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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplattendurchführung und einen Pin zum Anordnen in der Leiterplattendurchführung.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Komponenten für Fahrzeugbordnetze beschrieben. Die Erfindung kann aber in jeder Anwendung genutzt werden, in der elektrische Lasten übertragen werden.
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Durch einen elektrischen Stromfluss erwärmt sich ein elektrischer Leiter und ein ohmscher Widerstand des Leiters steigt an, was wiederum zu einer verstärkten Erwärmung führt. Daher kann der Stromfluss begrenzt oder reduziert werden, wenn der Leiter zu warm wird.
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Um zu erkennen, dass der Leiter zu warm wird, kann beispielsweise eine Temperatur des Leiters über einen am Leiter befestigten Temperatursensor erfasst werden.
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Die
DE 11 2014 003 014 T5 zeigt einen kabelgebundenen Temperatursensor, der über eine Haltevorrichtung an einem Rundleiter fixiert ist.
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Die
DE 20 2017 105 818 U1 offenbart ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil, mit - einem Gehäuseteil, das einen Steckabschnitt zum steckenden Verbinden mit dem Gegensteckverbinderteil aufweist, und - zumindest einem dem Steckabschnitt zugeordneten Kontaktelement, das einen Kontaktabschnitt zum elektrischen Kontaktieren mit dem Gegensteckverbinderteil aufweist, gekennzeichnet durch eine an dem Gehäuseteil angeordnete Schnittstelleneinrichtung, die ein Trägerelement mit zumindest einem elektrischen Steckkontakt, an den das zumindest eine Kontaktelement elektrisch kontaktierend ansteckbar ist, und eine an dem Trägerelement angeordnete Anschlusseinrichtung zum Anschließen zumindest einer Leitungsader einer elektrischen Leitung aufweist.
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Die
US 5 055 055 A offenbart einen elektrischen Verbinder für ein Stromverteilungssystem mit einem elektrisch leitenden Körper mit einer Buchse zum Aufnehmen eines elektrisch leitenden Kontaktstifts, Kontaktanschlüssen zum Verbinden des Verbinders mit einer gedruckten Leiterplatte, und ein isolierendes Gehäuse, das auf dem Körper montiert ist und diesen im Wesentlichen umgibt.
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Die
DE 10 2018 120 057 A1 offenbart eine Temperaturmesseinrichtung für Steckverbinder, beinhaltend mindestens ein Trägerelement, mindestens ein Temperaturmessmittel samt Leiterbahnen sowie bedarfsweise mindestens ein aus Keramikmaterial bestehendes Deckelement, wobei das Temperaturmessmittel samt Leiterbahnen auf dem Trägerelement oder zwischen dem Trägerelement und dem bedarfsweisen Deckelement aufgebracht und zumindest mit einem der beiden Bauteile in Wirkverbindung steht, dergestalt, dass die Verbindung der Bauteile durch ein Glaslot erfolgt.
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Die
DE 10 2015 106 251 A1 offenbart ein Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil mit einem Gehäuseteil, zumindest einem am Gehäuseteil angeordneten elektrischen Kontaktelement.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine thermische Kopplung eines Temperatursensors an einen elektrischen Leiter zu erreichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Es wird eine Leiterplattendurchführung zum Führen eines elektrischen Leiters in einem Durchbruch durch eine Leiterplatte vorgestellt, wobei die Leiterplattendurchführung einen Träger aus einem Kunststoffmaterial mit einer durchgehenden, im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Aufnahme und ein in der Aufnahme angeordnetes im Wesentlichen ringförmiges Federelement aus einem Metallmaterial aufweist, wobei der Träger an einer quer zu der Aufnahme ausgerichteten Stirnseite Verbindungselemente zum mechanischen Verbinden der Leiterplattendurchführung mit der Leiterplatte aufweist, das Federelement umlaufend eine Mehrzahl von nach innen gerichteten Federlamellen und einen durch eine Aussparung im Träger auf eine Außenseite des Trägers geführten Fortsatz aufweist, wobei der Fortsatz mit einem Temperatursensor wärmeleitend gekoppelt ist.
