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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder und eine Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Die stetig steigenden Anforderungen im Elektronikbereich durch insbesondere steigende Rechenleistungen und zu übertragenden Datenbandbreiten führen bei vielen Elektronikvorrichtungen zu immer strengeren Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit - nachfolgend als EMV abgekürzt -, beispielsweise Steuergeräte im Automotivbereich. Typischerweise wird bei bisher bekannten Ausführungen die gesamte Leiterplatte bzw. Teile der Elektronikvorrichtung durch eine EMV-dichte Hülle umgeben. Diese EMV-Dichtungsfunktion wird im Wesentlichen durch ein metallisches Gehäuse realisiert. Als externer Anschluss der Elektronikvorrichtung wird in vielen Fällen ein Steckverbinder im Gehäuse vorgesehen. Hierfür muss aber das Gehäuse in diesem Bereich geöffnet werden, so dass der Steckverbinder eingebracht werden kann, um dann eine Verbindung zu der im Gehäuse abgeschirmten Elektronik zu ermöglichen. Bekannte Steckverbinder, u.a. auch mehrpolige Messerleisten, weisen zur positionskorrekten Lageanordnung relativ zum elektrisch zu kontaktierenden Schaltungsträger ein Zentrierelement auf, welches in eine entsprechend korrespondierende Aussparung im Schaltungsträger positionierend eingreift. Viele Steckverbinder sind für Isolationszwecke als ein Kunststoffspritzgussteil konzipiert, bei welchem dann an einem aus elektrisch isolierenden Kunststoff gespritztem Steckerkörper das Zentrierelement gleich mit angeformt ist. Je nach Ausführung der Elektronikvorrichtung stellt der Eingriffsbereich des Zentrierelements in die Aussparung des Schaltungsträgers eine EMV Schwachstelle dar. Aussparungen im Schaltungsträger größer 1mm, beispielsweise bei einer Lochtiefe von 1,6 mm, lassen es dann zu, dass einstrahlende und abstrahlende elektromagnetische Wellen die Aussparung passieren können. Damit können bei derartigen Ausführung EMV-Probleme in der Elektronikvorrichtung selbst oder bei anderen Elektronikgeräten verursacht werden.
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In der 1 ist beispielsweise eine solch gefährdete Ausführung einer Elektronikvorrichtung 200' schematisch gezeigt, bei welcher eine EMV bei steigenden Anforderungen mit der zuvor genannten EMV-Schwachstelle an seine Grenzen gelangt. Die Elektronikvorrichtung 200' umfasst ein metallisches Gehäuse 210, beispielsweise ein mehrteiliges Gehäuse 210, in welchem ein Schaltungsträger 10 mit einer der Anwendung entsprechend ausgebildeten elektrischen Schaltung 20 (nicht dargestellt) aufgenommen ist. Im Bereich eines Steckverbinders 100' ragt ein Teil des Schaltungsträgers aus dem Gehäuse 210 heraus, derart, dass eine Trägerseite 15 des Schaltungsträgers 10 von dem Gehäuse 210 noch im Wesentlichen oder vollständig überdeckt ist. Dagegen ist auf der gegenüberliegenden Trägerseite 16 der Schaltungsträger 10 nur über einen ersten Bereich 16a hinweg überdeckt. Der Restbereich 16b der Trägerseite 16 steht dagegen frei zur Anordnung des Steckverbinders 100'. Zur Positionierung des Steckverbinders 100' relativ zum Schaltungsträger 10 greift ein an einem Steckerkörper 110 des Steckverbinders 100' angeformtes Zentrierelement 111' in eine korrespondierende Aussparung 11 im Restbereich des Schaltungsträgers 10 insbesondere passgenau ein.
