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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Buchse zum Herstellen einer Steckverbindung und ein zugehöriges Verfahren zum Herstellen der Buchse.
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Um wiederaufladbare Batterien von elektrischen Fahrrädern zu laden ist es notwendig, eine Batterieeinheit des elektrischen Fahrrades mit einem Ladegerät zu koppeln. Dies erfolgt typischerweise über eine Steckverbindung, bei der ein Steckverbinder zum Herstellen der Steckverbindung in eine Buchse gesteckt wird. Die Buchse ist dabei an der Batterieeinheit des elektrischen Fahrrades angeordnet.
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Durch die zunehmend höhere Integration von elektrischen Bauelementen ist es dabei erforderlich, dass eine zuverlässige und gegenüber den gegebenen Witterungsbedingungen beständige Buchse an der Ladeeinheit bereitgestellt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Buchse zum Herstellen einer Steckverbindung umfasst ein Trägerelement, welches auf einer ersten Seite zumindest eine erste Aufnahmeöffnung aufweist, um die Kontakte eines Steckverbinders aufzunehmen, ein Gehäuseelement, welches mit einer Kontaktfläche auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägerelements angeordnet ist, wobei das Gehäuseelement auf der dem Trägerelement zugewandten Seite der Kontaktfläche zumindest zwei metallische Kontaktelemente trägt, welche derart in der zumindest einen ersten Ausnahmeöffnung angeordnet sind, dass diese eine elektrische Kontaktierung der Kontakte des Steckverbinders ermöglichen, wenn dieser in die erste Aufnahmeöffnung eingeführt wird, und eine Leiterplatte, die über einen elektrischen Leiter kontaktiert ist und auf einer dem Trägerelement abgewandten Seite der Kontaktfläche in dem Gehäuseelement angeordnet ist, wobei die Kontaktelemente über die Leiterplatte kontaktiert sind und die Leiterplatte mit einer Vergussmasse in dem Gehäuseelement vergossen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigung einer Buchse umfasst ein Bereitstellen eines ersten Montagemoduls, welches ein Gehäuseelement umfasst, wobei zumindest zwei metallische Kontaktelemente an einer Kontaktfläche des Gehäuseelementes angeordnet sind, ein Bereitstellen eines zweiten Montagemoduls, welches ein Trägerelement umfasst, welches auf einer ersten Seite zumindest eine erste Aufnahmeöffnung aufweist, um die Kontakte eines Steckverbinders aufzunehmen, ein Bereitstellen eines dritten Montagemoduls, welches zumindest eine über einen elektrischen Leiter kontaktierte Leiterplatte umfasst, ein Verbinden des ersten Montagemoduls mit dem zweiten Montagemodul, wobei das Gehäuseelement auf einer der ersten Seite des Trägerelements gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägerelements angeordnet wird, wobei das Gehäuseelement zusammen mit den Kontaktelementen derart angeordnet wird, dass die Kontaktelemente derart in der zumindest einen ersten Aufnahmeöffnung angeordnet sind, dass diese eine elektrische Kontaktierung der Kontakte des Steckverbinders ermöglichen, wenn dieser in die erste Aufnahmeöffnung eingeführt wird, und ein Verbinden des ersten Montagemoduls mit dem dritten Montagemodul, wobei die Leiterplatte in dem Gehäuseelement angeordnet wird, wobei die Kontaktelemente über die Leiterplatte kontaktiert werden, und die Leiterplatte mit der Vergussmasse in dem Gehäuseelement vergossen wird.
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Die Buchse ist dabei insbesondere dafür geeignet, um an einer Batterieeinheit eines Elektro-Fahrrades angeordnet zu werden.
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Das Trägerelement ist insbesondere ein erstes Kunststoffelement. Das Trägerelement bildet eine außenliegende Oberfläche der Buchse, wenn dieses verbaut ist. Daher weist das Trägerelement auf der ersten Seite zumindest eine erste Aufnahmeöffnung auf, um Kontakte eines Steckverbinders aufzunehmen. Eine Aufnahmeöffnung ist dabei ein Bereich, durch welche eine Öffnung auf der ersten Seite des Trägerelementes gebildet wird, um Kontakte oder andere Abschnitte eines der Buchse zugehörigen Steckverbinders aufzunehmen. Die erste Seite des Trägerelements kann als eine Frontseite des Trägerelementes bezeichnet werden und die zweite Seite des Trägerelements kann als eine Rückseite des Trägerelements bezeichnet werden. Die erste Seite und die zweite Seite des Trägerelements sind durch eine umlaufende Seitenfläche des Trägerelements miteinander verbunden.
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Das Gehäuseelement ist insbesondere ein zweites Kunststoffelement. Das Gehäuseelement ist mit einer Kontaktfläche auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägerelements angeordnet. Das bedeutet, dass das Gehäuseelement nach einer Montage der Buchse an einer Montageoberfläche hinter dem Trägerelement gelegen ist. Dabei ist das Gehäuseelement insbesondere direkt an dem Trägerelement angeordnet, wodurch das Gehäuseelement in unmittelbaren Kontakt mit dem Trägerelement steht.