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Unter einem elektrischen Leiter kann ein elektrisch isolierter Draht verstanden werden. Der Draht kann als Pin in einem Steckverbinder ausgeführt sein. Der elektrische Leiter kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Eine Leiterplatte kann als Platine bezeichnet werden. Die Leiterplatte kann quer zu einer Steckrichtung des elektrischen Leiters ausgerichtet sein. Das Kunststoffmaterial des Trägers kann elektrisch isolierend sein. Das Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein thermoplastisches Kunststoffmaterial sein. Der Träger kann als Spritzgussteil ausgeführt sein. Die Verbindungselemente können beispielsweise Füßchen zum Verstemmen in Durchbrüchen der Leiterplatte sein. Ebenso können die Verbindungselemente Rasthaken zum Einrasten in Durchbrüchen der Leiterplatte sein. Das Metallmaterial kann beispielsweise Kupfer beziehungsweise eine Kupferlegierung sein. Das Federelement kann ein Stanzteil beziehungsweise ein Stanzbiegeteil sein. Das Federelement kann vor dem Einsetzen in die Aufnahme ringförmig gebogen werden. Ebenso kann das Federelement während des Einsetzens in die Aufnahme ringförmig gebogen werden. Unter einem im Wesentlichen ringförmigen Federelement kann verstanden werden, dass das Federelement in einem Toleranzbereich ringförmig ausgeformt ist und/oder dass es beispielsweise den Ring nicht vollständig schließt und einen im Verhältnis zum Umfang kleinen Teilabschnitt offen lässt. Die Federlamellen können in entspanntem Zustand weiter nach innen ragen, als der bestimmungsgemäß dimensionierte elektrische Leiter dick ist. Wenn der Leiter in die Leiterplattendurchführung gesteckt wird, werden die Federlamellen nach außen gedrückt und drücken mit einer rückstellenden Federkraft gegen den Leiter. Die Federlamellen oder das ganze Federelement können elektrisch isoliert, insbesondere elektrisch isolierend ummantelt, sein. Dann kann auch ein blanker elektrischer Leiter in die Leiterplattendurchführung gesteckt werden.
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Der Fortsatz ist mit den Federlamellen thermisch gekoppelt, da er aus dem Metallmaterial besteht und einstückig mit den Federlamellen verbunden ist. Daher weist der Fortsatz zumindest in guter Näherung die gleiche Temperatur auf, wie die Federlamellen. Die Federlamellen nehmen die Temperatur des elektrischen Leiters an. Die Wärme wird in dem Federelement geleitet und der Temperatursensor kann die Temperatur des Fortsatzes in einem Temperaturwert abbilden.
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Das Federelement kann quer zu einer Umfangsrichtung des Federelements geschlitzt ausgeführt sein. Der Schlitz kann gegenüber dem Fortsatz angeordnet sein. Durch den Schlitz kann das Federelement beim Einsetzen in die Aufnahme stärker zusammengedrückt werden, als es in einer Endlage in der Aufnahme sein wird. Dadurch kann es leicht in die Aufnahme eingeführt werden. Zusätzlich kann das Federelement erst beim Zusammendrücken in die ringförmige Form gebracht werden, wodurch die Herstellung des Federelements vereinfacht wird.
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Die Federlamellen können durch einen mehrfach quer zu einer Umfangsrichtung des Federelements geschlitzten Lamellenbereich ausgebildet sein. Die Federlamellen können je zumindest an einem Ende mit einem in der Umfangsrichtung durchgehenden Verbindungsbereich des Federelements verbunden sein. Der Verbindungsbereich kann an der Innenseite der Aufnahme anliegen. Das Federelement kann aus einem Stück geformt sein. Die Federlamellen können durch Schlitze voneinander beabstandet sein. Die Federlamellen können am festen Ende breiter sein als am nach innen ragenden losen Ende.