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Zur Erwirkung eines EMV Schutzes ist das Gehäuse 210 im Restbereich 16b von beiden Trägerseiten 15, 16 her mittels einer ansonsten bekannten EMV-Dichtung 220 mit dem Schaltungsträger 10 elektrisch leitend verbunden. Im Verbindungsbereich A, B mit der EMV-Dichtung 220 weist der Schaltungsträger 10 eine Masseleitung 14 auf. Diese ist im Restbereich 16b des Schaltungsträgers 10, beispielsweise durch eine Innenlage, weitergeführt und verbindet damit über eine eigentlich geschlossene Metallschicht die jeweiligen Verbindungsbereiche A, B mit der EMV-Dichtung 220 elektrisch leitend miteinander. Die geschlossene Metallschicht 14 überbrückt damit die fehlende Überdeckung durch das Gehäuse 210 im Restbereich 16b des Schaltungsträgers. Allerdings ist die Metallschicht im Bereich der Aussparung 11 zum Einführen des Zentrierelements 111' des Steckverbinders 100' geöffnet. Damit besteht bei hohen EMV-Anforderungen im Bereich der Aussparung 11 und dem Zentrierelement 111' eine nachteilige EMV-Schwachstelle. Insbesondere bei elektronischen Komponenten für die Übertragung von Datensignalen im GHZ-Bereich, beispielsweise wie bei Steckverbindern 100' mit hierfür vorgesehenen Datenleitungen, können Signalstörungen und/oder -fehler auftreten. Manche zukünftigen Anwendung lassen sich dann aus Sicherheitsgründen mit einer solchen EMV-gefährdeten Ausführung nicht mehr umsetzen, beispielsweise Steuergeräte im Automotivbereich, insbesondere für einen teil- oder vollautonomen Fahrbetrieb.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die EMV für Elektronikvorrichtungen im Bereich von Steckverbindern zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Steckverbinder und eine Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Es wird von einem Steckverbinder zum Anschluss an einen Schaltungsträger ausgegangen, umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper, in welchem eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten mit ihrem jeweils einem Ende ein Steckerkontaktschema für einen Gegenstecker und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen des Schaltungsträgers bilden. Der Steckerkörper umfasst dabei zumindest ein Zentrierelement, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zum Steckerkörper zu positionieren. Das Zentrierelement weist dabei zumindest um seine Zentrierachse eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche auf. Über die Positionierfläche erfolgt eine Lagepositionierung im eingeführten Zustand des Zentrierelements in einer entsprechend korrespondierenden Aussparung des Schaltungsträgers. Der Flächenverlauf der Positionierfläche ist beispielsweise die Mantelfläche eines Zylinders, eines Quaders oder anderes. Darüber hinaus ist außerhalb der Positionierfläche die Schicht fortgeführt oder es schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Die konkrete Ausführung der Schicht bzw. der beiden Schichten ist dann derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse des Zentrierelementes Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse zueinander durch die Schicht oder die weitere Schicht durchgehend überbrückt sind. Die Zentrierachse entspricht auch einer Fügeachse, d.h. die Richtung, in welche das Zentrierelement in die korrespondierende Aussparung des Schaltungsträgers eingeführt wird. Abgesehen von Toleranzen überdecken sich die Zentrierachse, die Fügeachse und eine Mittenachse der Aussparung.
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Die bisherige EMV-Lücke, welche aufgrund des Zentrierelementes des Steckverbinders und der Aussparung im Schaltungsträgers ansonsten vorliegt, kann nun vorteilhaft geschlossen werden. Das Zentrierelement selbst stellt sicher, dass durch die beschriebene Ausführung der einen Schicht bzw. der einen und der weiteren Schicht, eine ansonsten EMV-gefährdete Ausführung, wie die in der 1 gezeigte, nun auch im Bereich des Zentrierelementes bzw. der korrespondierenden Aussparung mit einer verschließenden elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Schicht ausbildbar ist. Damit können bereits bestehende ansonsten EMV-gefährdete Ausführungen fast ohne Änderungen prinzipgleich für erhöhte EMV-Anforderungen weiterverwendet werden. Auf diese Weise können Entwicklungs- und Investitionskosten für neue Generationen von Elektronikvorrichtungen mit erhöhten EMV-Anforderungen gering gehalten werden und beispielsweise neue Funktionalitäten mit Hilfe hohen zu übertragenden Datenbandbreiten realisiert werden.
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Es zeigt sich auch eine gleichwertige alternative Ausführung eines Steckverbinders. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Leitungsdrähte des Steckverbinders zumindest auf der Seite des Anschlusskontaktschemas in ihrer Anordnung relativ zueinander durch eine elektrisch isolierende Positionier- und/oder Ausrichtplatte orientiert sind. Im Unterschied zur zuvor beschriebenen Ausführung umfasst nun die Positionier- und/oder Ausrichtplatte zumindest ein Zentrierelement, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zur Positionier- und Ausrichtplatte zu positionieren. Das Zentrierelement selbst ist wiederrum wie bei der ersten beschriebenen Ausführung ausgebildet. Damit weist das Zentrierelement zumindest um seine Zentrierachse eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche auf. Außerhalb der Positionierfläche ist die Schicht fortgeführt oder es schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Dies erfolgt derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse zueinander durch die Schicht oder die weitere Schicht durchgehend überbrückt sind. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte ist mit dem Steckerkörper mechanisch verbunden, beispielsweise durch eine Rastverbindung, eine Klemmverbindung, eine Steckverbindung oder durch andere Arten von lösbaren oder unlösbaren Verbindungen. Es können somit die gleichen Vorteile wie bei der erst beschriebenen Ausführung genannt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Steckverbinders möglich. Nachfolgende weitergehende Ausführungsformen beziehen sich jeweils auf beide zuvor beschriebenen Ausführungen.