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Das Gehäuseelement trägt auf der dem Trägerelement zugewandten Seite der Kontaktfläche zumindest zwei metallische Kontaktelemente. Die Kontaktelemente sind dabei die Komponenten, über welche ein elektrisch leitender Kontakt zu den Kontakten des Steckverbinders hergestellt wird. Damit dies bei einem Einführen des Steckverbinders in die Buchse möglich ist, sind die metallischen Kontaktelemente in der ersten Aufnahmeöffnung angeordnet, um eine elektrische Kontaktierung der Kontakte des Steckverbinders zu ermöglichen. Die zwei metallischen Kontaktelemente bilden dabei insbesondere eine positive und einen negativen Kontakt in der Buchse. In der ersten Aufnahmeöffnung des Trägerelementes ist zumindest eines der metallischen Kontaktelemente, optional auch beide metallische Kontaktelemente angeordnet. Die zwei metallischen Kontaktelemente sind optional in unterschiedlichen ersten Aufnahmeöffnungen angeordnet, welche auf der ersten Seite des Trägerelementes angeordnet sind. Neben den beiden metallischen Kontaktelementen kann die Buchse auch weitere metallische Kontaktelemente aufweisen, die entsprechend den zwei metallischen Kontaktelementen angeordnet sind und über die erste Aufnahmeöffnung oder eine weitere Aufnahmeöffnung durch die Kontakte des Steckverbinders kontaktiert werden können.
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Die Leiterplatte ist über einen elektrischen Leiter kontaktiert. Der elektrische Leiter ist dabei insbesondere ein Draht oder eine Litze eines Zuleitungskabels der Buchse. Wird die Buchse zum Herstellen einer Steckverbindung für eine Batterieeinheit genutzt, so ermöglicht es der elektrischen Leiter, dass zwischen der Buchse und den Batterien oder einer zugehörigen Ladeelektronik eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Der elektrische Leiter ist somit eine Zuleitung zu der Buchse. Bevorzugt ist jedes der metallischen Kontaktelemente über die Leiterplatte mit einem jeweils zugehörigen elektrischen Leiter verbunden. Die Leiterplatte ist in dem Gehäuseelement angeordnet. Das bedeutet, dass die Leiterplatte von einer an die Kontaktfläche des Gehäuseelements angrenzenden seitlichen Wandung des Gehäuseelementes umlaufen wird. Die seitliche Wandung des Gehäuseelements und die die Kontaktfläche tragende Seite des Gehäuseelements bilden dabei einen Topf, in welchem die Leiterplatte angeordnet ist. Die Leiterplatte ist mit einer Vergussmasse in das Gehäuseelement eingegossen und somit vergossen. Dabei ist die Leiterplatte bevorzugt vollständig von der Vergussmasse umschlossen, wobei lediglich die Zuleitungen zu der Leiterplatte einen elektrischen Pfad zu der Leiterplatte bilden. Die elektrischen Zuleitungen umfassen dabei insbesondere den elektrischen Leiter und die metallischen Kontaktelemente, welche sich in das Trägerelement erstrecken.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere die erfindungsgemäße Buchse gefertigt. Dabei werden zunächst drei Montagemodule gefertigt, welche ein erstes Montagemodul, ein zweites Montagemodul und ein drittes Montagemodul umfassen.
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Das erste Montagemodul umfasst das Gehäuseelement und die zwei metallischen Kontaktelemente. Bei dem Bereitstellen des ersten Montagemoduls werden somit insbesondere die zwei metallischen Kontaktelemente auf der Kontaktfläche des Gehäuseelements angeordnet, wobei diese insbesondere in zugehörige Öffnungen in der Kontaktfläche des Gehäuseelements eingeführt werden.
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Das zweite Montagemodul umfasst das Trägerelement, welches die erste Aufnahmeöffnung aufweist. Bevorzugt wird bei dem Bereitstellen des zweiten Montagemoduls ein federelastischer Clip in dem Trägerelement angeordnet, der dazu angeordnet ist, in eine Aufnahmeöffnung des Positionierungsstegs einzugreifen, wenn der Steckverbinder in die Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg eingeführt wird.
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Das dritte Montagemodul umfasst den elektrischen Leiter und die Leiterplatte, welche über den elektrischen Leiter kontaktiert ist. Das dritte Montagemodul umfasst somit insbesondere die Leiterplatte mit einem zu der Leiterplatte geführten und einem an dieser fixierten Zuleitungskabel.
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Es erfolgt ein Verbinden des erstes Montagemoduls mit dem zweiten Montagemodul. Dabei wird das Gehäuseelement mit dem Trägerelement verbunden. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Positionierung des Trägerelements gegenüber dem Gehäuseelement, was beispielsweise auch durch zugehörige Führungen in dem Gehäuseelement bzw. in dem Trägerelement sichergestellt werden kann.