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Die Federlamellen des Lamellenbereichs können ferner je an einem dem Ende gegenüberliegenden zweiten Ende mit einem weiteren in der Umfangsrichtung durchgehenden Verbindungsbereich des Federelements verbunden sein. Beide Enden einer Federlamelle können je an einem eigenen Verbindungsbereich anschließen. Die Enden können breiter sein, als eine nach innen ragende Mitte der Federlamellen. Wenn der Leiter in die Leiterplattendurchführung gesteckt wird, können die Verbindungsbereiche in axialer Richtung der Aufnahme auseinandergedrückt werden. Dadurch kann sich eine Breite des Federelements vergrößern.
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Die Federlamellen können bogenförmig nach innen gebogen ausgeführt sein. Durch eine Bogenform können scharfe Kanten vermieden werden und eine große Kontaktfläche zwischen dem elektrischen Leiter und den Kontaktlamellen erreicht werden.
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Die Aufnahme kann eine auf der Innenseite umlaufende Schulter als Auflagefläche für das Federelement aufweisen. Eine Schulter kann ein ringförmiger Absatz in einer Außenfläche der Aufnahme sein. Die Schulter kann im Wesentlichen parallel zu der Stirnseite ausgerichtet sein, d.h. die Schulter kann in einem Toleranzbereich parallel zu der Stirnseite ausgerichtet sein. Das Federelement kann bis zu der Schulter in die Aufnahme eingesteckt werden. Durch die Schulter kann eine Lage des Federelements in der Aufnahme eindeutig festgelegt sein.
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Die Aufnahme kann an einer der Stirnseite gegenüberliegenden Oberkante Rasteinrichtungen zum Verrasten des Federelements aufweisen. Rasteinrichtungen können eine Einführschräge und einen Hinterschnitt zum Verhindern eines Herausrutschens des Federelements aus der Aufnahme aufweisen. Beim Einsetzen kann das Federelement über die Rasteinrichtungen geschoben werden. Dabei kann das Federelement zusammengedrückt werden und/oder die Aufnahme auseinandergedrückt werden.
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Die Aussparung kann als von einer der Stirnseite gegenüberliegenden Oberseite des Trägers ausgehender Schlitz ausgeführt sein. Der Träger kann im Bereich der Stirnseite ringförmig geschlossen ausgeführt sein. In dem Schlitz kann der Fortsatz beim Einsetzen des Federelements in die Aufnahme bis an eine Endposition gleiten. Durch den Fortsatz in dem Schlitz kann eine Verdrehung des Federelements in der Aufnahme verhindert werden.
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Die Leiterplattendurchführung kann über einem Durchbruch einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Verbindungselemente können in entsprechenden Aufnahmen der Leiterplatte angeordnet sein. Der Fortsatz des Federelements kann eine wärmeleitende Leiterbahn der Leiterplatte wärmeleitend kontaktieren. Der Temperatursensor kann auf der Leiterplatte angeordnet sein und mit der Leiterbahn wärmeleitend gekoppelt sein. Durch die Anordnung des Temperatursensors auf der Leiterplatte neben dem Träger kann der Temperatursensor mittels standardisierter Bestückungstechnologie verbaut werden. Die Leiterbahn kann beispielsweise um eine Aufnahme für den Fortsatz auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Die Leiterbahn kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Der Fortsatz kann mit der Leiterbahn verlötet sein. Die Aufnahme für den Fortsatz kann beispielsweise ein Durchgangsloch in der Leiterbahn sein. Die Aufnahmen für die Verbindungselemente können beispielsweise ringförmig verteilt um den Durchbruch für den elektrischen Leiter angeordnet sein.
