden kann.
-
Diese Art des Befestigens des Verbinders auf der Leiterplatte hat sich an sich bewährt. Verbesserungsbedarf besteht aber in Hinsicht auf die Möglichkeit, die Verriegelungszapfen und damit das Gehäuse und den gesamten Verbinder von der Leiterplatte lösen zu können. Zudem ist es wünschenswert, den gesamten Betätigungsvorgang - also das Verriegeln bzw. Befestigen und das Entriegeln bzw. Lösen des Verbinders derart auszugestalten, dass der Verbinder relativ einfach und einfach ohne große Mühe von Hand an der Leiterplatte verriegelt und auch wieder entriegelt bzw. aus der Verriegelungsstellung gelöst werden kann.
-
Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe der Erfindung.
-
Die Aufgabe wird mit einem elektrischen Verbinder mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst sowie mit der Anordnung des Anspruchs 20 und einem Verfahren zum Befestigen eines solchen Verbinders an einer Leiterplatte mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 21. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
-
Nach Anspruch 1 wird ein elektrischer Verbinder geschaffen. Der Verbinder ist zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Anschlussteils, beispielsweise eines elektrischen Leiters oder Steckers, mit einer Leiterplatte vorgesehen. Nach Anspruch 1 weist dieser Verbinder zumindest folgende Merkmale a) bis d) auf:
- a) ein Gehäuse, das an einer Anschlussseite des elektrischen Verbinders mit einem elektrischen Anschlussteil elektrisch verbindbar ist und dass an einer Kontaktseite des elektrischen Verbinders wenigstens einen oder mehrere Kontakte aufweist, um einen oder mehrere Gegenkontakte der Leiterplatte elektrisch zu kontaktieren,
- b) eine Verriegelungszapfenanordnung, die im montierten Zustand auf der Leiterplatte eine Öffnung der Leiterplatte durchsetzt und aus einer nicht gespreizten Stellung - eine Lösestellung - in eine aufgespreizte Stellung - eine Verriegelungsstellung - bewegbar ist, in welche ihr Durchmesser auf der vom Gehäuse abgewandten Seite der Öffnung größer ist als der Durchmesser der Öffnung der Leiterplatte, so dass es nicht von der Gehäuseseite aus von der Leiterplatte zerstörungsfrei abziehbar ist,
- c) wobei das Gehäuse wenigstens eine relativ zum Gehäuse bewegliche Betätigungseinrichtung aufweist, und
- d) wobei die Verriegelungszapfenanordnung wenigstens zwei oder mehr relativ zueinander bewegliche Funktionselemente aufweist, von denen wenigstens eines an der Betätigungseinrichtung und von denen wenigstens ein anderes an einem relativ zur Betätigungseinrichtung beweglichen Bauteil des Verbinders angeordnet ist.
-
Derart wird es möglich, das Kontaktieren und das Verriegeln zeitlich zu trennen und vorzugweise nacheinander durchzuführen, so dass es möglich wird, das Verriegeln bzw. Befestigen und das Entriegeln bzw. Lösen des Verbinders so durchzuführen, dass der Verbinder relativ einfach und ohne große Mühe von Hand an der Leiterplatte verriegelt und auch wieder entriegelt bzw. aus der Verriegelungsstellung gelöst werden kann. Insbesondere ist es derart auch möglich, die Verriegelungsanordnung mehrfach zu benutzen, so dass sie relativ unproblematisch auch wieder aus ihrer Verriegelungsstellung gelöst werden kann. Der Begriff der Leiterplatte ist nicht zu eng zu fassen. Er umfasst Platten verschiedenster Art, an denen zumindest einer oder mehrere Kontakte und/oder Leiterbahnen und/oder elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet/ausgebildet sind.
-
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine andere der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Funktionselemente des Merkmals d) an dem Gehäuse als das relativ zur Betätigungseinrichtung bewegliche Bauteil des Verbinders angeordnet ist. So kann das andere der wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Funktionselemente des Merkmals d) am Gehäuse direkt befestigt sein oder an einem weiteren Betätiger, der dann beispielsweise relativ zum Betätigungselement und zum Gehäuse beweglich ist aber indirekt auch an dem Gehäuse angeordnet ist.
-
Es ist ferner bevorzugt, dass der oder die Kontakte als Druckfederkontakt(e) ausgebildet ist/sind und/oder dass der oder die Gegenkontakte als Kontakt(e) an der Oberfläche der Leiterplatte - beispielsweise als Metallflächen, beispielsweise als Lötpads oder dgl. - ausgebildet ist/sind. Denn bei einer derartigen Ausgestaltung ergibt sich insbesondere in Kombination mit der beanspruchten Verriegelungszapfenanordnung eine besonders angenehm leichte und dennoch sehr sichere Art der Kontaktierung und Festlegung des Verbinders an der Leiterplatte.
-
An dem Gehäuse können eine oder aber vorteilhaft auch mehrere der Betätigungseinrichtungen vorgesehen sein. Es kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse und die jeweilige Betätigungseinrichtung jeweils zwei oder mehr der Verriegelungszapfenanordnungen ausbilden. Denn dann kann mit der Betätigung nur eines Betätigungselementes eine Zwei- oder Mehrfachverriegelung realisiert werden.