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Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform des Steckerverbinders zeigt sich darin, dass das Zentrierelement ein Einpresspin oder ein Lötpin ist und die Zentrierachse achsparallel zu den Leitungsdrähten auf Seiten des Anschlusskontaktschemas orientiert ist. Mit gleicher Fügerichtung können auf diese Weise sowohl das Zentrierelement als auch die Leitungsdrähte zeitgleich in entsprechend korrespondierende Aussparungen im Schaltungsträger eingeführt werden. Vorteilhaft bei einem Einpresspin ist, dass bereits mit dem Einführen eine mechanisch feste und sogleich auch gasdichte, damit vollständig umschließende Verbindung entsteht. Auch die Leitungsdrähte auf Seiten des Anschlusskontaktschemas können endseitig eine Einpresszone aufweisen, so dass die Positionierung des Steckverbinders sowie dessen mechanische und elektrische Verbindung mit dem Schaltungsträger mit der gleichen Verbindungstechnik erfolgt. Als Lötpin wird das Zentrierelement nach dem Einführen in die korrespondierende Aussparung im Schaltungsträger mittels einem Lotmittel mit diesem mechanisch verbunden. Das Lotmittel stellt dabei sicher, dass mögliche Spaltabstände zwischen dem Zentrierelement und der Aussparung vollständig geschlossen werden. Auch hier können die Leitungsdrähte endseitig als Lötstifte ausgeführt sein, so dass im Rahmen eines Lötprozesses sowohl diese als auch das Zentrierelement mit dem Schaltungsträger verbunden werden.
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Eine hilfreiche Ausführungsform des Steckerverbinders ist dadurch ausbildbar, dass das Zentrierelement an seinem freien Ende einen verjüngten Einführbereich zum Einführen in eine korrespondierende Aussparung des Schaltungsträgers aufweist, wobei der Einführbereich in Richtung der Zentrierachse weiter vom Steckverbinder absteht als die Enden der Leitungsdrähte auf Seiten des Anschlusskontaktschemas. Beim Einführen des Steckverbinders in den Schaltungsträger eilt das Zentrierelement damit den Leitungsdrähten voraus und greift zuerst in seine korrespondierende Aussparung ein. Damit werden die Leitungsdrähte noch außerhalb deren Eingriffs in den Schaltungsträger in ihrer Lage zu diesem gleich richtig ausgerichtet. Bei der fortgeführten Fügung greifen dann auch die Leitungsdrähte achszentriert treffsicher in ihre entsprechenden Aussparungen im Schaltungsträger ein. Der verjüngte Einführbereich kann beispielsweise konisch ausgeführt sein, insbesondere als Kegel oder Kegelstumpf. Damit wird das Einfädeln zu Beginn eines Fügeprozesses deutlich vereinfacht.
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Vorteile zeigen sich für eine Ausführungsform des Steckverbinders, bei welchem der Steckverbinder zumindest zwei Zentrierelemente aufweist, wobei die Leitungsdrähte in einer Draufsicht in Richtung der Zentrierachsen zwischen den zwei Zentrierelementen angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Positionierung des Steckverbinders in einer Ebenenlage senkrecht zur Zentrierachse sehr genau erfolgen, so dass ein Fügevorgang insbesondere auch für die Leitungsdrähte prozesssicher ausführbar ist.
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Eine günstige Ausführungsform des Steckverbinders erhält man, wenn das Zentrierelement vollständig aus der einen Schicht ausgebildet ist. Somit ist das Zentrierelement sehr einfach gehalten und kann beispielsweise aus einem Rohrmaterial mit gängigen Fertigungsprozessen hergestellt werden. Als Schichtmaterial bzw. Schirmmaterial eignet sich in der Regel Metalle mit höherer elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer bzw. eine Kupferlegierung.
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Eine vorteilhafte alternative Ausführungsform des Steckverbinders ergibt sich, indem das Zentrierelement einen Kern aus der weiteren Schicht aufweist, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht auf der weiteren Schicht aufgebracht ist. Die eine Schicht ist dann derart gewählt, dass sie besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist, die für einen Einpressvorgang oder einen Lötvorgang optimale Ergebnisse sicherstellt. Zur Optimierung eines Einpressvorgang ist eine geeignete Einpresszone sowie ein geeignetes Schichtmaterial auszuwählen. Als Schichtmaterial kommt beispielsweise BuSn6, CuNiSi in Frage.