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Weiterhin wird ein elektrisch leitender Pin zum Führen in einer Leiterplattendurchführung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei der Pin zumindest dort, wo die Federlamellen des Federelements in einer Endlage des Pins eine Oberfläche des Pins berühren, eine elektrisch isolierende Isolierschicht aufweist. Durch die elektrisch isolierende Schicht kann die Leiterplattendurchführung von einem elektrischen Potenzial des Pins getrennt werden. Beispielsweise kann der Pin auf einem Hochvoltspannungsniveau von beispielsweise mehreren hundert Volt, insbesondere mehr als 300 V, liegen. Durch die Isolierung kann die Leiterplatte für Kleinspannung von beispielsweise wenigen Volt, insbesondere weniger als 30 V, ausgelegt sein. Alternativ können die Federlamellen oder auch das ganze Federelement mit einer Isolationsschicht überzogen sein. Dann kann auch ein unisolierter Pin von der Leiterplattendurchführung geführt werden, ohne dass das elektrische Potenzial des Pins auf die Leiterplatte übertragen wird.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine räumliche Darstellung einer Leiterplattendurchführung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine Leiterplattendurchführung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine räumliche Darstellung einer auf einer Leiterplatte angeordneten Leiterplattendurchführung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-3 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine räumliche Darstellung einer Leiterplattendurchführung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattendurchführung 100 weist einen Träger 102 und ein Federelement 104 auf. Der Träger 102 ist aus einem Kunststoffmaterial und weist eine Aufnahme 106 für das Federelement 104 auf. Der Träger 102 ist hier als Spritzgussteil ausgeführt. Die Aufnahme 106 ist eine im Wesentlichen zylindrische Aussparung, die von einer Oberseite des Trägers 102 bis zu einer gegenüberliegenden Stirnseite des Trägers 102 durchgeht. Eine Außenseite des Trägers 102 ist hier ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch. Die Außenseite kann auch eine andere Form aufweisen. Das Federelement 104 ist aus einem Metallmaterial und in der Aufnahme 106 angeordnet. Das Federelement liegt zumindest bereichsweise ringförmig an einer Innenwand der Aufnahme 106 an. Das Federelement ist hier als Stanz-Biegeteil ausgeführt.
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Die Leiterplattendurchführung 100 ist dazu ausgebildet, vor einem Durchbruch einer hier nicht dargestellten Leiterplatte angeordnet zu werden und einen ebenso nicht dargestellten elektrischen Leiter in dem Durchbruch zu führen. Dazu weist der Träger 102 im Bereich der Stirnseite drei Verbindungselemente 108 auf. Die Verbindungselemente 108 ragen seitlich aus dem Träger 102 hervor und sind gleichmäßig entlang eines Umfangs des Trägers 102 verteilt. Die Verbindungselemente 108 sind hier als L-förmige Rastnasen ausgeführt, die über die Stirnseite überstehen und in passende Aussparungen der Leiterplatte eingerastet werden können. Unter Verwendung der Verbindungselemente 108 kann die Leiterplattendurchführung 100 zumindest näherungsweise mittig vor dem Durchbruch fixiert werden.
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Das Federelement 104 weist Federlamellen 110 auf, die von der Innenwand der Aufnahme 106 nach innen abstehen. Die Federlamellen 110 verringern einen freien Innendurchmesser der Leiterplattendurchführung 100. Wenn der elektrische Leiter, insbesondere ein Rundleiter in die Leiterplattendurchführung 100 eingeführt wird, stößt er gegen die Federlamellen 110 und verformt sie in Richtung der Innenwand der Aufnahme 106. Dadurch drücken die Federlamellen 110 mit einer resultierenden Rückstellkraft gegen den Leiter. Wenn der Leiter in der Leiterplattendurchführung 100 angeordnet ist und keine zusätzlichen Kräfte auf den Leiter wirken, zentrieren die Federlamellen 110 den Leiter in der Aufnahme 106. Durch die Flexibilität der Federlamellen 110 kann das Federelement 104 geringfügige Bewegungen und/oder Winkelfehlstellungen des Leiters ausgleichen.