-
Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass die jeweilige Verriegelungszapfenanordnung als Funktionselemente wenigstens einen Spreizdorn aufweist, einen oder mehrere vorzugsweise radial außen, insbesondere konzentrisch, zum Spreizdorn angeordnete Spreizkeile und einen oder mehrere radial außen, insbesondere konzentrisch, zu dem oder den Spreizkeilen angeordnete Spreizstege. Denn mit diesen Elementen ist eine besonders sichere und gut handhabbare sowie auch wieder lösbare Verriegelung des Gehäuses an der Leiterplatte umsetzbar. Dabei kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Spreizdorn und die Spreizstege an der Betätigungseinrichtung angeordnet sind und das die Spreizkeile an dem Gehäuse ausgebildet sind. Denn derart wird es möglich, den Verbinder derart auszugestalten, dass die Verriegelungsstege beim Verriegeln nicht plastisch soweit verformt werden, dass ein Lösen unmöglich wird. Es ist vielmehr auf einfache Weise möglich, diese Verriegelung wieder zu lösen und den Verbinder wieder zu verwenden.
-
Konstruktiv umsetzbar ist dies auf verschiedenste Weise. So kann nach einer ersten bevorzugten Variante, die besonders einfach ausgelegt ist, vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung einstückig ausgebildet ist. Insbesondere kann die Betätigungseinrichtung auf diese Weise derart ausgelegt werden, dass mit ihr der oder die Spreizstege und der Spreizdorn gemeinsam synchron bewegbar sind.
-
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung mehrstückig ausgebildet ist. So kann die Betätigungseinrichtung einen ersten Betätigungsabschnitt aufweisen, an welchem der oder die Spreizstege ausgebildet ist/sind und einen relativ zum ersten Betätigungsabschnitt beweglichen, insbesondere verschieblichen, zweiten Betätigungsabschnitt, an dem der Spreizdorn ausgebildet ist. Denn derart können die Spreizstege und der Spreizdorn nacheinander bewegt werden und das Verriegeln und das Entriegeln können derart besonders einfach und sicher erfolgen.
-
Um die Verriegelungsstellung herzustellen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der oder die Spreizkeile jeweils einen Verdickungsbereich aufweisen, der im montierten Zustand des Gehäuses an der Leiterplatte auf der von dem Gehäuse abgewandten Seite der Leiterplatte liegt und an dem die Spreizstege bei der Verriegelung in ihre aufgespreizte Verriegelungsstellung bewegt werden.
-
Dabei können diese Funktionselemente der Verriegelungseinrichtung(en) auf verschiedenste Weise ausgestaltet sein. So kann der Spreizdorn einen runden oder einen eckigen, insbesondere einen mehreckigen Querschnitt aufweisen und rund um ihn herum kann/können einer oder mehrere der Spreizkeile umfangsverteilt auf einer korrespondierenden Kreis- oder Mehreckkontur verteilt angeordnet sein und rund um den oder die Spreizkeile können einer oder mehrere der Spreizstege auf einer korrespondierenden Kreis- oder Mehreckkontur verteilt angeordnet sein.
-
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung als eine Schiebeeinrichtung ausgebildet ist und dass die Betätigungseinrichtung und das Gehäuse korrespondierende Führungsmittel wie Zapfen und Langlöcher aufweist, die ein gutes Verschieben der Betätigungseinrichtung an dem Gehäuse in eine Verriegelungsrichtung X und in eine Löserichtung -X ermöglichen.
-
Nach weiteren vorteilhaften Varianten können in einer Stellung, in welcher die Betätigungseinrichtung in eine obere von der Leiterplatte weiter entfernte Stellung bewegt ist und der Verbinder auf die Leiterplatte aufgesetzt ist, der oder die Spreizkeile die jeweilige Öffnung der Leiterplatte durchsetzen und der Spreizdorn die Spreizstege diese noch nicht oder noch nicht vollständig durchsetzen und es kann die Betätigungseinrichtung von dieser Stellung in eine untere Stellung bewegbar sein, in welcher der Spreizdorn zwischen die Spreizkeile bis in den Bereich einer Verdickung der Spreizkeile greift und in welcher die Spreizstege in eine im Zusammenspiel konisch aufgeweitete Stellung bewegt sind, welche die Verriegelungsstellung ist.
-
Besonders vorteilhaft kombinierbar ist die vorstehend beschriebenen Verriegelungseinrichtungen mit einer Ausgestaltung der Kontakte als Druckfederkontakt(e). Denkbar ist aber auch, dass der oder die Kontakte auf andere Weise, beispielsweise als Stift- oder Messerkontakte oder als Buchsenkontakte ausgebildet ist/sind.
-
Die Erfindung schafft auch eine Anordnung aus einer Leiterplatte und einem elektrischen Verbinder nach einem der vorstehenden Ansprüche.
-
Sodann schafft die Erfindung auch ein vorteilhaftes Verfahren zum Kontaktieren einer Leiterplatte mit einem Verbinder der darauf bezogenen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a. der Verbinder wird auf die Leiterplatte aufgesetzt, wobei die vorzugsweise als Druckfederkontakte ausgebildeten Kontakte des Verbinders unter Aufbringen einer Kontaktbetätigungskraft die Gegenkontakte der Leiterplatte kontaktieren und wobei Funktionselemente, insbesondere die Spreizkeile der wenigstens einen Spreizzapfenanordnung, ganz oder im Wesentlichen kraftfrei durch die Öffnung der Leiterplatte geführt werden;
- b. das wenigstens eine Betätigungselement wird nach Schritt a. an dem Gehäuse unter Aufbringen einer Verriegelungskraft in eine Verriegelungsstellung bewegt, in welcher die Spreizstege außen an den Spreizkeilen, die dabei innen am Spreizdorn anliegen oder an diesen angelegt werden, in ihre Spreiz- und Verriegelungsstellung bewegt werden.
-
Dabei kann nach einer ersten Variante vorgesehen sein, dass der Spreizdorn und die Spreizstege synchron in die Verriegelungsstellung bewegt werden. Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die beiden Betätigungsabschnitte nacheinander an dem Gehäuse verschoben und der Spreizdorn und die Spreizstege nacheinander in die Verriegelungsstellung bewegt werden.