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Bei dem Verbinden des ersten Montagemoduls mit dem dritten Montagemodul wird die Leiterplatte in dem Gehäuseelement angeordnet und mit einer Vergussmasse in dem Gehäuseelement vergossen. Dabei kann die Vergussmasse insbesondere auch anteilig in das Gehäuseelement eingebracht werden, bevor die Leiterplatte in diesem positioniert wird. Bevorzugt wird die Vergussmasse jedoch in das Gehäuseelement eingebracht, wenn die Leiterplatte bereits in diesem positioniert ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt weist jedes der Kontaktelemente zumindest einen Kontaktstift auf, der durch die dem Trägerelement zugewandte Kontaktfläche des Gehäuseelements geführt ist und auf der dem Gehäuseelement abgewandten Seite der Kontaktfläche in einer dem Kontaktstift zugehörigen Öffnung der Leiterplatte fixiert ist. Der Kontaktstift ist insbesondere ein sogenannter Press-Fit. Es wird eine Steckverbindung geschaffen, durch welche jedes der metallischen Kontaktelemente mit der Leiterplatte verbunden werden kann. Insbesondere werden dabei keine zusätzliche Mittel, wie beispielsweise Lötzinn, genutzt, um die Kontaktstifte in der zugehörigen Öffnung der Leiterplatte zu fixieren. Insbesondere befinden sich auf der Leiterplatte Leiterbahnen, die zu den zugehörigen Öffnungen geführt sind, um jeweils eine Verbindung zwischen einem der Kontaktstifte und der Leiterbahn zu schaffen. Durch die Leiterbahn wird insbesondere eine Verbindung zwischen den Kontaktstiften und somit zwischen den metallischen Kontaktelementen und dem elektrischen Leiter geschaffen. Dabei ist insbesondere jeweils ein Kontaktstift über eine Leiterbahn mit einem elektrischen Leiter verbunden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Kontaktstift mittels einer Einpresstechnik mit der zugehörigen Öffnung der Leiterplatte verbunden ist, wobei ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktstift und einer Leiterbahn der Leiterplatte geschaffen ist. Es wird somit insbesondere eine Presspassung zwischen dem Kontaktstift und der Öffnung in der Leiterplatte geschaffen. Die Verbindung zwischen dem Kontaktstift und der Leiterplatte ist insbesondere eine durch kaltschweißen geschaffene Verbindung. Es kann somit auf eine Verwendung von Lötmitteln oder zusätzlichen Verbindungsmitteln verzichtet werden. Optional werden die metallischen Kontaktelemente mittels einer Einpresstechnik auch mit dem Gehäuseelement verbunden, sodass diese nicht aus dem Gehäuseelement fallen können, wenn die Verbindung zwischen den metallischen Kontaktelementen und der Leiterplatte noch nicht geschaffen ist.
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Bevorzugt wird der elektrische Leiter mittels eines Splicebandes oder einer Crimphülse an einem durch die Leiterplatte geformten Pin befestigt, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und einer Leiterbahn der Leiterplatte geschaffen wird. Dabei wird das Spliceband oder die Crimphülse um den Pin und den elektrischen Leiter gelegt und das Spliceband oder die Crimphülse mechanisch verformt, um den elektrischen Leiter an dem Pin zu fixieren. Das bedeutet, dass der elektrische Leiter an die Leiterplatte gecrimpt wird. Das Spliceband und die Crimphülse sind dabei insbesondere metallische Elemente, welche um den durch die Leiterplatte geformten Pin und den elektrischen Leiter geführt werden und die bei dem Crimpen verformt werden, um den elektrischen Leiter an der Leiterplatte zu fixieren. Es kann auf diese Weise bei der Fixierung des elektrischen Leiters an einer Leiterbahn der Leiterplatte auf eine Lötverbindung verzichtet werden. Zudem wird dadurch eine Verbindung geschaffen, welche solide gegenüber Verformungen oder Vibrationen ist und somit eine langlebige Verbindung ermöglicht. Das Verbinden des elektrischen Leiters mit der Leiterplatte erfolgt dabei insbesondere im Rahmen des Bereitstellens des dritten Montagemoduls.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuseelement eine Kabelfixierung aufweist und der elektrische Leiter durch die Kabelfixierung gegenüber dem Gehäuseelement fixiert ist, wobei die Kabelfixierung insbesondere nicht oder nur teilweise von der Vergussmasse umschlossen ist. Durch die Kabelfixierung wird eine Position des elektrischen Leiters bei dem Verguss der Leiterplatte sichergestellt. Die Kabelfixierung umschließt dabei den elektrischen Leiter bevorzugt zumindest teilweise, wodurch ein Kriechen der Vergussmasse entlang des elektrischen Leiters begrenzt werden kann. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kabelfixierung nicht oder nur teilweise von der Vergussmasse umschlossen ist, da auf diese Weise eine scharfe Kante zwischen der ausgehärteten Vergussmasse und dem elektrischen Leiter vermieden werden kann, welcher zu einer Beschädigung des elektrischen Leiters durch die in der Verwendung vorkommenden Bewegungen verhindern werden kann. Die Kabelfixierung ist dabei eine einteilig mit dem Gehäuseelement gebildete Kabelaufnahme, in welche der elektrische Leiter mit einer zugehörigen Isolierung eingeclipst werden kann.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuseelement über eine Rastverbindung mit dem Trägerelement verbunden ist, wobei zumindest ein Rastelement des Trägerelements durch eine Öffnung des Gehäuseelements geführt ist, wobei an einem umlaufenden Rand der Öffnung des Gehäuseelements eine Dichtlippe ausgeformt ist, die in der Öffnung einen formschlüssigen Übergang zwischen dem Rastelement des Trägerelements und dem Gehäuseelement bildet. So greift insbesondere ein Stift des Trägerelements, an welchem eine Rastnase angeformt ist, durch die Öffnung des Gehäuseelements hindurch und verrastet das Gehäuseelement mit dem Trägerelement. Die Dichtlippe ist insbesondere ein Kunststoffsteg, welcher die Öffnung des Gehäuseelementes derart umläuft, dass dieser Steg mit dem Rastelement des Trägerelementes in Kontakt tritt, wenn das Gehäuseelement mit dem Rastelement verrastet wird. Die Dichtlippe ist insbesondere einteilig aus dem Kunststoff des Gehäuseelements an das Gehäuseelement angeformt. Die Dichtlippe ist somit insbesondere ein Abschnitt des Gehäuseelementes. Optional wird die Dichtlippe als separates Element an dem Gehäuseelement angeordnet. Durch die Dichtlippe wird vermieden, dass die Vergussmasse durch die für die Rastverbindung notwendige Öffnung in dem Trägerelement austritt, wenn die Leiterplatte in dem Gehäuseelement vergossen wird.