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Das Federelement 104 weist ferner einen Fortsatz 112 auf, der in einer Aussparung 114 des Trägers 102 angeordnet ist. Der Fortsatz 112 führt von einer Innenseite des Trägers 102 bis zu einer Außenseite des Trägers 102. Auf der Außenseite ist ein Temperatursensor 116 mit dem Fortsatz 112 wärmeleitend gekoppelt. Der Fortsatz 112 ist hier außerhalb des Trägers 102 quer zu der Stirnseite abgewinkelt. Ein freies Ende des Fortsatzes 112 kann so beim Aufsetzen der Leiterplattendurchführung 100 auf die Leiterplatte in einen dafür vorgesehenen Schlitz der Leiterplatte eingesteckt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Federlamellen 110 durch einen längs geschlitzten Lamellenbereich 118 ausgebildet. Der Lamellenbereich 118 ist zwischen zwei quer ausgerichteten Verbindungsbereichen 120 des Federelements 104 angeordnet. Die Verbindungsbereiche 120 verbinden die Enden benachbarter Federlamellen 110 miteinander. Zwischen den Verbindungsbereichen 118 sind die Federlamellen 110 bogenförmig nach Innen gewölbt.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsbereiche 120 gegenüber dem Fortsatz 112 unterbrochen und somit nicht ringförmig geschlossen. Das Federelement 104 ist also längs geschlitzt ausgeführt. Durch die geschlitzte Ausführung kann das Federelement 104 zum Einsetzen in die Aufnahme 106 zusammengedrückt werden und weist im zusammengedrückten Zustand einen kleineren Außendurchmesser auf, als ein Innendurchmesser der Aufnahme 106.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 114 des Trägers 102 als Schlitz ausgeführt. Der Schlitz reicht dabei von der Oberseite des Trägers 102 bis kurz vor die Stirnseite. An der Stirnseite ist der Träger 102 durch einen schmalen Steg unterhalb des Fortsatzes 112 ringförmig geschlossen ausgeführt. Das Federelement 104 verläuft auf der Innenseite des Trägers 102 über den Schlitz hinweg.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Leiterplattendurchführung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattendurchführung 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Leiterplattendurchführung in 1. Die Schnittdarstellung ist zweigeteilt und zeigt zwei orthogonal zueinander ausgerichtete radiale Teilschnitte durch die Leiterplattendurchführung 100. Der rechte Teilschnitt verläuft dabei mittig durch den Fortsatz 112 des Federelements 104 bis zu einer Längsachse der Leiterplattendurchführung 100. Der linke Teilschnitt verläuft quer dazu von der Längsachse durch eine Rasteinrichtung 200 des Trägers 102.
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Die Rasteinrichtung 200 ist im Bereich der Oberseite des Trägers 102 auf einer Innenwand des Trägers 102 angeordnet. Die Rasteinrichtung 200 weist eine zur Oberseite gerichtete Einführschräge zum Einsetzen des Federelements 104 in die Aufnahme 106 und einen zur Stirnseite gerichteten Hinterschnitt zum Halten des Federelements 104 in axialer Richtung auf.
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Das Federelement 104 liegt im Bereich der Stirnseite an einer umlaufenden Schulter 202 der Aufnahme 106 an. Die Schulter 202 verengt einen Durchmesser der Aufnahme 106 zumindest bereichsweise und bietet damit eine Anlagefläche für das Federelement 104. Da der Träger 102 hier als Spritzgussteil ausgeführt ist, ist die Schulter 202 gegenüber der Rasteinrichtung 200 unterbrochen, um Platz für einen Schieber des Spritzgusswerkzeugs zum Formen des Hinterschnitts der Rasteinrichtung 200 zu schaffen.