-
Dabei ist es bevorzugt, dass sich die Anschlussrichtung und Verriegelungsrichtung X im Anschlusszustand des Verbinders an die Leiterplatte lotrecht zu dieser erstreckt. In dieser Ausführungsform ist der Verbinder auf die Leiterplatte lotrecht aufsetzbar.
-
Ein solcher Verbinder ist besonders schnell an eine elektrische Leiterplatte anschließbar oder nachrüstbar. Durch das Fixieren des Verbinders an der Leiterplatte wird dieser zudem an der Leiterplatte sicher positioniert. Dadurch wird zudem auch die Kontaktierung des Verbinders mit Kontaktflächen der Leiterplatte dauerhaft gut gewährleistet.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind beispielhaft zu verstehen. Auf sie ist der Schutzbereich nicht beschränkt. Es sind vielmehr auch weitere Varianten und Äquivalente der dargestellten Ausführungsbeispiele realisierbar. Es zeigen:
- 1 in (a) - (c) jeweils ein Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders;
- 2 - 5 in 2, 3, 4a und 5a perspektivische Ansichten aufeinander folgender Zustände bzw. Schritte beim Anschließen des elektrischen Verbinders an eine elektrische Leiterplatte und in 4b und 5b Schnittansichten von Randbereichen des Verbinders entsprechend zu den Zuständen aus 4a und 5a;
- 6 ein Diagramm, welche Kraftverläufe in Abhängigkeit vom Betätigungsweg eines Betätigungsschiebers beim Aufsetzen, beim Ver- und Entriegeln und beim Abnehmen eines Verbinders an einer Leiterplatte veranschaulicht;
- 7 in a) und b) perspektivische Ansichten eines zweiten Verbinders;
- 8 in a) und b) perspektivische Ansichten eines dritten Verbinders;
- 9 in a), b), c); d), e), f) und g), h), i) jeweils verschiedene Ansichten verschieden ausgestalteter Verriegelungszapfen;
- 10 - 14 in 10, 11, 12a, 13a, 14a perspektivische Ansichten aufeinander folgender Zustände bzw. Schritte beim Anschließen eines vierten elektrischen Verbinders an eine elektrische Leiterplatte und in 12b, 13b und 14b Schnittansichten von Randbereichen des Verbinders entsprechend zu den Zuständen aus 12a, 13a, 14a.
- 1 zeigt in a) - c) jeweils ein Gehäuseteil 11 eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders 1. Im Gehäuseteil 11 ist eine Anschlusskammer 10 angeordnet.
-
Die Anschlusskammer 10 ist zur Aufnahme eines Verbinderkontaktes 4 ausgelegt, der dazu dient, einen Gegenkontakt - der beispielsweise als eine Lötfläche oder dgl. ausgelegt sein kann - einer Leiterplatte 3 - insbesondere an einer Oberfläche einer Leiterplatte - zu kontaktieren.
-
Dieser Kontakt 4 ist hier an einer Stromschiene 40 ausgebildet. Dies ist vorteilhaft, aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend. Der Kontakt 4 könnte vielmehr auch auf andere Weise ausgebildet sein. Vorteilhaft ist, wenn er - beispielsweise nach Art der 1a oder anders - als ein Druckfederkontakt ausgebildet ist, der beim Aufsetzen des Verbinders 1 auf die Leiterplatte 3 gespannt wird, so dass er mit einer Kraft F, die den Verbinder von der Leiterplatte wegdrückt - gegen den jeweiligen Gegenkontakt drückt. Er kann aber auch als ein Lötstift oder dgl. ausgebildet sein.
-
Die Stromschiene 40 ist hier in bevorzugter Ausgestaltung aber wiederum nicht zwingender Ausgestaltung einstückig als Stanzbiegebauteil aus einem gut leitfähigen Material hergestellt. Sie erstreckt sich durch die Anschlusskammer 10 von einer Anschlussseite 131 des Gehäuseteils 11 aus zu einer Kontaktseite 141 des Gehäuseteils 11. Dabei sind die Anschlussseite 131 und die Kontaktseite 141 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Erfindung erstreckt sich aber auch auf solche Verbinder 1 bei denen die Anschlussseite 131 und die Kontaktseite 141 in einem Winkel (nicht dargestellt) zueinander, insbesondere in einem rechten Winkel zueinander und/oder einander benachbart, angeordnet sind.
-
An der Anschlussseite 131 ist ein elektrisches Anschlussteil 2 unmittelbar an die Stromschiene 40 elektrisch anschließbar. An einer Kontaktseite 141 ist die Stromschiene 40 mit einer Leiterplatte 3 elektrisch kontaktierbar.
-
Dafür weist die Stromschiene 40 einen Anschlussarm 41 zum Anschluss des elektrischen Anschlussteils 2 sowie einen Kontaktarm 42 zum Anschluss an die Leiterplatte 3 auf. Der Anschlussarm 41 und der Kontaktarm 42 sind durch einen Verbindungsarm 43 miteinander verbunden.
