DE10256002A1

DE10256002A1 - Vorrichtung und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von einer Leiterplatine

Info

Publication number: DE10256002A1
Application number: DE2002156002
Authority: DE
Inventors: Jörg Dipl.-Ing. Adrian; Martin Dipl.-Ing. Merdes
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-11-30
Filing date: 2002-11-30
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-12-01
Also published as: DE10256002B4

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters in Form eines Einzelkabels oder eines folienisolierten Leiters mit einer Leiterplatine an einem die Leiterplatine begrenzenden Randbereich, mit einer Aufnahmeeinheit, die eine in Art eines Einsteckschlitzes ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Randbereich der Leiterplatine einführbar und ausschließlich mittels Klemmkraft selbstarretierend fixierbar ist, wobei wenigstens zwei Begrenzungseinheiten die Aufnahmestruktur begrenzen und einen gegenseitigen Abstand zueinander derart aufweisen, dass zwischen den Begrenzungseinheiten der Randbereich der Leiterplatine sowie unmittelbar zwischen wenigstens einer Begrenzungseinheit und der Leiterplatine der wenigstens eine elektrische Leiter zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Leiterplatine unter Ausbildung der selbstarretierenden Klemmkraft einfügbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters in Form eines Einzelkabels oder eines folienisolierten Leiters mit einer Leiterplatine. Die Kontaktierung erfolgt insbesondere am Randbereich der Leiterplatine.

Leiterplatinen mit zumindest einseitig bedruckten Leiterstrukturen sind in nahezu allen elektronischen Geräten zumeist in großer Vielzahl, in mannigfacher Form und Größe vorhanden und sind miteinander sowie auch mit vielen weiteren elektronischen Komponenten über elektrische Verbindungssysteme unterschiedlichster Ausprägung verbunden.

So dienen speziell ausgebildete Steckverbindersysteme für eine direkte Kontaktierung zwischen zwei oder mehreren Leiterplatinen. Repräsentativ für diese Art Steckverbinder sei auf die DE 38 52 028 T2 verwiesen, aus der ein Leiterplatten-Steckverbinder in Art eines Rand-Steckverbinders hervorgeht, der über eine schlitzartige Einsteckstruktur verfügt, in die der Randbereich einer zu kontaktierenden Leiterplatine einfügbar ist. Längs des Einsteckschlitzes sind entsprechend der Anordnung der zu kontaktierenden Leitungsbereiche auf der Leiterplatine elastische Kontakte vorgesehen, die federkraftbeaufschlagt mit den elektrisch zu kontaktierenden Kontaktflächen der in die schlitzartige Aufnahmestruktur eingeschobenen Leiterplatine in Berührung treten. Andererseits treten die elastischen Kontakte über entsprechend geformte Flächendruckkontakte mit korrespondierenden Kontaktflächen einer benachbart angeordneten Hauptplatine in Verbindung. Um für einen sicheren und dauerhaften elektrischen Kontakt zur Hauptplatine zu sorgen, sind die entsprechenden Flächendruckkontakte mit den Kontaktflächen der Hauptplatine fest zu verlöten. Ein ähnlicher Leiterplatten-Steckverbinder ist bspw. der DE 199 21 021 A1 zu entnehmen.

Gilt es jedoch demgegenüber elektrische Leitungen in Form von Einzellitzen bzw. Einzelkabeln oder folienisolierten Leiterstrukturen mit einer Leiterplatine zu verbinden, so können die jeweiligen abisolierten Enden der Einzelleiter mit entsprechenden Kontaktflächen auf der Leiterplatine einzeln verlötet werden.

Ohne Zweifel stellt ein derartiges Vorgehen ein sehr zeitaufwendiges Unterfangen dar, insbesondere in Fällen, in denen es gilt eine große Vielzahl von Einzelleitern mit einzelnen konkreten Kontaktflächen auf der Leiterplatine zu verbinden.