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Unabhängig, ob eine zweite Schicht mit ausgebildet ist oder lediglich eine Schicht, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Zentrierelement als ein Blechteil, insbesondere als ein Blechprägeteil ausgebildet ist. Blechteile können sehr vielfältig und günstig ausgeführt werden, so dass geometrische Ausführungsformen anwendungsspezifisch breit ausführbar sind. Es bestehen große Erfahrungswerte, Blechteile als Einpresselemente oder Lötelemente auszubilden, so dass eine Anwendung prozessseitig und/oder produktseitig mit keinen besonderen Risiken verbunden ist. Einpresszonen lassen sich durch einfache Prägeprozesse geometriegenau in Blechteilen zur Ausbildung eines Einpresselementes herstellen.
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Eine weitere alternative ebenso günstige Ausführungsform des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement über einen Zentrierachsabschnitt ein elektrisch isolierendes Material des Steckerverbinders aufweist, beispielsweise vom Steckerkörper oder von der Positionier- und Ausrichtplatte, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht und außerhalb der Positionierfläche zumindest bereichsweise die eine Schicht oder die weitere Schicht auf dem elektrisch isolierenden Material aufgebracht ist. Vorteilhaft kann eine Grundausführung des Zentrierelement insbesondere einstückig mit dem Steckerkörper oder der mit der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ausgeformt werden, insbesondere in Form eines Kunststoffspritzgussteiles. Damit kann das Zentrierelement sehr flexibel und einfach im Herstellungsprozess des Steckverbinders integriert sein. Die abschließende Fertigstellung des Zentrierelementes bedingt lediglich noch den Auftrag einer Beschichtung mittels eines Beschichtungsprozesses, beispielsweise ein Galvanikprozess, beispielsweise mit einem Zinnelektrolyten. Besonders große Vorteile ergeben sich bei einer Ausführungsform des Steckverbinders, bei welcher das Zentrierelement als ein Einlegeteil ausgebildet ist, welches zumindest bereichsweise außerhalb der Positionierfläche von einem elektrisch isolierenden Material des Steckverbinders umspritzt ist. Als Einlegeteil wird es bevorzugt im Herstellungsprozess des Steckverbinders in das entsprechende Spritzgusswerkzeugteil eingelegt und mit dem Einspritzen des vorgesehenen elektrisch isolierenden Kunststoff von diesem umspritzt. Alternativ kann auch, insbesondere in Ausführung eines Zentrierelements in Form eines Blechteiles, dieses an entsprechender Stelle in einem ausgeformten Kunststoffspritzgussteil des Steckverbinders eingesticht werden.
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Allgemein eignen sich die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Steckverbinders bei Elektronikvorrichtungen, bei welchen der Steckerverbinder zumindest einen Leitungsdraht als Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich umfasst. Gerade für solche Anwendung sind höhere EMV-Anforderungen gegeben, die sich nun vorteilhaft erfüllen lassen.
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Die Erfindung führt auch zu einer Kontaktanordnung eines Schaltungsträgers mit einem Steckverbinder gemäß zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei sind die Leitungsdrähte auf Seiten des Kontaktanschlussschemas mit dem Schaltungsträger elektrisch verbunden, beispielsweise mittels eines Einpresskontakts oder eines Lotkontaktes. Ferner ist das zumindest eine Zentrierelement in Richtung seiner Zentrierachse bis innerhalb des Bereichs seiner Positionierfläche in einer korrespondierenden insbesondere metallisierten Aussparung des Schaltungsträgers eingeführt. Auf diese Weise kann die ansonsten bekannte EMV-Lücke im Bereich des Zentrierelementes bzw. der Aussparung geschlossen werden.