-
Der Anschlussarm 41 erstreckt sich in eine Anschluss- und Montagerichtung X. Er liegt zumindest teilweise flächig an einer Innenwand 12 des Gehäuseteils 11 an. Am Anschlussarm 41 der Stromschiene 40 ist ein Haltemittel 411 vorgesehen, dass in eine Ausnehmung 121 der Innenwand 12 eingreift. Durch das Haltemittel 411 ist die Stromschiene 40 an der Innenwand 12 definiert positioniert. Das Haltemittel 411 ist hier wellenförmig ausgebildet. Dadurch kann das Haltemittel 411 gleichzeitig als Anschlag für einen Klemmschenkel 61 einer Klemmfeder 6 dienen. Bevorzugt ist anstelle einer wellenförmigen, hier abgerundeten, Ausbildung des Haltemittels 411 auch eine etwa eckige oder zick zack- förmige Ausbildung des Haltemittels 411. Dabei ist die Ausnehmung 121 korrespondierend zum Haltemittel 411 ausgebildet, so dass sich das Haltemittel 411 in die Ausnehmung 121 einpasst.
-
An der Anschlussseite 131 ist der Anschlussarm 41 hier als Klemmkontakt 410, insbesondere als Federkontakt - hier Push In - ausgebildet. Dafür ist eine Klemmfeder 6 vorgesehen, die mit einem Halteschenkel 62 in der Anschlusskammer 10 festgelegt ist. Die Klemmfeder 6 weist zudem einen Klemmschenkel 61 auf, der zum Verklemmen des Anschlussteils 2 in der Anschlusskammer 10 vorgesehen ist. Der Klemmschenkel 61 und der Halteschenkel 62 sind durch einen Verbindungsbogen 63 miteinander verbunden. Die Klemmfeder 6 ist einstückig aus Federstahl hergestellt. Beim Einschieben des Anschlussteils 2 wird der Klemmschenkel 61 gegen eine Rückstellkraft in die Anschlusskammer 10 hinein verschwenkt, bis das Anschlussteil 2 zwischen die Stromschiene 40 und den Klemmschenkel 61 gleiten kann. Der Klemmschenkel 61 wird dann mit der Rückstellkraft zurück geschwenkt und verklemmt das Anschlussteil 2 an der Stromschiene 4.
-
1 (b) zeigt beispielhaft einen elektrischen Leiter als Anschlussteil 2. Anstelle eines elektrischen Leiters ist als Anschlussteil 2 aber auch ein Stecker oder ein elektrisch leitender Stab bevorzugt. Der elektrische Leiter 2 weist eine elektrisch leitende Ader 21 sowie eine elektrisch isolierende Ummantelung 22 auf. Er ist an einem Ende (nicht bezeichnet) abisoliert, so dass die Ummantelung 22 entfernt ist und die Ader 21 freiliegt. Dargestellt ist das Anschließen des elektrischen Leiters 2 an den Klemmkontakt 410 des Verbinders 1 durch Einführen des abisolierten Endes des Leiters 2 in Anschlussrichtung X zwischen die Stromschiene 40 und den Klemmschenkel 61. Dabei erstreckt sich die Anschlussrichtung X hier parallel zu einer bzw. in eine erste Erstreckungsrichtung X des Verbinders 1.
-
Der Kontaktarm 42 ist federnd ausgebildet. In einem Anschlusszustand (nicht dargestellt) des Verbinders 1 an die Leiterplatte 3, in dem der Verbinder 1 auf die Leiterplatte 3 aufgesetzt, aufgedrückt und an dieser verrastet ist, ist der Kontaktarm 42 zum Aufdrücken auf die Leiterplatte 3 ausgebildet. Die Anschlussrichtung X erstreckt sich im Anschlusszustand des Verbinders 1 an die Leiterplatte 3 daher lotrecht zu dieser.
-
Um den Kontaktarm 42 federnd auszubilden, erstreckt sich der Verbindungsarm 43 quer zum Anschlussarm 41. Zudem weist der Verbindungsarm 43 einen Bogen auf. Dadurch sind der Verbindungsarm 43 und der Kontaktarm 42 u- förmig angeordnet.
-
Beim Aufsetzen auf die Leiterplatte 3 kann der Kontaktarm 42 daher gegen die Rückstellkraft zum Anschlussarm 41 gedrückt werden, so dass sein freies Ende (nicht bezeichnet) im Anschlusszustand mit der Rückstellkraft auf die Leiterplatte 3 aufgedrückt wird. Anschließend kann der Verbinder 1 mit einem oder mehrere Verriegelungszapfen, die weiter unten noch näher beschrieben werden, an der Leiterplatte 3 befestigt werden, so dass sich der Verbinder 1 nicht mehr selbsttätig aus seiner Position lösen kann.
-
Die Federkraft des Kontaktarmes ist dabei so bemessen, dass ein sehr guter Kontakt sichergestellt wird. Dabei weist der Kontaktarm 42 an seinem offenen Ende (nicht bezeichnet) eine Kontaktnase 421 auf, die bogenförmig ausgebildet und zum Kontaktieren der Leiterplatte 3 vorgesehen ist. Durch die Bogenform wird die Kontaktfläche 31 der Leiterplatte 3 beim Andrücken der Kontaktnase 421 nicht beschädigt.
-
Die u- förmige Anordnung des Kontakt- und des Verbindungsarms 42, 43 führt jedoch zu einem Kippmoment auf den Verbinder 1, wobei ein Kippen des Verbinders 1 zunächst durch die Verrastung des Verbinders 1 an der Leiterplatte 3 verhindert wird.
-
Um das Kippmoment ferner weiter möglichst auszugleichen, und ein Kippen des Verbinders 1 von vorneherein zu vermeiden, ist bei diesem Verbinder 1 vorgesehen, dass die Stromschiene 40 in zwei Positionen I, II in der Anschlusskammer 10 des Gehäuseteils 11 positionierbar ist. 1 (a) zeigt den Verbinder 1 mit der in der ersten Position I angeordneten Stromschiene 4, 1 (b) den Verbinder 1 mit der in der zweiten Position II angeordneten Stromschiene 4, und in 1 (c) ist die Stromschiene 40 in durchgezogenen Linien in der ersten Position I und in gestrichelten Linien in der zweiten Position II in der Anschlusskammer 10 des Verbinders 1 dargestellt.