Erleichterung für die vorgenannten Fälle verschaffen speziell ausgebildete Zusatzelemente, die als Verbindungsstrukturen zwischen den abisolierten Leiterenden und den Kontaktflächen der Leiterplatine dienen und als sogenannte LIF-(Low Insertion Force) sowie als ZIF-Steckverbinder (Zero Insertion Force) bekannt sind. Derartige Steckverbinder finden heute weitverbreitete Verwendung für die Herstellung schneller und zuverlässiger Kontaktierungen zwischen elektrischen Leitern und Leiterplatinen. Haupteinsatzgebiet derartiger Steckverbinder ist die gesamte Elektronikindustrie, vor allem die Computerindustrie. LIF- bzw. ZIF-Steckverbinder weisen in aller Regel ein Steckergehäuse auf, innerhalb dem eine bestimmte Vielzahl sog. Terminals vorgesehen ist. Jedes einzelne Terminal ist für die elektrische Kontaktierung jeweils eines elektrischen Leiters vorgesehen und weist ein für das jeweils abisolierte Leiterende entsprechendes Kontaktelement auf. Jedes einzelne Terminal ist andererseits mit einem aus dem Steckergehäuse ragenden Anschlusspin verbunden, der in eine vorgebohrte und metallisierte Bohrung innerhalb der Leiterplatte einzuführen ist. Nach entsprechendem Einfügen der einzelnen Anschlusspins in die in der Leiterplatte vorgesehenen Bohrungen werden die Pins im Wege einer sog. Through-hole-Technik fest verfügt, zumeist verlötet. Somit gewährleisten die Terminals zum einen über ihre Anschlußpins einen elektrischen Kontakt zur Leiterplatte und andererseits einen elektrischen Kontakt zu den in die Terminals einzeln eingebrachten elektrischen Leitern.

Die Unterscheidung zwischen LIF- und ZIF-Steckverbindern rührt von der Art und Weise der Fixierung der einzelnen elektrischen Leiter innerhalb der Terminals her. So sehen die LIF-Steckverbinder innerhalb des Steckergehäuses ein Federelement vor, durch das das in das Terminal eingeführte abisolierte Leiterende auf die entsprechende Kontaktfläche der Terminal angepresst wird. Für den Einbringvorgang des abisolierten Leiterendes in das entsprechende Terminal ist in Folge dessen die durch das Federelement herrührende, geringfügige Kraft zu überwinden, die im eingefügten Zustand als Halte- und Kontaktkraft auf den jeweiligen abisolierten Leiterabschnitt wirkt. Demgegenüber sehen ZIF-Steckverbinder in einem geöffneten Zustand frei zugängliche Terminals vor, über die der abisolierte Leiter positioniert werden kann. Mit Hilfe eines Deckelelementes wird einerseits das offene Steckergehäuse geschlossen und andererseits ein mit dem Deckelelement verbundenes federndes Element auf das auf dem Terminal aufliegende abisolierte Leiterende gedrückt, wodurch der Leiter innerhalb des Steuerelements fixiert und mit dem Terminal kontaktiert wird.

In entsprechend analoger Weise lassen sich ebenso die abisolierten Leitungsenden eines vieladrigen folienisolierten Leiters mit entsprechend ausgebildeten LIF- oder ZIF-Steckereinheiten verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters mit einer Leiterplatine derart vorzusehen, so dass der Kontaktierungsvorgang schnell und möglichst ohne großen Zeit- und Kostenaufwand durchführbar ist. Insbesondere gilt es auf jegliches Zusatzmaterial erfordernde Fügetechniken, wie es bei allen vorstehend aufgezeigten bekannten Kontaktierungstechniken der Fall ist, zu verzichten. Damit ist insbesondere der Verzicht auf den Einsatz von Lotmaterial oder elektrisch leitenden Kleber gemeint. Ebenso soll auf jeglichen thermischen Energieeintrag zur Kontaktherstellung verzichtet werden, wie es bspw. beim Verlöten der Anschlusspins innerhalb entsprechend in der Leiterplatine vorgesehener Bohrungen bei der vorstehend beschriebenen Through-hole-Technik üblich ist. Auch sollen für die Kontaktierung bisher erforderliche Vorbehandlungen der Leiterplatine, wie das Vorsehen und Einbringen von Bohrungen und deren Metallisierungen, nicht weiter erforderlich sein. Überdies soll die neuartige Kontaktierungstechnik modulartig in Gehäusebereiche elektrischer Komponenten platzsparend integrierbar sein.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 14 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters mit einer Leiterplatine. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele im Einzelnen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zur gegenseitigen Kontaktierung wenigstens eines elektrischen Leiters, bspw. in Form eines Einzelkabels oder eines folienisolierten Leiters mit einer Leiterplatine eine Aufnahmeeinheit auf, die eine in Art eines Einsteckschlitzes ausgebildete Aufnahmestruktur vorsieht. Die Aufnahmestruktur ist wenigstens von zwei Begrenzungseinheiten begrenzt, die einen gegenseitigen Abstand zueinander derart aufweisen, dass zwischen den Begrenzungseinheiten der Randbereich der Leiterplatine sowie unmittelbar zwischen wenigstens einer Begrenzungseinheit und der Leiterplatine der wenigstens eine elektrische Leiter zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Leiterplatine unter Ausbildung einer selbstarretierenden Klemmkraft einfügbar ist.