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Die Verbindungsbereiche 120 des Federelements 104 liegen an der Innenwand des Trägers 102 an. Der Federbereich 118 ist im Wesentlichen kreisbogenförmig von der Innenwand weg gebogen. Der Federbereich 118 ist in axialer Richtung geschlitzt. Die Federlamellen 110 sind damit bogenförmige Streifen, die durch je einen Schlitz von der jeweils benachbarten Federlamelle 110 beabstandet sind. Die Federlamellen 110 sind in der Mitte schmaler als an den Enden.
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Der Fortsatz 112 ist im Bereich des Ausschnitts 114 quer zu den Verbindungsbereichen 120 aufgebogen und außerhalb des Trägers 102 wieder in Richtung der Längsachse gebogen. Damit ist der Fortsatz 112 außerhalb des Trägers 102 tangential zur Außenwand des Trägers 102 ausgerichtet. Der die Aussparung 114 überbrückende Teil des Trägers 102 zwischen dem Fortsatz 112 und der Stirnseite ist dicker als die Schulter 202.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Leiterplattendurchführung 100 über einem Durchbruch 204 durch eine Leiterplatte 206 angeordnet und über die Verbindungselemente 108 mit der Leiterplatte 206 verbunden. Der Fortsatz 112 ist in einem neben dem Durchbruch 204 angeordneten Schlitz 208 der Leiterplatte 206 angeordnet. Im Bereich des Schlitzes 208 weist die Leiterplatte 206 eine Leiterbahn 210 auf, die beispielsweise über eine Lötverbindung thermisch mit dem Fortsatz 112 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 116 ist als elektronisches Bauteil auf der Leiterplatte 206 angeordnet und ein Anschluss des Temperatursensors 116 ist auf der Leiterbahn 210 verbunden. Über den Anschluss kann der Temperatursensor 116 eine Temperatur der Leiterbahn 210 und damit über den Fortsatz 112 und den Federbereich 118 eine Temperatur des elektrischen Leiters in der Leiterplattendurchführung 100 erfassen.
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3 zeigt eine räumliche Darstellung einer auf einer Leiterplatte 206 angeordneten Leiterplattendurchführung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplattendurchführung 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in 2. Zusätzlich dazu ist hier ein elektrisch leitender Pin 300 aus einem Metallmaterial in die Leiterplattendurchführung 100 eingesteckt. Der Pin 300 durchdringt die Leiterplatte 206 im durch die Leiterplattendurchführung 100 verdeckten Durchbruch. Der Pin 300 ist beispielsweise ein Kontakt eines Steckverbinders, insbesondere eines Ladesteckers zum Laden einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Der Pin 300 ist hier ein Rundleiter und weist an einem freien Ende eine Fase auf, um das Einführen in sein hier nicht dargestelltes Gegenstück zu vereinfachen.
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Der Pin 300 ist durch eine Isolierschicht 302 von dem Federelement 104 elektrisch isoliert. Die Leiterplattendurchführung 100 wird hier nur dazu verwendet, eine Temperatur des Pins 300 zu erfassen. Die Isolierschicht 302 ist zwischen den Federlamellen 110 und dem Metallmaterial des Pins 300 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Oberfläche des Pins 300 in einem Bereich, der in einer Endlage des Pins 300 Kontakt zu den Federlamellen 110 aufweist, mit der Isolierschicht 302 beschichtet. Die Federlamellen 110 nehmen so eine Oberflächentemperatur der Isolierschicht 302 an. Die Temperatur wird über den Wärmeleitpfad durch das Federelement 104 und den Fortsatz 112 zum Temperatursensor 116 übertragen.