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement auf der ersten Seite zumindest zwei erste Aufnahmeöffnungen aufweist und ferner eine Aufnahmeöffnung für einen Steg, insbesondere einen Positionierungssteg, des Steckverbinders aufweist, die zwischen den ersten Aufnahmeöffnungen angeordnet ist. So kann insbesondere ein Steckverbinder mit einem Positionierungssteg in die Buchse eingeführt werden, wodurch eine Strecke für einen Kriechstrom vergrößert wird, der zwischen den zwei metallischen Kontaktelementen fließen kann oder könnte.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn in dem Trägerelement ein federelastischer Clip angeordnet ist, der dazu angeordnet ist, in eine Aufnahmeöffnung des Positionierungsstegs einzugreifen, wenn der Steckverbinder in die Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg eingeführt wird. Auf diese Weise kann eine sichere Verbindung zwischen dem Steckverbinder und der Buchse gewährleistet werden. Durch den Positionierungssteg werden somit mehrere Aufgaben gleichzeitig erfüllt. So wird eine Positionierung des Steckverbinders gegenüber der Buchse in korrekter Weise sichergestellt, Kriechströme werden unterbunden und der Steckverbinder wird gegenüber der Buchse fixiert.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement auf der ersten Seite zumindest zwei zweite Aufnahmeöffnungen aufweist, um zwei weitere Kontakte des Steckverbinders aufzunehmen, wobei die zweiten Aufnahmeöffnungen in Kontakt zu der Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg stehen, wobei die ersten Aufnahmeöffnungen bevorzugt durch jeweils einen Steg von der Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg getrennt sind. So können Kriechströme zwischen den in die ersten Aufnahmeöffnungen eingeführten Kontakten des Steckverbinders vermieden werden und zugleich durch den Kontakt zwischen den zweiten Aufnahmeöffnungen und der Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg eine besonders große Öffnung geschaffen werden, die ein gemeinsames Abführen von Flüssigkeiten oder Verschmutzungen aus der Aufnahmeöffnung für den Positionierungssteg und den zweiten Aufnahmeöffnungen ermöglicht.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement an einer das Trägerelement umlaufenden Seite eine Durchgangsöffnung oder eine Ablaufausnehmung aufweist, die einen Ablauf bildet. Der Ablauf steht dabei insbesondere in einer flüssigkeitsdurchlässigen Verbindung zu den ersten Ausnahmeöffnungen und/oder den zweiten Ausnahmeöffnungen. Tritt eine Flüssigkeit in eine der Aufnahmeöffnungen ein, so kann diese durch den Ablauf wieder aus der Buchse austreten.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn auf der Leiterplatte zumindest ein weiteres elektrisches Bauelement, insbesondere ein SMD-Bauelement angeordnet ist. So ist auf der Leiterplatte insbesondere ein Terminierungswiderstand oder ein Temperatursensor angeordnet. Die elektrischen Bauelemente stehen dabei bevorzugt in Kontakt mit einer Leiterbahn der Leiterplatte, die mit einem der metallischen Kontaktelemente und/oder dem elektrischen Leiter elektrisch leitend verbunden ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn zuerst das erste Montagemodul mit dem zweiten Montagemodul verbunden wird und dann das erste Montagemodul zusammen mit dem zweiten Montagemodul mit dem dritten Montagemodul verbunden werden. Somit wird es ermöglicht, dass die Buchse erst in einem letzten Fertigungsschritt dem Vergussvorgang unterzogen wird, indem die Leiterplatte in dem Gehäuseelement vergossen wird. Dies ist in der Fertigung besonders vorteilhaft, da der Vergussmasse somit hinreichend Zeit zum Auskühlen gegeben werden kann, ohne einen Fertigungsprozess zu verlangsamen. Auch ist dies vorteilhaft, weil somit durch die Verbindung des ersten Montagemoduls mit dem zweiten Montagemodul eine größere Einheit geschaffen wird, die in dem folgenden Vergussprozess einfacher zu handhaben ist. Auch kann dabei bevorzugt eine bereits bestehende Rastverbindung zwischen dem Gehäuseelement und dem Trägerelement durch die Leiterplatte fixiert werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Bereitstellen des dritten Montagemoduls ein Kontaktieren der Leiterplatte über den elektrischen Leiter erfolgt, wobei der elektrische Leiter bevorzugt mittels eines Splicebandes oder einer Crimphülse an einem durch die Leiterplatte geformten Pin befestigt wird, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und einer Leiterbahn der Leiterplatte geschaffen wird. Insbesondere dann, wenn die metallischen Kontaktelemente über jeweils einen Kontaktstift mittels einer Einpresstechnik mit der Leiterplatte verbunden werden, kann auf diese Weise vollständig auf Lötvorgänge verzichtet werden. Es wird somit ein besonders einfaches Fertigungsverfahren geschaffen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Buchse zum Herstellen einer Steckverbindung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine Abbildung eines der in 1 gezeigten Buchse zugehörigen Steckverbinders, welcher zum Herstellen der Steckverbindung in die erfindungsgemäße Buchse eingeführt werden kann,
- 3 eine beispielhafte Darstellung beispielhafter metallischer Kontaktelemente, welche an dem Gehäuseelement angeordnet werden,
- 4 eine Darstellung eines beispielhaften Gehäuseelementes mit einem daran angeordneten metallischen Kontaktelement in einer ersten Ansicht,
- 5 eine Darstellung des beispielhaften Gehäuseelementes mit den daran angeordneten metallischen Kontaktelementen in einer zweiten Ansicht,
- 6 eine Darstellung zweier federelastischer Clips, welche an einem Trägerelement angeordnet werden,
- 7 eine Darstellung eines beispielhaften Trägerelementes in einer ersten Ansicht,
- 8 eine Darstellung des beispielhaften Trägerelementes in einer zweiten Ansicht,
- 9 eine Darstellung des an dem Gehäuseelement angeordneten Trägerelementes,
- 10 eine Detailansicht des beispielhaften Gehäuseelementes mit daran ausgeformten Dichtlippen,
- 11 eine beispielhafte Leiterplatte zur Anordnung in dem Gehäuseelement,
- 12 eine Darstellung der in 11 gezeigten Leiterplatte mit daran angeordneten elektrischen Leiter,
- 13 eine Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Buchse vor einem Vergussvorgang und
- 14 eine Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Buchse nach einem Vergussvorgang.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Buchse 10 zum Herstellen einer Steckverbindung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Ein der Buchse 10 zugehöriger Steckverbinder 100 ist in 2 dargestellt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung der Buchse 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist mit den 3 bis 14 beschrieben, wobei auch weitere Details der Buchse 10 beschrieben sind.