In aller Regel sind die elektrischen Leiter isoliert, bspw. mit einer Kunststoffschicht überzogen, so dass die isolierten elektrischen Leiter zunächst an ihrem Endbereich abzuisolieren sind und anschließend gemeinsam mit dem zu kontaktierenden Randbereich der Leiterplatine in die Aufnahmestruktur der Aufnahmeeinheit einzufügen sind. Genaugenommen gilt es zunächst den jeweils abisolierten Leiterendbereich lagekonform zu einer auf dem Leiterplatinenrandbereich vorgesehenen Elektrodenkontaktfläche auszurichten und in dieser Anordnung den Leiterendbereich und den Randbereich in die Aufnahmestruktur einzufügen, so dass gewährleistet ist, dass ein definierter elektrischer Kontakt zwischen dem abisolierten Leiterende und der Leiterplatine hergestellt ist. Im weiteren wird dieser Umstand stillschweigend vorausgesetzt, wenn davon die Rede ist, das ein elektrischer Kontakt zwischen der Leiterplatine und einem Leiter herzustellen ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene gemeinsame Verpressung des Randbereiches der Leiterplatine und dem elektrischen Leiter innerhalb der einsteckschlitzartig ausgebildeten Aufnahmestruktur wird eine zwischen dem elektrischen Leiter und der Leiterplatine innerhalb der Aufnahmestruktur wirkende selbstarretierende Klemmkraft hervorgerufen, durch die einerseits der elektrische Leiter mit einer an entsprechender Stelle auf der Leiterplatine vorgesehenen Kontaktfläche in eine innige elektrisch leitende Verbindung gebracht wird, und durch die andererseits sowohl der elektrische Leiter als auch die Leiterplatine innerhalb der Aufnahmestruktur einen festen Sitz erfährt.

So ermöglicht die vorgeschlagene Kontaktierungstechnik einen sicheren mechanisch stabilen und elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen einem elektrischen Leiter, gleichgültig ob es sich hierbei um Einzellitzen in Form von Rundkabeln oder flexiblen Leitern oder aber um vieladrige flexible Leiterfolien handelt, und dem Randbereich einer Leiterplatine ohne dabei aufwendige Lötschritte oder Bohrungen an der Leiterplatine selbst vornehmen zu müssen. Auch werden aufwendige Steckergehäusekonstruktionen, vergleichsweise jenen von den eingangs beschriebenen ZIF- und LIF-Steckerverbindern, überflüssig.

Eine einfachste Ausführungsform, mit der das erfindungsgemäße Kontaktierungsprinzip verwirklicht werden kann, stellt bereits eine nutförmige Ausnehmung, die durch Nutbreite, Nutlänge und Nuttiefe definiert ist, innerhalb eines elektrisch nicht leitenden Grundmaterials dar, in die der Randbereich der zu kontaktierenden Leiterplatine gemeinsam mit dem elektrischen Leiter einsteckbar ist. Die Länge der nutförmigen Ausnehmung entspricht der Länge des Randbereiches der Platine, wohingegen die Nutbreite ein geringfügiges Übermaß gegenüber der Platinenbreite aufweist, um die Möglichkeit des zusätzlichen Einführens des abisolierten Endes eines elektrischen Leiters oder einer Vielzahl elektrischer Leiter gemeinsam mit der Leiterplatine in die nutförmige Ausnehmung zu ermöglichen. Das die tatsächliche Platinenbreite übertreffende Übermaß sollte jedoch kleiner als der zusätzliche abisolierte Leiterquerschnitt sein, um eine ausreichend hohe selbstarretierende Klemmkraft zwischen der Leiterplatine und dem elektrischen Leiter innerhalb der nutförmigen Ausnehmung zu erzielen.