-
Sichtbar ist, dass die Stromschiene 40 in der ersten Position I gegenüber der zweiten Position II um 180° in eine Drehrichtung 55 um die Anschlussrichtung X gedreht ist. Dadurch erstreckt sich der Kontaktarm 42 in der ersten Position I gegen eine zweite Erstreckungsrichtung 52 des Verbinders 1, die sich quer zur ersten Erstreckungsrichtung des Verbinders 1 erstreckt, und daher auch quer zur Anschlussrichtung X. In der zweiten Position II erstreckt sich der Kontaktarm 42 in die zweite Erstreckungsrichtung des Verbinders 1. Das durch die Rückstellkraft des Kontaktarms 42 beim Andrücken des Verbinders 1 auf die Leiterplatte 3 bewirkte Kippmoment wirkt daher in diesen beiden Positionen I, II in entgegen gesetzte Richtungen.
-
Durch ein nebeneinander Positionieren zweier oder mehr solcher Gehäuseteile 11 in eine dritte Erstreckungsrichtung, die quer zur ersten Erstreckungsrichtung 51 und quer zur zweiten Erstreckungsrichtung angeordnet ist, mit Stromschienen 4, die abwechselnd in der ersten Position I und in der zweiten Position II angeordnet sind, kann ein Verbinder 1 zum Anschluss von zwei oder mehr Anschlussteilen 2 an die Leiterplatte 3 hergestellt werden, bei dem sich die Kippmomente kompensieren. Bei geradzahliger Anzahl Gehäuseteile 11 neigt ein so hergestellter Verbinder 1 gar nicht zum Kippen.
-
Um die Gehäuseteile 11 nebeneinander zu befestigen, sind sie in einem Übergehäuse 15 angeordnet.
-
Die vorliegende Erfindung eignet sich auch für Verbinder 1, bei welchen die Kontakte 4 zum Kontaktieren der Leiterpatte 3 direkt in einem Gehäuse angeordnet sind, dass eine oder mehrere Kammern zur Aufnahme dieser Kontakte 4 aufweisen kann. Das Gehäuseteil 11 entfällt dann (nicht dargestellt).
-
Zudem eignet sich die Erfindung auch für einen Verbinder 1, bei dem nur ein einziger Kontakt 4 zum Kontaktieren der Leiterplatte 3 vorgesehen ist. Dieser kann entweder direkt in ein Gehäuse eingesetzt sein, dass an der Leiterplatte 3 befestigt ist oder er kann - beispielsweise wiederum nach Art er 1a - in ein Gehäuseteil 1 eingesetzt sein, dass in ein Übergehäuse 15 eingesetzt ist (siehe dazu 4a und 4b).
-
Nachfolgend werden die Begriffe Gehäuse und Übergehäuse synonym und stets mit dem Bezugszeichen 15 verwendet. Sofern nachfolgend von einem Kontakt 4 und einem Gegenkontaktgesprochen wird, ist dies nicht im Sinne der Zahl „Eins“ beschränkend zu verstehen, sondern gilt jeweils auch für eine Mehrzahl an Kontakten 4 und Gegenkontakten 31.
-
Es wird vorgeschlagen, die Gehäuse 15 mit einer oder mehrerer Verriegelungszapfenanordnungen 5 an der Leiterplatte 3 zu fixieren. Sofern nachfolgend von einer Verriegelungszapfenanordnung 5 gesprochen wird, ist dies nicht im Sinne der Zahl „Eins“ beschränkend zu verstehen, sondern gilt jeweils auch für eine Mehrzahl an Verriegelungszapfenanordnungen 5.
-
Die jeweilige Verriegelungszapfenanordnung 5 durchsetzt im montierten Zustand des Verbinders 1 auf der Leiterplatte, in welchem der Kontakt 4 den Gegenkontakt 31 der Leiterplatte 3 kontaktiert, eine korrespondierende Öffnung, insbesondere ein Durchgangsloch, 32, der Leiterplatte 3 und steht auf der vom Gehäuse 15 abgewandte Seite der Leiterplatte 3 aus der Öffnung 32 über diese vor und ist so weit radial aufgespreizt, dass sie das Gehäuse 15 und damit den Verbinder 1 an der Leiterplatte 3 fixiert.
-
Die Verriegelungszapfenanordnung 5 weist mehrere relativ zueinander bewegliche Funktionselemente auf.
-
In einfachster Ausgestaltung weist die Verriegelungszapfenanordnung zwei relativ zueinander bewegliche Elemente auf. Sie kann aber auch mehr als zwei relativ zueinander bewegliche Elemente aufweisen.
-
Zu diesen Elementen gehören vorzugsweise ein Spreizdorn 50, einer oder mehrere vorzugsweise konzentrisch zum Spreizdorn 50 angeordnete Spreizelemente - die nachfolgend als Spreizkeile 51 bezeichnet werden - und einer oder mehrere konzentrisch zu dem oder den Spreizkeilen 51 angeordnete Spreizstege 52.
-
Der zentrisch angeordnete Spreizdorn 50 kann einen runden oder einen eckigen, insbesondere einen mehreckigen Aufbau aufweisen.
-
Der Spreizdorn 50 kann ferner über seine Länge in Richtung X einen konstanten Querschnitt aufweisen. Dieser kann sich aber auch über die Länge in Richtung X verändern.