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Die Verbindung des Zentrierelementes in der Aussparung ergibt sich dadurch, dass das Zentrierelement eingepresst ist. Demnach ist das Zentrierelement als ein Einpresselement ausgebildet und umfasst zumindest eine Einpresszone zum Einpressen in der Aussparung des Schaltungsträgers. Alternativ ist das Zentrierelement im Bereich der Aussparung mit dem Schaltungsträger verlötet unter Ausbildung eines Lotkontaktes. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung der Leitungsdrähte und die Verbindung des zumindest einen Zentrierelementes mit der gleichen Verbindungstechnik erfolgt, beispielsweise unter Ausbildung eines Einpresskontaktes oder eines Lotkontaktes. Auf diese Weise vereinfacht sich die Fertigung des Steckverbinders.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Kontaktanordnung ist dadurch gegeben, dass der Schaltungsträger zumindest eine Metalllage aufweist, welche zumindest mittelbar die Positionierfläche des Zentrierelementes elektrisch kontaktierend umschließt. Damit wird die durch das Zentrierelement lokal auf die Aussparung begrenzte EMV-Schirmung fortgeführt über eine die Aussparung umgebende Schaltungsträgerfläche. Die zumindest eine Metalllage wiederrum kann elektrisch an eine weitere EMV-Schirmung angeschlossen sein, wie sie beispielsweise für die Ausführung gemäß der 1 bereits beschrieben wurde. Insgesamt kann die zumindest eine Metalllage damit eine Teilschirmung durch das Zentrierelement und eine weitere Teilschirmung, beispielsweise durch ein Gehäuse, so überbrücken, dass ein Schaltungsträger umfassend die Kontaktanordnung von einer vollständigen EMV-Schirmung, auch im Bereich des Steckverbinders, umschlossen ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1: eine schematische Darstellung einer beispielhaft bereits bekannten elektrischen Vorrichtung nach Stand der Technik mit einem Schaltungsträger und mit einer EMV-Lücke im Bereich einer von einem Zentrierelement eines Steckverbinders eingegriffenen Aussparung des Schaltungsträgers,
- 2a: eine perspektivische Darstellung eines bekannten Steckverbinders umfassend einen Steckerkörper und eine mit dem Steckkörper verbundene Positionier- und/oder Ausrichtplatte,
- 2b: eine Seitenansicht auf die Seite des Kontaktanschlussschemas eines beispielhaft ausgeführten Steckverbinders als Teil einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Schaltungsträger,
- 2c: eine Seitenansicht auf die Seite des Kontaktanschlussschemas eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders in einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Schaltungsträger,
- 3a: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c durch eine Zentrierachse des Zentrierelements des Steckverbinders,
- 3b: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
- 3c: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
- 3d: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
- 3e: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
- 3f: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
- 3g: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In der 2a ist eine bekannte Ausführung eines Steckverbinders 100' dargestellt. Der Steckverbinder 100' weist ein Steckerkörper 110 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff auf. Der Steckerkörper 110 ist dabei von einer Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten 120 durchdrungen, so dass ein jeweiliges Ende auf zwei Seiten des Steckerkörpers 110 herausragt. Gezeigt ist eine perspektivische Ansicht von Seiten eines Anschlusskontaktschemas S2 des Steckverbinders 100', so dass das eine Ende der jeweiligen Leitungsdrähte 120 sichtbar ist, welches mit einer entsprechend korrespondierenden Kontaktstelle 12 eines Schaltungsträgers 10 kontaktierbar ist. Auf einer der Anschlussseite S2 gegenüberliegenden Seite - der Steckseite S1 - bilden die Leitungsdrähte 120 ein Steckerkontaktschema für einen kontaktierbaren Gegenstecker dar. Die korrekte Beabstandung der Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 zueinander wird mit einer Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130` aus einem isolierenden Kunststoff sichergestellt. Diese weist einen plattenartigen Grundkörper 131 auf, in welchem durchgehende dem Anschlusskontaktschema entsprechende Durchführungen ausgebildet sind. Durch ein Auffädeln von der Anschlussseite S2 her werden alle Leitungsdrähte 120 in der richtigen Lageposition zueinander und in Richtung des zu kontaktierenden Schaltungsträgers 10 gehalten. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130` ist mit dem Steckerkörper 110 verbunden, zum Beispiel durch eine Rastverbindung oder eine Steckverbindung. Damit wird eine relative Anordnung zum Steckerkörper 110 festgehalten. Bei einem 90°-Steckverbinder 100' sind die Enden der Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 in einem Winkel von 90° gegenüber den Enden auf der Steckseite S1 orientiert. In gleicher Orientierung wie die Enden der Leitungsdrähte 120 ist auf Seiten des Kontaktanschlussschemas S2 an gegenüberliegenden Endbereichen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130' jeweils ein Zentrierelement 111' einstückig ausgebildet. Mittels der Zentrierelemente 111` kann die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130` bzw. damit der Steckerverbinder 100' als solcher, relativ zu einem zu verbindenden Schaltungsträger 10 und/oder einem Montagewerkzeug positioniert werden. Die Lagepositionierung wird beispielsweise durch einen Formschluss mit den Zentrierelementen 111' erreicht. Die Zentrierelemente 111' weisen hierfür Positionierflächen auf, welche beispielsweise als Zylindermantelflächen ausgebildet sind und an welche sich Wandungen entsprechend korrespondierenden Aussparungen referenzieren können.