Auch ist es möglich mit Hilfe der vorgeschlagenen Aufnahmestruktur eine beidseitig bedruckte Leiterplatine von beiden Seiten mit elektrischen Leitern zu verbinden. Hierfür ist die Dimensionierung der nutförmigen Ausnehmung derart vorzunehmen, dass das die Leiterplatinenbreite übertreffende Übermaß das zusätzliche Einfügen zweier elektrischer Leiter beidseitig zur Leiterplatine erlaubt.

Die vorstehenden Dimensionierungen der nutförmigen Ausnehmung sind insbesondere dann genau zu beachten, sofern das die nutförmige Ausnehmung umgebende Material starr und nicht nachgiebig ist. Wählt man hingegen ein die nutförmige Ausnehmung umgebendes Material, das über eine Mindestelastizität verfügt, so kann die Nutbreite weitgehend passgenau an die tatsächliche Platinenbreite angepasst werden. Das zusätzliche Einfügen des elektrischen Leiters gemeinsam mit dem Randbereich der Leiterplatine in die nutförmige Ausnehmung führt in diesem Fall dazu, dass das die nutförmige Ausnehmung umgebende Material im Bereich des elektrischen Leiters in Abhängigkeit der Leiterdicke deformiert wird. Sieht man in diesem Fall mehrere, und überdies unterschiedlich dick ausgebildete elektrische Leiter zwischen der Leiterplatine und dem Randbereich der nutförmigen Ausnehmung vor, so gewährleistet die individuelle elastische Verformung des die nutförmige Ausnehmung umgebenden Materials in jedem Fall eine sichere Kontaktierung der einzelnen Leiter mit den entsprechenden Kontaktflächen auf der Leiterplatine.

Zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem wenigstens einen elektrischen Leiter und der Leiterplatine eignet sich das im Weiteren bezeichnete Kontaktierungsverfahren, das unter Verwendung des vorstehend beschriebenen, einfachsten Ausführungsbeispiels in folgender Weise durchführbar ist. Vor Einführen des Randbereiches der Leiterplatine in eine hierfür vorgesehene einsteckschlitzartig ausgebildete Aufnahmestruktur wird wenigstens ein abisolierter Endbereich eines elektrischen Leiters über die Aufnahmestruktur derart positioniert, dass das abisolierte Ende des elektrischen Leiters in die Aufnahmestruktur hineinragt. Bspw. sei angenommen, dass das Ende des elektrischen Leiters senkrecht zur Erstreckung der Nuttiefe über die Aufnahmestruktur plaziert wird. Im Weiteren wird die zu kontaktierende Leiterplatine an ihrem Randbereich in die Aufnahmestruktur eingefügt, wobei der abisolierte Endbereich des elektrischen Leiters in Einführrichtung der Leiterplatine umgeknickt wird und sich bündig zwischen der Innenwand der Aufnahmestruktur und der entsprechenden Kontaktfläche am Randbereich der Leiterplatine anschmiegt. Der Fügevorgang ist beendet, sobald der Randbereich der Leiterplatine eine bestimmte Solltiefe innerhalb der Aufnahmestruktur erreicht hat. Die Solltiefe ist erreicht bspw. durch Erreichen des Nutbodens oder eines entsprechend vorgesehenen mechanischen Anschlages.

Selbstverständlich ist es erforderlich vor dem Einführen des Randbereiches der Leiterplatine in die Aufnahmestruktur die Lage des abisolierten Leiterendbereichs lagekonform zu einer auf dem Randbereich vorgesehenen Kontaktfläche zu positionieren. Um diese Positionierung zu erleichtern, ist am Randbereich der Aufnahmestruktur ein Befestigungsmittel bspw. in Form einer nutförmigen Ausnehmung vorgesehen, in der der zu kontaktierende elektrische Leiter bspw. in Form einer Einzellitze einlegbar ist. Handelt es sich hingegen um eine vieladrigen folienisolierten Leiter, dessen jeweils abisolierte Leiterenden mit einer Leiterplatine zu kontaktieren sind, so ist das am Randbereich der Aufnahmestruktur vorzusehende Befestigungsmittel bspw. in Form eines mechanischen Anschlages ausgebildet, gegen den der Folienleiter als Ganzes anlegbar ist. Ebenso ist es denkbar innerhalb des Folienleiters entsprechende Öffnungen vorzusehen, die passgenau über entsprechende Zentriermittel bspw. über Zentrierdorne, die im Randbereich der Aufnahmestruktur vorgesehen sind, gefügt werden können.