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Die Buchse 10 zum Herstellen einer Steckverbindung umfasst ein Trägerelement 20, ein Gehäuseelement 30 und eine über einen elektrischen Leiter 51 kontaktierte Leiterplatte 40. Das Trägerelement 20 wird als solches bezeichnet, da dieses unter anderem dazu geeignet ist, die Buchse 10 zu tragen, wenn diese an einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuseelement 30 wird als solches bezeichnet, da durch dieses Element ein die Leiterplatte 40 auf mehreren Seiten umgebendes Gehäuse geschaffen wird.
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Das Trägerelement 20 weist auf einer ersten Seite 22 zumindest eine erste Aufnahmeöffnung 21 auf, welche dazu geeignet ist die Kontakte 101 bis 104 des Steckverbinders 100 aufzunehmen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist das Trägerelement 20 lediglich eine einzige erste Aufnahmeöffnung 21 auf.
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Es wird jedoch darauf verwiesen, dass das Trägerelement 20 alternativ auch mehrere erste Aufnahmeöffnungen 21 und optional auch zweite Aufnahmeöffnungen 25 aufweisen kann. So wird insbesondere darauf hingewiesen, dass mit 7 eine alternative Gestaltung des Trägerelements 20 beschrieben ist, in welcher dieses zwei erste Aufnahmeöffnungen 21, 25 sowie zwei zweite Aufnahmeöffnungen 27, 28 aufweist.
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Die erste Seite 22 des Trägerelements 20 ist in 1 links abgebildet. Diese erste Seite 22 des Trägerelements 20 kann auch als Vorderseite der Buchse 10 betrachtet werden, da diese Seite dazu eingerichtet ist den Steckverbinder 100 aufzunehmen.
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Auf der der ersten Seite 22 gegenüberliegenden zweiten Seite 23 des Trägerelements 20 ist das Gehäuseelement 30 angeordnet. Sowohl das Trägerelement 20 als auch das Gehäuseelement 30 sind im Wesentlichen zylindrisch geformte Kunststoffelemente, insbesondere Spritzgusselemente. Die im Wesentlichen kreisförmig gestaltete Oberfläche des Gehäuseelements 30 bildet eine Kontaktfläche 31, welche mit der zweiten Seite 23 des Trägerelements 20 in Kontakt steht. Es wird somit durch die beiden im Wesentlichen zylindrischen Komponenten, also dem Trägerelement 20 und dem Gehäuseelement 30, ein Korpus der Buchse 10 gebildet, welcher ebenfalls im Wesentlichen eine zylindrische Form aufweist.
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Der Steckverbinder 100, welcher auch in 2 dargestellt ist, weist an seiner Frontfläche vier Kontakte 101-104 auf, welche einen ersten Kontakt 101, einen zweiten Kontakt 102, einen dritten Kontakt 103 und einen vierten Kontakt 104 umfassen. Der erste Kontakt 101 ist ein negativer Kontakt einer Spannungsversorgung. Der zweite Kontakt 102 ist ein positiver Kontakt einer Spannungsversorgung. Der dritte und der vierte Kontakt 103, 104 sind die Kontakte einer Bus-Verbindung, beispielsweise einer CAN-Bus-Verbindung. Ferner ist an dem Steckverbinders 100 ein Positionierungssteg 105 angeordnet. Durch den Positionierungssteg 105 wird der zweite Kontakt 102 von den übrigen Kontakten 101, 103, 104 getrennt. Ferner wird auch der dritte Kontakt 103 von den übrigen Kontakten 101, 102, 104 getrennt. Die Kontakte gelten dabei dann als voneinander getrennt, wenn der Positionierungssteg zwischen diesen Kontakten verläuft. Bevorzugt ist dabei der dritte Kontakt 103 ein High-Kontakt einer Bus-Verbindung. Es sind somit jeweils die spannungsführenden Kontakte von allen weiteren Kontakten getrennt, wodurch Kriechströme vermieden werden. Zwischen dem ersten Kontakt 101 und dem vierten Kontakt 104 verläuft kein Anteil des Positionierungsstegs 105. Dies ist nicht zwingend notwendig, da der erste Kontakt 101 und der vierte Kontakt 104 bevorzugt Massekontakte sind und zwischen diesen Kontakten keine Kriechströme auftreten.