-
Konzentrisch dazu bzw. rund um ihn herum sind einer oder mehrere der Spreizkeile 51 umfangsverteilt verteilt angeordnet. Und rund um die Spreizkeile bzw. konzentrisch zu der Spreizkeilanordnung sind mehrere der Spreizstege 52 umlaufend verteilt. Bei einem mehreckigen Aufbau bietet es sich an, außerhalb jeder Seite des Mehrecks jeweils einen der Spreizkeile 51 auf den Linien eines gedachten Mehrecks und außerhalb dazu jeweils einen der Spreizstege 52 auf den Linien eines gedachten weiteren Mehrecks anzuordnen. Diese Varianten deuten die 9a - 9c an. Auch mehreckige Anordnungen nach Art der 9b und c und dazu ähnliche mehreckige Anordnungen werden im Sinne dieser Anmeldung als konzentrische Anordnungen verstanden.
-
Die Spreizstege 52 haben vorzugweise über ihre Länge einen konstanten Querschnitt. Dies ist aber nicht zwingend. Der Querschnitt der Spreizkeile 51 verändert sich jedenfalls abschnittsweise in Richtung X.
-
In einem Verriegelungszustand muss der gesamte Durchmesser der Verriegelungszapfenanordnung aus den Elementen 50, 51, 52 größer sein als der Durchmesser der Öffnung 32 der Leiterplatte 3, derart, dass eine selbsthemmende Arretierung des Gehäuses 15 an der Leiterplatte 3 erreicht wird, welche auch die Kontaktkräfte nach Art eines Widerlagers aufnimmt.
-
Es ist auch denkbar, die radiale Anordnung bzw. Reihenfolge der Elemente Spreizkeile 51 und Spreizstege 52 zu vertauschen.
-
Es kann vorgesehen sein, die Spreizkeile 51 an dem Gehäuse 15 auszubilden. Dann werden die Spreizkeile 51 mit dem Gehäuse 15 zusammen bewegt. Es ist vorteilhaft, wenn der Spreizdorn 50 und die Spreizstege 52 relativ zu den Spreizkeilen 51 beweglich sind.
-
Es ist insofern vorteilhaft, wenn der Spreizdorn 50 und die Spreizstege 52 - also die innerste der konzentrischen Lagen und vorzugsweise die äußerste der konzentrischen Lagen - an einer Betätigungseinrichtung 500 ausgebildet sind - die relativ zum Gehäuse 15 beweglich ist. Es kann insofern vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse 15 und die Betätigungseinrichtung 500 relativ zueinander verschieblich ausgestaltet sind. Es kann insofern auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung 500 einen Schieber bildet und dass die Betätigungseinrichtung 500 und das Gehäuse 15 korrespondierende Führungsmittel wie Zapfen 55 und Langlöcher 56 aufweisen, die ein Verschieben der Betätigungseinrichtung 500 an dem Gehäuse 15 in eine Verriegelungsrichtung X und in eine Löserichtung -X zulassen und führend unterstützen. Zudem kann auch die Betätigungseinrichtung 500 an sich in einer Art Nut des Gehäuses verschieblich geführt sein.
-
Nachfolgend wird ein Anschließen des Verbinders an eine Leiterplatte 3 anhand der 2 bis 6 näher beschrieben.
-
Bei dem Aufsetzen des Verbinders 1 - siehe 2 - in einer Aufsetzrichtung X auf den Verbinder 1, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Leiterplatte 3 gerichtet ist, werden zunächst - siehe 3 - die hier als Druckfederkontakte ausgebildeten Kontakte 4 komprimiert. In dem Kraft-Wegdiagramm der 6 ist dies durch die Strecken (1 = Aufsetzen des Verbinders) und (2 = Komprimieren der Kontakte 4) gekennzeichnet. Dabei wird das Gehäuse 15 des Verbinders 1 vorzugsweise bis auf die Leiterplatte 3 aufgesetzt (s. 4).
-
Bei dem Aufsetzen des Verbinders 1 befindet sich die Betätigungseinrichtung 500 in einer oberen Stellung, in welche sie am Gehäuse 15 ggf. zuvor nach oben bzw. gegen die Verschieberichtung X verschoben worden ist.
-
Die Spreizkeile 51, die an dem Gehäuse 15 ausgebildet sind - vorzugsweise sogar einstückig mit diesem ausgebildet sind- werden beim Aufsetzen des Verbinders 1 auf die Leiterplatte 3 in die Öffnungen 32 der Leiterplatte 3 eingeführt und stehen nach dem vollständigen Aufsetzen des Gehäuses 15 aus den Öffnungen 32 auf der dem Gehäuse 15 abgewandten Seite der Leiterplatte 3 vor. Vorzugsweise ist der Durchmesser des gedachten Mehrecks oder des Kreises, auf dem sie angeordnet sind, kleiner als der maximale Durchmesser der Öffnung 32 der Leiterplatte 3, so dass zum Durchführen der Spreizkeile 51 durch die jeweilige Öffnung 32 keine Kraft oder jedenfalls keine nennenswert nachteilig hohe Kraft erforderlich ist. Die Spreizstege 52, die einstückig an der Betätigungseinrichtung 500 ausgebildet sind, können in diesem Zustand bis in die Öffnung 32 hineingeführt sein, was die weitere Betätigung erleichtert. Der Spreizdorn 50 liegt mittig zwischen den oberen Enden der Spreizkeile 51, ragt aber vorzugsweise noch nicht in die Öffnung 32 hinein.
-
Ausgehend von diesem Zustand der 4 wird nunmehr die Betätigungseinrichtung 500 betätigt, was bedeutet, dass sie in der Montagerichtung und Aufsetzrichtung X relativ zu dem Gehäuse 15 an dem Gehäuse 15 verschoben wird. Es kann vorgesehen sein, dass an der Betätigungseinrichtung 500 eine Betätigungsfläche 501 ausgebildet ist. Diese weist hier eine Riffelung auf.