Der nachfolgende Einführvorgang des Randbereiches der Leiterplatine in die Aufnahmestruktur, die von dem wenigstens einen positionierten abisolierten Leiterende überragt ist, kann entweder manuell oder werkzeugmaschinengesteuert erfolgen. Gleiches gilt auch für den Positioniervorgang des Leiterendes gegenüber der Aufnahmestruktur.

Die vorstehend, in ihrer einfachsten Ausführungsvariante beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung, in Form einer nutförmigen Vertiefung innerhalb eines Grundmaterials eignet sich jedoch nur bedingt für eine platzsparende Integration in bestehende Gehäuseteile elektrischer Geräte oder für die Ausbildung eines als Einzelartikel ausgebildeten Steckverbinders, der zur entsprechenden elektrischen Kontaktierung an einen frei zugänglichen Randbereichen einer Leiterplatine anfügbar sein soll. Ein entsprechend ausgebildetes Kontaktierungselement, das den vorstehenden Forderungen genügt ist unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren im Einzelnen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1a, b schematisierte perspektivische Darstellungen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kontakierungselementes,
2–5 Sequenzdarstellungen zur Durchführung des elektrischen Kontaktierungsvorganges einer Leiterplatine mit einer Anzahl einzelner elektrischer Leiter.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1a, b zeigen in perspektivischer Ansicht jeweils ein Kontaktierungselement, das eine Aufnahmeeinheit 1 mit einer einsteckschlitzartig ausgebildeten Aufnahmestruktur 2 aufweist, in die der Randbereich einer nicht in 1 dargestellten Leiterplatine einfügbar ist. Die Aufnahmeeinheit 1 ist, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel gem. 1 b auf einem Grundsubstrat 3 aufgebracht, das bspw. die Innenwandfläche eines Gehäuses darstellt. Ebenso lässt sich das Grundsubstrat 1 lediglich auf die Dimension und Umrisskanten der Aufnahmeeinheit 1 begrenzen, so dass das dargestellte Kontaktierungselement in Form eines einzelnen Steckverbinders vorliegt. Die Aufnahmeeinheit 1 sowie das die Aufnahmeeinheit nach unten begrenzende Grundsubstrat 3 ist aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und bspw. im Wege eines Spritzgussverfahrens herstellbar.
Die in den 1a, b dargestellte Aufnahmeeinheit 1 besteht grundsätzlich aus zwei gegenüberliegend, voneinander beabstandet angeordneten Begrenzungseinheiten 11, 12, die jeweils die Längsseiten der Aufnahmestruktur 2 begrenzen. Die in 1a hintere Begrenzungseinheit 12 ist als durchgängiges Stegelement ausgebildet, das sich über die Fläche des Grundsubstrats 3 erhebt und eine zur Aufnahmestruktur 2 zugewandte durchgängige Gegenanschlagfläche 12' aufweist. Dieser gegenüberliegend sieht die Begrenzungseinheit 11 vier einzelne, ebenso stegartig ausgebildete Federelemente 11' vor, die die Aufnahmestruktur 2 zumindest teilweise seitlich begrenzen. Die Federelemente 11' verfügen im Gegensatz zur Begrenzungseinheit 12, die räumlich stabil ausgebildet ist, über eine Grundelastizität, durch die die einzelnen Federelemente 11' aus ihrer in 1 dargestellten Lage durch entsprechenden Krafteintrag seitlich ausgelenkt werden können. Ferner weist jedes einzelne Federelement 11' eine nutförmige Ausnehmung 4 auf, in die, wie im Weiteren gezeigt wird, zur Positionierung entsprechende Endbereiche elektrische Leiter einfügbar sind.
Zudem weist die Aufnahmeeinheit 1 zwei weitere, die Aufnahmestruktur 2 längs ihrer kürzeren Seitenkanten begrenzende Anschlagelemente 5 auf, die gemäß Ausführungsbeispiel in 1 einstückig mit der hinteren Begrenzungseinheit 12 verbunden sind. Durch die einstückige Verbindung der Anschlagelemente 5 mit der hinteren Begrenzungseinheit 12 wird eine raumstabile, im Querschnitt U-förmige, stegartig ausgebildete Umrandung für die Aufnahmestruktur 2 geschaffen, durch die ein raumzentriertes exaktes Einführen einer Leiterplatine in die Aufnahmestruktur 2, wie es unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren im Einzelnen hervorgeht, gewährleistet werden kann.