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Die Buchse 10 ist dazu geeignet, den Steckverbinder 100 und somit die Kontakte 101-104 sowie den Positionierungssteg 105 aufzunehmen. Dazu können die Kontakte 101-104 des Steckverbinders 100 zusammen mit dem Positionierungssteg 105 in die erste Aufnahmeöffnung 21 des Trägerelements 20 eingeführt werden.
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Weitere Eigenschaften der Buchse 10 werden in Verbindung mit dem zugehörigen Verfahren zum Fertigen der Buchse 10 beschrieben.
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Die 3 bis 5 zeigen einen ersten Schritt des Verfahrens zum Fertigen der Buchse 10 in dem ein erstes Montagemodul gefertigt wird. Das erste Montagemodul umfasst das Gehäuseelement 30. An dem Gehäuseelement 30 werden vier metallische Kontaktelemente 32, 33, 34, 35 angeordnet, um das erste Montagemodul zu bilden. Die metallischen Kontaktelemente 32, 33, 34, 35 werden an der Kontaktfläche 31 des Gehäuseelements 30 angeordnet.
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Beispielhafte metallische Kontaktelemente 32, 33, 34, 35 sind in 3 dargestellt. Es weist jedes der Kontaktelemente 32 - 35 zumindest einen Kontaktstift 36, 37 auf. Diese Kontaktstifte 36, 37 liegen auf einer ersten Seite des jeweiligen Kontaktelementes. Auf einer zweiten Seite jedes Kontaktelementes 32-35 ist eine federelastische Klammer vorgesehen, welche dazu geeignet ist, einen der Kontakte 101-104 des Steckverbinders 100 aufzunehmen und zu kontaktieren. Die Kontaktstifte 36, 37 sind auf einem Sockel angeordnet, welcher die Kontaktstifte mit dem federelastischen Anteil des jeweiligen Kontaktelementes verbindet. Jedes der Kontaktelemente 32-35 wird mit dem zugehörigen Kontaktstift und dem Sockel voran durch die Kontaktfläche 31 des Gehäuseelementes 30 geschoben bzw. eingepresst. Der Sockel schließt dabei bündig mit den zugehörigen Öffnungen in dem Gehäuseelement 30 ab.
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Die in das Gehäuseelement 30 eingebrachten Kontaktelemente 32 - 35 sind in 4 dargestellt. Dabei ist in 4 zugleich das erste Montagemodul in einer ersten Ansicht dargestellt. Die Kontaktstifte 36, 37 und die Klammern der Kontaktelemente 32, 33, 34, 35 ragen auf unterschiedlichen Seiten aus der Kontaktfläche 31 des Gehäuseelements 30 heraus. Die Kontaktstifte 36, 37 der Kontaktelemente 32-35 ragen damit auf der den Federelementen der Kontaktelemente 32 - 35 gegenüberliegenden Seite aus der Kontaktfläche 31 des Gehäuseelementes 30 heraus.
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5 zeigt das Gehäuseelement 30 mit den daran angeordneten Kontaktelementen 32-35 und somit das erste Montagemodul aus einer zweiten Ansicht. Es ist ersichtlich, dass die federelastischen Anteile der Kontaktelemente 32-35 über die Kontaktfläche 31 des Gehäuseelementes 30 herausragten. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird auf der in 5 dargestellten Seite des Gehäuseelementes 30 das Trägerelement 20 angeordnet wird.
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Es erfolgt in dem Verfahren zum Fertigen der Buchse 10 ein Bereitstellen eines zweiten Montagemoduls, welches das Trägerelement 20 umfasst, welches auf der ersten Seite 22 zumindest die erste Aufnahmeöffnung 21 aufweist, um die Kontakte 101-104 des Steckverbinders 100 aufzunehmen. Das Bereitstellen des zweiten Montagemoduls ist in den 6 bis 8 dargestellt.
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So werden in jeweils einer Aufnahme des Trägerelements 20 je ein federelastischer Clip 26 angeordnet. Beispielhafte federelastische Clips 26 sind dazu in 6 dargestellt.
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In 8 ist das zweiten Montagemodul dargestellt. Die federelastischen Clips 26 werden derart in dem Trägerelement 20 positioniert, dass diese in eine Aufnahme 106 des Positionierungsstegs 105 eingreifen, wenn der Steckverbinder 100 in die Buchse 10 gesteckt wird. Die Clips 26 werden dabei von der zweiten Seite 23 des Trägerelements 20 kommend in das Trägerelement 20 gesteckt. Da auf dieser zweiten Seite 23 des Trägerelements 20 im weiteren Verlauf des Verfahrens das Gehäuseelement 30 angeordnet wird, kann verhindert werden, dass die Clips 26 zu einem späteren Zeitpunkt aus dem Trägerelement 20 fallen. Die Anordnung der federelastischen Clips 26 ist in 8 beispielhaft dargestellt.
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Es ist aus 8 ferner ersichtlich, dass sich auf der zweiten Seite 23 des Gehäuseelements 30 mehrere Rastelemente 24 von der zweiten Seite 13 des Trägerelements 20 abheben. Diese dienen im späteren Verlauf dazu, das Gehäuseelement 30 über eine Rastverbindung mit dem Trägerelement 20 zu verbinden.