-
Die Spreizkeile 51 weisen zumindest abschnittsweise eine sich senkrecht zur Verschieberichtung erstreckende Verdickung 511 auf (siehe 5b). Diese kann als Anschrägung ausgebildet sein, auf der die Spreizstege 52 beim Absenken durch die Betätigungseinrichtung und nach dem Austreten aus der Öffnung 32 aufspreizend schräg radial nach außen geleitet werden.
-
Bei dem Bewegen der Betätigungseinrichtung 500 von einer oberen Position in eine untere Position (bezogen auf die Lage der Leiterplatte 3 relativ zum Gehäuse 15), bewegen sich auch der Spreizdorn 50 und die Spreizstege 52 in die Aufsetzrichtung X. Der Spreizdorn 50 wird dabei innen zu den Spreizkeilen 51 bewegt und die Spreizstege 52 werden außen zu den Spreizkeilen 51 bewegt. Dabei sind der Spreizdorn 50 und die Spreizstege 52 derart bemessen, dass sie an der Verdickung 511 der Spreizkeile 51 vorbeigleiten. In diesem Bereich ist die addierte radiale Gesamterstreckung bzw. ist der Gesamtdurchmesser der Spreizzapfenanordnung 5 aus dem Spreizdorn 50, dem Radius des gedachten Kreises oder des gedachten Mehrecks der Spreizkeile 51 und dem Radius des gedachten Kreises oder des gedachten Mehrecks der Spreizstege 52 in Umfangsrichtung jedenfalls abschnittsweise größer - vorzugsweise mehr als 10% größer - als der Durchmesser der Öffnung 32 der Leiterplatte. Der Spreizdorn 50 stützt sich innen gegen die Spreizkeile 51. Hierdurch gleiten die Spreizstege 52 auf den Spreizkeilen 51 und werden insgesamt in eine aufgespreizte Stellung gezwungen, deren Endstellung in 5 dargestellt ist.
-
Es können ein oder besser zwei oder mehr Spreizkeile 51 - wenn mehr als einer umfangsverteilt - vorgesehen bzw. um den jeweiligen Spreizdorn 50 verteilt sein.
-
Es können zudem ein oder zwei oder mehr Spreizstege 52 - wenn mehr als einer umfangsverteilt - vorgesehen bzw. um den jeweiligen Spreizdorn 50 verteilt sein. Im Zusammenspiel können die Spreizstege 52 auch als eine Art Spreizniet bezeichnet werden.
-
In dem Kraft-/Wegdiagramm der 6 ist dargestellt, dass nach dem Kontaktieren (Strecke (2)) zunächst ein leichtes „Losreißen“ der Betätigungseinrichtung 500 erfolgen muss, bevor sich dieses mit geringer Kraft leicht aus der oberen Stellung ( 4a, b) in die untere Stellung (5a, b) bewegen lässt (Strecke 4). Erst bei dem Aufspreizen in die Endverriegelungsstellung der 5 ist ein etwas höherer Kraftaufwand erforderlich, um das Aufspreizen der Spreizstege 52 an den Spreizkeilen 51 zu realisieren (Strecke 5). Vorteilhaft ist daran insbesondere, dass zunächst die Druckfederkontakte komprimiert werden und dass erst nach dem Komprimieren der Kontakte 4 das eigentliche Verriegeln erfolgt, so dass sich insgesamt eine sehr harmonische, leicht vom Bediener umsetzbare Bedienung ermöglicht wird. Dabei werden die Verriegelungsstege 52 nicht plastisch soweit verformt, dass ein Lösen unmöglich wird. Es ist vielmehr auch einfache Weise möglich, diese Verriegelung wieder zu lösen und den Verbinder 1 mehrfach zu nutzen.
-
Die Verriegelungszapfenanordnung 5 ist derart in eine Verriegelungsstellung bewegt worden, die selbsthemmend so ausgebildet ist, dass das Gehäuse 15 im Bereich dieser Verriegelungseinrichtung 15 nicht von der Leiterplatte 3 abgenommen werden kann, ohne dass die Betätigungseinrichtung 500 an dem Gehäuse 15 wieder von der unteren „Verriegelungsstellung“ in die obere „Lösestellung“ bewegt werden kann.
-
Bei einem darauffolgenden Lösen des Verbinders 1 wird der gestrichelte Teil des Kraft-/Wegdiagrammes durchlaufen. Zunächst wird die Betätigungseinrichtung 500 zurück von der unteren in die obere Stellung bewegt. Derart werden die Spreizstege 52 und der Spreizdorn ebenfalls wieder in die obere Stellung bewegt, was die Verriegelung löst (Strecke (7), bevor der Arbeitspunkt der Druckfedern der Kontakte überwunden wird (Strecke 8), woraufhin bzw. wobei der Verbinder 1 wieder von der Leiterplatte 3 abgenommen werden kann.
-
Es ist auch denkbar, an einer einzigen Betätigungseinrichtung 500 (im Zusammenspiel mit dem Gehäuse 15) jeweils mehr als eine - insbesondere zwei- der Verriegelungszapfenanordnungen 5 vorzusehen. Denn derart kann durch die Bewegung einer jeweiligen Betätigungseinrichtung 500 jeweils eine mehrfache Verriegelung erreicht werden. Dies ist möglich, da eine optimierte Art der Verrieglung gefunden wurde, bei der die Kraft-/Wegverläufe so günstig optimiert worden sind, dass trotz Bedienung von Hand eine Zwei- oder Mehrfachverrieglung an einem einzelnen Betätigungseinrichtung 500 umgesetzt werden kann.