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Mit anderen Worten zeigen die 1 bis 3 ein als Leiterplattendurchführung 100 bezeichnetes Leiterplattendurchführungselement zur Kontaktierung und Temperaturmessung eines als Pin 300 bezeichneten Rundleiters. Das Leiterplattendurchführungselement ist zur elektrisch isolierten Temperaturerfassung des Rundleiters, beispielsweise eines stromführenden Pins 300 einer Ladedose ausgebildet. Dabei ist eine automatisierte Fertigung sowohl bei der Produktion als auch bei der Montage möglich. Durch einen niedrigen thermischen Widerstand ist eine hohe statische Messgenauigkeit erreichbar. Da der Temperatursensor 116 nahe am Rundleiter platziert ist befindet sich wenig thermische Masse im Wärmeleitpfad und eine dynamische Ansprache des Temperatursensors 116 kann gewährleistet werden.
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Durch einen als Träger 102 bezeichneten Kunststoffhalter mit integriertem als Federelement 104 bezeichnetem Lamellenring kann die Temperatur des Rundleiters aufgegriffen und zu einem SMD-Temperatursensor 116 geleitet werden. Der Lamellenring dient dabei gleichzeitig zum Ausgleich mechanischer Toleranzen.
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Die vorgestellte Lösung ist sehr kostengünstig und völlig automatisiert bestückbar. Die verwendeten Bauteile können mit sehr einfachen und bereits bewährten Mitteln hergestellt werden.
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Die Leiterplattendurchführung 100 ist mechanisch sehr einfach aufgebaut, wodurch Werkzeugkosten reduziert werden. Die Halterung für den Lamellenring ist aus einem beliebigen Kunststoff herstellbar. Im Falle der Ladedose können Standard-Drehteile als Pins 300 verwendet werden und eine elektrische Isolierung zusätzlich aufgebracht werden. Der hier vorgestellte Ansatz ist auf alle Steckverbindungen mit benötigter Temperaturüberwachung (und runden Steckkontakten) anwendbar.
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Ein Rundleiter gemäß dem hier vorgestellten Ansatz (z.B. ein stromleitender Pin 300 einer Ladedose), dessen Temperatur erfasst werden soll, weist an der Stelle, an welcher die Temperatur gemessen werden soll, eine als Isolierschicht 302 bezeichnete elektrisch isolierende Schicht, wie ein Kapton-Band, eine Kunststoffumspritzung, eine Pulverbeschichtung oder einen Schrumpfschlauch auf. Diese Schicht ist möglichst dünn, um einen kleinstmöglichen Wärmewiderstand zur Oberfläche des Rundleiters darzustellen.
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Der Temperatursensor 116 kann beispielsweise ein NTC oder ein PTC wie PT100, PT1000 oder Ni1000 sein. Der Temperatursensor 116 befindet sich auf einer gewöhnlichen Leiterplatte 206, welche einen Durchbruch aufweist, durch welchen der Rundleiter geführt wird. Um den Durchbruch herum sind weitere Öffnungen oder Aussparungen vorgesehen, welche dazu dienen den Kunststoffträger zu fixieren, welcher automatisiert auf der Leiterplatte 206 platziert werden kann.
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Die Fixierung des Kunststoffträgers kann über Haltenasen (z.B. Snapfit) erfolgen. Alternativ ist auch ein Heißverstemmen gegen die Platine möglich.
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Der Kunststoffträger weist ebenfalls einen Durchbruch auf, an dessen Innenseite der metallischer Lamellenring fixiert ist. Die Lamellen des Rings ragen zum Mittelpunkt des Durchbruchs hinein und verengen den Durchbruch-Querschnitt somit auf ein Maß, welches etwas kleiner ist als der Durchmesser des durchzuführenden Rundleiters. Wird der Rundleiter also durch den Kunststoffhalter und die Leiterplatte 206 geführt, liegt die elektrisch isolierte Oberfläche des Rundleiters umlaufend an den Lamellen des fixierten Lamellenrings an.
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Der Lamellenring wird von einer Seite in den Kunststoffträger eingeführt, wobei er dabei bis zu einer Auflagefläche geschoben wird, die ihn am Durchrutschen hindert. Um ein Herausrutschen entgegen der Einschubrichtung zu verhindern, sind hier Rasthaken vorgesehen, die den Lamellenring auch in dieser Richtung fixieren.