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Bei dem Verfahren zum Fertigen der Buchse 10 wird bevorzugt zunächst das erste Montagemodul mit dem zweiten Montagemodul verbunden. Dieser Schritt ist in 9 dargestellt. Dabei wird das Gehäuseelement 30 auf der zweiten Seite 23 des Trägerelements 20 angeordnet, wobei das Gehäuseelement 30 über die Rastelemente 24 mit dem Trägerelement 20 verbunden wird. Dabei werden die Rastelemente 24 des Trägerelements 20 durch eine Öffnung 38 in der Kontaktfläche 31 des Gehäuseelements 30 geführt, um auf der dem Trägerelement 20 abgewandten Seite der Kontaktfläche 31 in eine für das Rastelement 24 vorgesehene Rastfläche einzugreifen. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das Gehäuseelement 30 bei dem Verbinden des ersten und zweiten Montagemoduls auf das Trägerelement 20 aufgesteckt wird.
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Die Rastelemente 24 des Trägerelements 20 werden durch die Öffnungen 38 des Gehäuseelements 30 geführt. Diese Öffnungen 38 werden durch das in diese Öffnungen 38 eingeführten Rastelemente 24 verschlossen. Dies ist notwendig, damit eine im weiteren Verlauf des Verfahrens in das Gehäuseelement 30 einzubringende Vergussmasse 50 nicht durch die Öffnungen 38 ablaufen kann. Um einen formschlüssigen Übergang zwischen dem Rastelement 24 des Trägerelements 20 und dem Gehäuseelement 30 zu schaffen, ist an einem umlaufenden Rand der Öffnung 38 des Gehäuseelements 30 eine Dichtlippe 39 ausgeformt. Diese ist beispielhaft in 10 dargestellt. Wird das Rastelement 24 durch die Öffnung 38 geführt, so wird die Dichtlippe 39 verformt und legt sich an den äußeren Umfang des Rastelements 24 an. Dadurch wird ein formschlüssiger Übergang zwischen dem Rastelement 24 und dem Gehäuseelement 30 geschaffen.
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Wurde das Gehäuseelement 30 auf das Trägerelement 20 gesteckt, so sind die Kontaktelemente 32-35 derart in der Aufnahmeöffnung 21 angeordnet, dass diese eine elektrische Kontaktierung der Kontakte 101-104 des Steckverbinders 100 ermöglichen, wenn dieser in die erste Aufnahmeöffnung 21 eingeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das in 7 dargestellte Trägerelement 20 eine gegenüber 1 alternative Gestaltung der ersten Aufnahmeöffnung 21 zeigt, in welcher das Trägerelement 20 zwei erste Aufnahmeöffnungen 21, 25 und zwei zweite Aufnahmeöffnungen 27, 28 aufweist. Ferner weist das Trägerelement 20 eine Aufnahmeöffnung 60 für den Positionierungssteg 105 des Steckverbinders 100 auf. Die in 7 dargestellten ersten Aufnahmeöffnungen 21, 25 sind dazu geeignet, den ersten und zweiten Kontakt 101, 102 des Steckverbinders 100 aufzunehmen. Die zweiten Aufnahmeöffnungen 27, 28 sind dazu geeignet, den dritten und vierten Kontakt 103, 104 des Steckverbinders 100 aufzunehmen. Die Aufnahmeöffnung 60 ist dazu geeignet, den Positionierungssteg 105 des Steckverbinders 100 aufzunehmen. Es ist aus 7 ersichtlich, dass der federelastische Clip 26 in der Aufnahmeöffnung 60 angeordnet ist, damit dieser in den Positionierungssteg 105 bzw. in die Aufnahme 106 des Positionierungsstegs 105 eingreifen kann, wenn der Steckverbinder 100 in die Buchse 10 gesteckt wird. Die ersten Aufnahmeöffnungen 21, 25 sind durch jeweils einen Steg 29 von der Aufnahmeöffnung 60 für den Positionierungssteg 105 getrennt. Dadurch wird ein Kontaktweg für Kriechströme verlängert. Die zweiten Aufnahmeöffnungen 27, 28 sind nicht durch einen Steg von der Aufnahmeöffnung 60 getrennt und stehen mit dieser in Kontakt.
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Aus 9 ist ersichtlich, dass auf der umlaufenden Seite des Trägerelements 20 Durchgangsöffnungen und Ablaufausnehmungen 70 angeordnet sind, durch welche Flüssigkeiten austreten können, die über die ersten und zweiten Aufnahmeöffnungen 21, 25, 27, 28 in das Trägerelement 20 eingetreten sind. Solche Durchgangsöffnungen und/oder Ablaufausnehmungen 70 sind unabhängig von der Gestaltung der Aufnahmeöffnungen des Trägerelements 20 vorteilhaft.
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In dem Verfahren zur Fertigung der Buchse 10 erfolgt ein Bereitstellen eines dritten Montagemoduls, welches zumindest eine über den elektrischen Leiter 51 kontaktierte Leiterplatte 40 umfasst. Das Bereitstellen des dritten Montagemoduls ist in den 11 und 12 dargestellt.
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Die Leiterplatte 40 ist beispielhaft in 11 dargestellt. Die Leiterplatte 40 ist derart geformt, dass diese in ihrer Ebene mehrere Pins bildet, welche eine Kontaktierung von auf der Leiterplatte 40 befindlichen Leiterbahnen ermöglicht und es ferner ermöglicht, unterschiedliche elektrische Leiter 51 mit der Leiterplatte 40 elektrisch leitfähig zu verbinden. Die Pins werden dadurch gebildet, dass in die Fläche der Leiterplatte 40 Einkerbungen eingebracht sind, zwischen denen jeweils ein Pin entsteht. So ist in 11 beispielsweise ein durch die Leiterplatte 40 geformte Pin 53 dargestellt, welcher mit dem elektrische Leiter 51 verbunden wird. Bei dem Bereitstellen des dritten Montagemoduls wird der elektrische Leiter 51 mittels eines Splicebandes oder einer Crimphülse 52 an dem Pin 51 befestigt. Dies ist beispielhaft in 12 dargestellt, welche auch das dritte Montagemodul darstellt.