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Die 2b zeigt schematisch eine Ansicht mit einer senkrechten Sicht auf die Anschlussseite S2 eines erfindungsgemäßen Steckverbinders 100. Dargestellt ist auch eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130, ähnlich wie bereits aus der 2a bekannt. Der Steckverbinder 100 ist dabei Teil einer Kontaktanordnung 150. Die Kontaktanordnung 150 umfasst darüber hinaus zumindest einen Schaltungsträger 10 mit welchem der Steckverbinder 100 elektrisch kontaktiert ist. Die Kontaktanordnung 150 ist in einem Gehäuse 210 aufgenommen, beispielsweise in der Art, wie es bereits in der 1 gezeigt ist. In dieser Art liegt dann eine Elektronikvorrichtung 200 mit einer im Vergleich zu einer Ausführung gemäß der 1 erhöhten EMV vor. Korrespondierend zum Kontaktanschlussschema des Steckverbinders 100 weist der Schaltungsträger 10 entsprechend komplementäre Kontaktstellen 12 auf, beispielsweise in Form von insbesondere metallisierten Aussparungen 11. Alle Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 sind mit den komplementären Kontaktstellen 12 elektrisch verbunden. Dies kann beispielweise durch einen Lotkontakt 121 erfolgen. Dabei ist das Ende des Leitungsdrahtes 120 dann als Lötpin ausgebildet, welcher die metallisierte Aussparung 11 durchdringt und mit einem Lotmaterial mit der Metallisierung im Bereich der Aussparung 11 verbunden ist. Alternativ weist das Ende jedes Leitungsdrahtes 120 eine Einpresszone auf, welche - eingepresst in die im Durchmesser entsprechend angepasste metallische Aussparung 11 - einen Einpresskontakt 122 bildet. Zur Lagegenauen Positionierung des Steckverbinders 100 zum Schaltungsträger 10 werden die an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 ausgebildeten Zentrierelement 111 in eine jeweils komplementäre Aussparung 11 im Schaltungsträger 10 eingeführt, noch bevor die Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 in die entsprechenden Kontaktstellen 12 eingreifen können. Die Zentrierachse F1 der Zentrierelemente 111 und die Fügeachse F2 der Leitungsdrähte 120 sind hierfür achsparallel ausgeführt. Zur vereinfachten Einführen weisen die freien Enden des jeweiligen Zentrierelementes 111 einen verjüngten Einführbereich auf, beispielsweise konisch oder abgerundet. Damit die Lagepositionierung zuerst erfolgt, so dass die Leitungsdrähte 120 dann achsausgerichtet zu den komplementären Kontaktstellen 12 angeordnet sind, steht der Einführbereich in Richtung der Zentrierachse F1 weiter vom Steckverbinder 100, d.h. vom Steckerkörper 110, ab, als die Enden der Leitungsdrähte 120 auf Seiten des Anschlusskontaktschemas S2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leitungsdrähte 120 zwischen den beiden Zentrierelementen 111 angeordnet. Alternativ können auch einzelne oder mehrere Leitungsdrähte 120 auch auf der jeweils anderen Seite eines oder beider Zentrierelemente 111 angeordnet sein, als es in der 2b dargestellt ist.
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In der 2c ist eine alternative Ausführung des Steckverbinders 100 innerhalb einer Kontaktanordnung 150 bzw. einer Elektronikvorrichtung 200 gezeigt. Im Unterschied zur Ausführung gemäß der 2b sind die Zentrierelemente 111 nun am Steckerkörper 110 angeordnet und stehen von diesem in Richtung des Schaltungsträgers 10 ab. Alternativ kann das Ausführungsbeispiel auch ohne einer Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 ausgeführt sein. Grundsätzlich ist auch eine Variante des Steckverbinders 100 denkbar, welcher sowohl am Steckerkörper 110 als auch an einer umfassenden Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 jeweils zumindest ein Zentrierelement 111 aufweist.
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Die 3a zeigt schematisch reduziert einen Ausschnitt der 2b oder der 2c mit einem Schnitt durch ein Zentrierelement 111. Das Zentrierelement 111 ist dabei als ein Einpresspin 111 a ausgeführt mit einer endseitig ausgebildeten Einpresszone. Der Einpresspin 111 a ist innerhalb der korrespondierenden Aussparung 11 des Schaltungsträgers 10 derart aufgenommen, dass die Einpresszone von dieser verpresst ist unter Ausbildung eines insbesondere gasdichten Einpresskontaktes 112a. Der Einpresskontakt 112a legt die Lagepositionierung des Steckverbinders 100 relativ zum Schaltungsträger 10 fest. Der Einpresspin 111a ist insbesondere als ein Blechteil ausgebildet, alternativ aus einem runden Halbzeug, beispielsweise einem Rundmaterial. Die Einpresszone kann beispielsweise als eine Prägeausformung vorliegen. Ferner ist der Einpresspin 111a aus genau einem Schichtmaterial 116 gebildet, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, Zur Verbesserung des Einpressvorganges kann insbesondere im Bereich der Einpresszone jedoch eine Auftragsschicht 115 aufgebracht sein, beispielsweise eine Zinn (Sn) oder Zinn-Silber Beschichtung (SnAg). Die Auftragsschicht 115 weist dabei Materialeigenschaften auf, welche das Einpressen begünstigt. Die korrespondierende Aussparung 11 innerhalb des Schaltungsträgers 10 weist insbesondere eine Metallisierung 11a auf, welche eine begünstigte Pressmaterialpaarung zulässt.