-
Es ist einerseits denkbar, an einem Gehäuse 15 eines Verbinders nur eine einzige Betätigungseinrichtung 500 mit nur einer einzigen oder zwei oder mehreren Verriegelungszapfenanordnung(en) anzuordnen. Solche Lösungen zeigen die 7 und 8. Nach 8 ist dabei die eine Betätigungseinrichtung 500 mit dem einen oder den mehreren Verriegelungszapfenanordnungen 5 seitlich neben einem einzelnen Kontakt 4 an dem Gehäuse 15 angeordnet.
-
Nach 7 ist hingegen die eine Betätigungseinrichtung 500 mit dem einen oder den mehreren Verriegelungszapfenanordnungen in einer Reihe zwischen den Kontakten 4 angeordnet. Derart wird eine Art „Mittenverriegelung“ umgesetzt.
-
Es ist auch denkbar, an einem einzigen Gehäuse 15 eines Verbinders 1 zwei oder mehr der Betätigungseinrichtungen 500 mit jeweils einer einzigen oder zwei oder mehr Verriegelungszapfenanordnung(en) 5 vorzusehen. Solche Lösungen zeigen die 2 bis 5 und 10 bis 14. Dabei kann insbesondere an zwei Enden des Gehäuses 15 jeweils eine der Betätigungseinrichtungen 500 mit der einen oder den mehreren Verriegelungszapfenanordnungen 5 angeordnet sein. Derart werden eine besonders sichere Verriegelung und eine besonders einfache Handhabung beim Kontaktiren und Verriegeln sowie beim Lösen des Verbinders 1 gesichert.
-
Das Ausführungsbeispiel der 10 bis 14 entspricht weitgehend hinsichtlich Aufbau und Funktion dem Aufbau des Ausführungsbeispiels der 2 bis 5.
-
Es bestehen aber in Hinsicht auf den Aufbau des Betätigungseinrichtungen 500 und der Verriegelungszapfenanordnung 5 folgende Unterschiede:
- Nach 5 ist die Betätigungseinrichtung 500 selbst zweiteilig aufgebaut und weist einen ersten Betätigungsabschnitt 501 und einen zweiten Betätigungsabschnitt 502 auf. An dem ersten Betätigungsabschnitt 501 sind die Spreizstege 52 ausgebildet und an dem zweiten Betätigungsabschnitt 502 ist der Spreizdorn 50 ausgebildet.
-
Die erste Betätigungseinrichtung 501 ist relativ zu dem zweiten Betätigungsabschnitt 502 verschieblich. Zudem sind beide Betätigungsabschnitte 501, 502 relativ zum dem Gehäuse 15 verschieblich und an diesem verschieblich geführt.
-
Bei dem Aufsetzen des Verbinders 1 auf die Leiterplatte 3 befinden sich die beiden Betätigungseinrichtungen 500 und deren -abschnitte 501, 501 zunächst wiederum in ihrer oberen Stellung. Jetzt ist es aber möglich, zunächst den ersten Betätigungsabschnitt 501 zu betätigen und erst dann den zweiten Betätigungsabschnitt 502 zu betätigen.
-
Das Aufsetzen des Verbinders 1 in 10, 11 und 12 erfolgt zunächst analog zu 2 und 3. In dieser Stellung können die Spreizstege 52 bis in die Öffnung 32 der Leiterplatte 3 hineinragen.
-
Sodann wird zunächst der erste Betätigungsabschnitt 501 mit den Spreizstegen 52 nach unten bewegt, sodass die Spreizstege 52 außen auf den Spreizkeilen 51 entlang gleiten. Da diese aber radial nach innen ausweichen könne, ist hierzu keine höhere Kraft erforderlich. Erst dann wird der zweite Betätigungsabschnitt 502 von oben nach unten gedrückt, um den Spreizdorn 50 zwischen die Spreizkeile 51 zu drücken. Hierdurch weiten sich die Spreizkeile 51 und damit auch die Spreizstege 52 auf, so dass die Verriegelungsstellung der 14 erreicht wird. Auch derart wird eine besonders vorteilhafte und leicht vom Bediener durchführbare Verrieglung realisiert.
-
Anzumerken ist noch, dass das Gehäuse 15 und die ein- oder mehrstückige Betätigungseinrichtung 500 vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektrischer Verbinder
- 10
- Anschlusskammer
- 11
- Gehäuseteil
- 12
- Innenwand
- 121
- Ausnehmung
- 13
- Anschlussgesicht
- 131
- Anschlussseite
- 14
- Kontaktgesicht
- 141
- Kontaktseite
- 15
- Übergehäuse
- 151
- Anschlussöffnung
- 152
- Kontaktöffnung
- 16
- Rastzahn
- 17
- Rastöffnung
- 2
- Elektrisches Anschlussteil, elektrischer Leiter
- 21
- Ader
- 22
- Ummantelung
- 3
- Leiterplatte
- 31
- Kontaktfläche, Lötpad
- 32
- Durchgangsöffnung
- 34
- Leitergesicht
- 4
- Verbinderkontakt, Kontakt
- 40
- Stromschiene
- 41
- Anschlussarm
- 410
- Klemmkontakt
- 42
- Kontaktarm
- 421
- Kontaktnase
- 422
- Kontaktpin
- 43
- Verbindungsarm
- 5
- Spreizzapfenanordnung
- 50
- Spreizdorn
- 51
- Spreizkeile
- 52
- Spreizstege
- 500
- Betätigungseinrichtung
- 501, 502
- Betätigungsabschnitte
- 511
- Verdickung
- 6
- Klemmfeder
- 61
- Klemmschenkel
- 62
- Halteschenkel
- 63
- Verbindungsbogen