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Die Leiterplatte weist insbesondere genauso viele Pins auf, wie auch der Steckverbinder Kontakte 101-104 aufweist und metallische Kontaktelemente 32-35 in der Buchse 10 angeordnet sind. Es wird an jedem der durch die Leiterplatte 40 geformten Pins jeweils ein elektrischer Leiter angecrimpt, wobei sowohl der elektrische Leiter 51 als auch der Pin 53 von der Crimphülse 52 umgriffen wird. Durch eine entsprechende Verformung des Splicebandes oder der Crimphülse wird die Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 51 und dem Pin 53 geschaffen.
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In dem Verfahren zum Fertigen der Buchse 10 wird die Leiterplatte 40 in dem Gehäuseelement 30 angeordnet, wobei die Kontaktelemente 32, 33, 34, 35 über die Leiterplatte 40 kontaktiert werden. Dieser Schritt ist in 13 dargestellt. So wird die Leiterplatte 40 von der dem Trägerelement 20 abgewandten Seite des Gehäuseelements 30 in das Gehäuseelement 30 gesteckt. Die Leiterplatte 40 weist mehrere Öffnungen 41, 42 auf. Diese sind derart auf der Leiterplatte 40 angeordnet, dass die Kontaktstifte 36, 37 der Kontaktelemente 32-35 in die Öffnungen 41, 42 der Leiterplatte 40 eingeführt werden, wenn die Leiterplatte 40 in das Gehäuseelement 30 gesteckt wird. Die Kontaktstifte 36, 37 sind dabei derart dimensioniert, dass diese durch eine Einpresstechnik mit der zugehörigen Öffnung 41, 42 der Leiterplatte 40 verbunden werden, wenn die Leiterplatte 40 in das Gehäuseelement 30 gepresst wird. Es entsteht somit eine Presspassung zwischen dem Kontaktstift 36, 37 und der Öffnung 41, 42 der Leiterplatte 40.
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Die Leiterbahnen der Leiterplatte 40 sind derart geführt, dass durch die in die Öffnungen 41, 42 eingepressten Kontaktstifte 36, 37 ein Kontakt zu jeweils einer zugehörigen Leiterbahn geschaffen wird. Die Leiterbahnen sind wiederum zu den Pins der Leiterplatte 40 geführt, über welche diese ebenfalls mit den elektrischen Leitern 51 verbunden sind. So wird beispielsweise ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter 51 zu der Leiterplatte 40 geschaffen und über die Leiterplatte 40 eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 51 und dem Kontaktelement 32 geschaffen. Jedes der metallischen Kontaktelemente 32-35 ist über eine jeweils zugehörige Leiterbahn mit einem zugehörigen elektrischen Leiter elektrisch leitend verbunden.
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In 13 ist ebenfalls ersichtlich, dass die Leiterplatte 40 eine Ausnehmung aufweist, in welche das Rastelement 24 geführt werden kann, damit eine Anordnung der Leiterplatte 40 in dem Gehäuseelement 30 nicht durch das Rastelement 24 behindert wird. Dabei ist die zugehörige Aufnahme der Leiterplatte 40 insbesondere derart geformt, dass diese das Rastelement im montierten Zustand fixiert, wodurch das Gehäuseelement 30 nicht weiter von dem Trägerelement 20 getrennt werden kann, ohne zuvor die Leiterplatte 40 zu entfernen.
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Es ist aus 13 ferner ersichtlich, dass das Gehäuseelement 30 eine Kabelfixierung 80 aufweist, wobei der elektrische Leiter 51) durch die Kabelfixierung 80 gegenüber dem Gehäuseelement 30 fixiert ist. Der elektrische Leiter 51 wird somit in Position gehalten, wenn die Vergussmasse 50 in einem folgenden Verfahrensschritt in das Gehäuseelement 30 eingebracht wird. Die Kabelfixierung 80 ist bevorzugt eine einteilig mit dem Gehäuseelement 30 geformte Ausnehmung, welche entsprechend dimensioniert ist, um den elektrischen Leiter 51 mit einer zugehörigen Isolierung aufzunehmen.
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Abschließend wird die Leiterplatte 40 mit der Vergussmasse 50 in dem Gehäuseelement 30 vergossen. Dies ist in 14 dargestellt. Die Vergussmasse 50 wird dabei in das Gehäuseelement 30 eingefüllt, wobei das Gehäuseelement 30 bevorzugt so weit gefüllt wird, dass die Kabelfixierung 80 nicht oder nur teilweise von der Vergussmasse 50 umschlossen ist. So wird durch die Kabelfixierung 80 beispielsweise verhindert, dass die Vergussmasse entlang des elektrischen Leiters 51 kriecht. Wird die Kabelfixierung 80 teilweise von der Vergussmasse umschlossen wird sichergestellt, dass die Vergussmasse 50 keine scharfe Kante bildet, die mit dem elektrischen Leiter 51 in einem reibenden Kontakt steht. Es kann somit eine Beschädigung des elektrischen Leiters 51 vermieden werden.
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Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 14 verwiesen.