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Die 3b zeigt eine Ausführung des Steckverbinders 100, bei welchem das Zentrierelement 111 im Unterschied zur Ausführung gemäß der 3a in Form eines Lötpins 111b vorliegt und mit Hilfe eines Lotmittels daher ein Lotkontakt 112b ausgebildet ist. Auch hier kann eine zusätzliche Auftragsschicht 115 vorgesehen sein, welche dann allerdings Materialeigenschaften aufweist, welche das Verlöten begünstigt, beispielsweise Zinn (Sn). Die Auftragsschicht 115 ist insbesondere im Lötbereich vorgesehen.
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Sowohl bei der Ausführung gemäß der 3a als auch gemäß der 3b kann das Zentrierelement 111 als Einlegeteil bereichsweise - insbesondere außerhalb der Positionierfläche - von einem elektrisch isolierenden Material des Steckerkörpers 110 bzw. der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 umspritzt sein.
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Die 3c zeigt eine weitere Ausführungsform eines Steckverbinders 100. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungen weist das Zentrierelement 111 zumindest über eine Zentrierabschnitt einen Kern aus einem elektrisch isolierendes Material des Steckerkörpers 110 bzw. der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 auf. Zumindest im Bereich der Positionierfläche ist dann eine Auftragsschicht 115 angeordnet, welche eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Materialeigenschaft aufweist. Außerhalb der Positionierfläche, wo derartige Materialeigenschaften nicht erforderlich sind, kann auch eine Auftragsschicht 116 aus einem anderen Material auf dem elektrisch isolierenden Material angeordnet sein. Es kann dort aber auch die Auftragsschicht 115 fortgeführt sein, beispielsweise prozessbedingt.
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Die 3d - 3g zeigen Abwandlungen der Ausführung gemäß der 3c. Im Gegensatz zum zylindrisch ausgeführten Zentrierelement 111 - wie in der 3c gezeigt - weist die in der 3d gezeigte Ausführung ein kegelförmig geformtes Zentrierelement 111 auf. Zu Beginn eines Einführens des Zentrierelementes 111 in die Aussparung 11 des Schaltungsträgers 10 ist ein anfänglicher Spaltabstand zwischen dem Zentrierelement 111 und der zylindrischen Innenwandung der Aussparung 11 gegeben - siehe linke Darstellung. Mit zunehmendem Einführen wird dieser Spaltabstand immer kleiner. In einer Endlagenposition des Zentrierelementes 111 innerhalb der Aussparung 11 liegt eine auf der Trägerseite 15, 16 fortgeführte Metallisierung 11a der Aussparung 11 auf einem das Zentrierelement 111 umlaufenden Bund 115.a auf. Dabei ist die auf dem Zentrierelement 111 ausgebildete Auftragsschicht 115, 116 bis über den umlaufenden Bund 115.a nahtlos fortgeführt. Die Auftragsschicht 115, 116 des Zentrierelementes 111 und die Metallisierung 11a der Aussparung 11 sind dabei in einer ebenfalls umlaufend geschlossen ausgebildeten Kontaktlinie bzw. Kontaktfläche elektrisch leitend miteinander kontaktiert. In der Endlagenposition kann zwischen der Aussparung 11, 11a und dem Zentrierelement 111 eine Passung ausgebildet sein.
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Die in der 3e gezeigte Ausführung unterscheidet sich gegenüber der in der 3d dargestellten Ausführung lediglich darin, dass das Zentrierelement 111 nachgiebig ausgeführt ist, beispielsweise mittels einer durch das Zentrierelement 111 stirnseitig durchgehende Schlitzung, wodurch zwei nachgiebige Kegelschenkel 111.1, 111.2 ausgebildet sind. Die rechte Darstellung zeigt eine Endlagenposition des Zentrierelements 111, bei welchem die Kegelschenkel 111.1, 111.2 bis maximal auf Anschlag zueinander verformt sind. Die Kegelschenkel 111.1, 111.2 werden mit zunehmenden Einführen durch die Innenwandung der Aussparung 11 in eine immer größere Verformung gebracht. Durch die flexible Verformung wird zwischen dem Zentrierelement 111 und der Aussparung 11 ein Klemmsitz begünstigt.