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Der Lamellenring weist einen Fortsatz 112 auf, welcher aus der Kunststoffhalterung heraus auf die Leiterplatte 206 ragt und dort verlötet werden kann. Dadurch entsteht über den Lamellenring ein Wärmeleitpfad von der Rundleiteroberfläche auf die Leiterplatte 206. In unmittelbarer Nähe zur Lötstelle von Lamellenringfortsatz und Leiterplatte 206 ist der bereits erwähnte Temperatursensor 116 platziert.
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Dadurch misst der Temperatursensor 116 näherungsweise die Oberflächentemperatur des Rundleiters, ohne direkten Kontakt zum Rundleiter haben zu müssen oder mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt zu sein. Evtl. auftretendes Spiel des Rundleiters, wie Wackeln oder Taumeln wird durch den Lamellenring ausgeglichen, sodass umlaufend ständiger Kontakt zwischen dem Lamellenring und dem Rundleiter besteht, was die Wärmeleitfläche für diese Anwendung maximiert.
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Es ist vorteilhaft, den Lamellenring als Stanz-Biege-Teil auszuführen, wobei auf eine möglichst geringe Blechdicke vorteilhaft ist, um die thermische Kapazität des Rings gering zu halten. Dabei ist ein Kompromiss zwischen dünner Wandstärke und ausreichender mechanischer Stabilität erforderlich.
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Der Lamellenring dient neben der thermischen Kontaktierung gleichzeitig zum Ausgleich von mechanischen Toleranzen bei der Platzierung des Rundleiters sowie dem Spiel-/Taumelausgleich, was etwa beim Steckvorgang einer Ladedose für deren stromführende Pins wichtig ist.
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In den 1 bis 3 ist die Leiterplattendurchführung 100 beispielhaft dargestellt. Bei dem hier beispielhaft verwendeten Temperatursensor 116 handelt es sich um einen PTC des Typs Ni1000 in SOT-23 Bauform. Dieses Package weist drei Pins auf, wobei die beiden Pins auf der einen langen Seite des Sensors für die elektrische Widerstandsmessung vorgesehen sind und der dritte Pin speziell für die thermische Anbindung des Sensors vorgesehen ist. Es ist auch die Verwendung eines anderen Sensortyps möglich, wobei die Wärme beispielsweise über eine Kupferschicht innerhalb oder unterhalb der Platine zum Sensor geleitet wird. Ebenso ist die thermische Kopplung über ein zusätzliches Wärmeleitelement denkbar, welches auf dem Sensor und am Fortsatz des Lamellenrings anliegt.
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Zur Assemblierung kann der Lamellenring in den Kunststoffhalter eingeschoben werden, während die Platine gefertigt wird. Beim Fertigen der Platine werden die erforderlichen Durchbrüche und Öffnungen zur Aufnahme des Kunststoffhalters angefertigt. Zusätzlich kann parallel dazu der Rundleiter mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden. Anschließend können der Kunststoffhalter mit dem Lamellenring sowie der Temperatursensor auf der Platine platziert und verlötet werden. Die fertige Platine kann dann in einem Gehäuse platziert werden und der Rundleiter durch die Platine geführt werden.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Leiterplattendurchführung
- 102
- Träger
- 104
- Federelement
- 106
- Aufnahme
- 108
- Verbindungselement
- 110
- Federlamelle
- 112
- Fortsatz
- 114
- Aussparung
- 116
- Temperatursensor
- 118
- Lamellenbereich
- 120
- Verbindungsbereich
- 200
- Rasteinrichtung
- 202
- Schulter
- 204
- Durchbruch
- 206
- Leiterplatte
- 208
- Schlitz
- 210
- Leiterbahn
- 300
- Pin
- 302
- Isolierschicht