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Die 3f zeigt die Ausführung gemäß der 3e, wobei im Unterschied am freien Ende des Zentrierelementes 111 an beiden Kegelschenkel 111.1, 111.2 jeweils derartig ausgeformte Rastnasen 111.11, 111.22 ausgebildet sind, dass diese in einer Endlagenposition die dem Steckverbinder 100 abgewandte Trägerseite 15 hintergreifen. Damit ist das Zentrierelement 111 entgegen der Fügerichtung gegen unabsichtliches Bewegen gesichert bzw. fixiert.
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Die Ausführung gemäß der 3g unterscheidet sich nochmals zur zuvor beschriebenen Ausführung dahingehend, dass keine eigentliche Auftragsschicht 115, 116 am Zentrierelement 111 ausgebildet ist. Stattdessen ist zumindest das Zentrierelement 111 selbst zusammen mit dem umlaufenden Bund 115.a aus einem Metallpartikel enthaltenen Polymerwerkstoff ausgebildet. Dies lässt sich beispielsweise mittels eines 2-Komponentenspritzgussverfahrens realisieren, wodurch der Steckerkörper 110 weiterhin aus einem isolierenden Polymerwerkstoff ausgeführt ist. An der Positionierfläche des Zentrierelements 111 bilden einige der Metallpartikel dann eine Art „löchrige“ Auftragsschicht 115, 116 aus. In Hinblick auf eine EMV wirken aber auch die im Zentrierelement 111 innenliegend verteilten Metallpartikel mittelbar so, dass von eine EMV Wirkung her eine Art durchgehende Auftragsschicht 115, 115 in Summe aller Metallpartikel nachgebildet ist.
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Allen Ausführungen ist gemein, dass das Zentrierelement 111 zumindest um seine Zentrierachse F1 eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche aufweist, welche im Zusammenspiel mit der korrespondierenden Aussparung 11 in dem Schaltungsträger 10 die Lageposition zwischen dem Steckverbinder 100 und dem Schaltungsträger 10 festlegt. Zusätzlich ist außerhalb der Positionierfläche die Schicht fortgeführt oder schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Die 3a - 3g zeigen jeweils nur eine Schnittebene durch die Zentrierachse F1 des Zentrierelementes 111. Dabei gilt aber in jedem möglichen radialen Schnitt durch die Zentrierachse F1, dass die äußeren Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse F1 zueinander durch zumindest eine Schicht bzw. ein Schichtmaterial allein und/oder durch eine weitere Schicht bzw. ein weiteres Schichtmaterial durchgehend überbrückt sind. Im Bereich des Zentrierelementes 111 ist damit die korrespondierende Aussparung 11 im Schaltungsträger 10 durch die eine und/oder die weitere Schicht 115, 116 EMV-dicht verschlossen. Die EMV kann auch außerhalb dieses Bereichs ausgeführt sein, indem beispielsweise der Schaltungsträger 10 zumindest eine Metalllage aufweist, welche zumindest mittelbar die Positionierfläche des Zentrierelementes 111 kontaktierend umschließt. Die EMV ergibt sich dabei im Zuge des Vorliegens einer dann geschlossen Metallfläche, welche die elektrische Schaltung auf dem Schaltungsträger 10 überdeckt. Eine vollständige Überdeckung liegt dann vor, indem das metallische Gehäuse 210, die zuvor genannte Metalllage des Schaltungsträgers 10 und die Schichtmaterialien 115, 116 im Bereich des Zentrierelementes 111 den Schaltungsträger 10 mit einer dann ausgebildeten geschlossenen Metallfläche schalenartig umschließt.
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Besondere Anwendungen lassen sich bei Elektronikvorrichtungen 200 im Bereich der hochfrequenten Datenkommunikation erschließen. Hierbei weist der Steckverbinder 100 zumindest einen Leitungsdraht 120 als Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich auf. Auf diese Weisen ist ein deutlich verbessertes Datensignal sichergestellt aufgrund der verminderten Störfanfälligkeit infolge der besonders guten EMV-Eigenschaften. Derartige Elektronikvorrichtung 200 sind somit für einen Einsatz beispielsweise beim teilautonomen oder vollautonomen Fahren geeignet, beispielsweise ein Steuergerät, ein Vehicle Computer oder Vergleichbares.