Die gegenseitigen Beabstandungen der in 1a, b dargestellten, stegartig über die Ebene des Grundsubstrats 3 erhabenen Komponenten bemessen sich grundsätzlich nach Form und Größe der zu kontaktierenden Leiterplatinen an ihrem Randbereich. So beträgt die Länge der Aufnahmestruktur 2, die begrenzt ist durch die Anschlagelemente 5 exakt der Länge des Randbereiches der zu kontaktierenden Leiterplatinen. Die Breite der Aufnahmestruktur 2, die durch den Abstand der Begrenzungseinheiten 11 und 12 vorgegeben ist, bemisst sich aus der tatsächlichen Breite des Randbereiches der Leiterplatine sowie der mit der Leiterplatine zu kontaktierenden, abisolierten Endbereiche der jeweiligen elektrischen Leiter. Da die Federelemente 11' aufgrund ihrer Eigenflexibilität senkrecht zur Längserstreckung der Aufnahmestruktur nachgiebig sind, bemisst sich der Abstand beider Begrenzungseinheiten 11 und 12 durch die Summe aus Breite der Leiterplatine sowie maximal dem Durchmesser des abisolierten Endbereiches eines zu kontaktierenden elektrischen Leiters. Werden bspw. elektrische Leiter mit unterschiedlichen Leitungsdrahtdurchmessern verwendet, so ist darauf zu achten, dass auch jener Leiter, mit dem kleinsten Leitungsdurchmesser in innigem Kontakt mit dem jeweiligen Kontaktierungsbereich der Leiterplatine treten soll.
Selbstverständlich richtet sich die Größe der Aufnahmestruktur 2 sowie die Anzahl der reihenhaft nebeneinander angeordneten Federelemente 11' nach den Bemessungen der Leiterplatine sowie der Anzahl der zu kontaktierenden elektrischen Leitungen. Handelt es sich bspw. um die Kontaktierung eines vieladrigen folienisolierten Leiters, so kann die Begrenzungseinheit 11 als ein einzig durchgehendes Federelement auszubilden, dessen Länge sich nach der Breite des folienisolierten Leiters bemisst. Um dem folienisolierten Leiter gegenüber eines derartigen Federelementes zu zentrieren und zu positionieren, ist es denkbar, entweder eine geeignete mechanische Anschlagfläche längs der Oberfläche des Federelementes vorzusehen oder entsprechende Zentrierdorne am Federelement anzubringen, die ein entsprechendes Einlegen des folienisolierten Leiters über entsprechend vorgesehene Öffnung innerhalb des Leiters gestatten.
In 2a, b ist die Situation dargestellt, in der vier getrennte Einzelkabel 6 mit ihren abisolierten Leiterenden 6' innerhalb der nutförmigen Ausnehmungen 4 der entsprechenden Federelemente 11' eingebrachten und positioniert sind. Der Positioniervorgang kann manuell oder Roboterunterstützt erfolgen.
Hierbei ragen die abisolierten Leiterenden 6' der einzelnen elektrischen Leiter 6 in das Innere der Aufnahmestruktur 2 hinein. In dem dargestellten Fall sind die abisolierten Endbereiche 6' der Leiter 6 senkrecht zur Einstecktiefe der Aufnahmestruktur 2 angeordnet. Deutlich aus den 2a, b ist zu ersehen, dass die Leiterenden 6' im Bereich der Aufnahmestruktur 2 enden, siehe Draufsicht nach 2b , so dass die Leiterenden im weiteren frei nach unten umgebogen werden können. Zudem sind die Ausnehmungen 4 innerhalb der Federelemente 11' derart tief ausgebildet, dass sich die Leiterenden entweder auf gleicher Höhe oder knapp unterhalb der oberen Kante der hinteren Begrenzungseinheit 12 zu liegen kommen. Auch überragen die Federelemente 11' die obere Kante der hinteren Begrenzungseinheit 12. Alles zusammen trägt letztlich zu einem sicheren und zentrierten Einfügevorgang des Randbereiches der zu kontaktierenden Leiterplatine in die Aufnahmestruktur bei, der im weiteren beschrieben wird.
In den 3 und 4 ist der Einfügevorgang dargestellt, mit der der Randbereich einer Leiterplatine 7 in die mit den Leitern 6 vorbereitete Aufnahmestruktur 2 eingefügt wird. Die Leiterplatine 7 weist vier elektrische Kontaktflächen 8 auf, die es gilt einzeln mit den entsprechenden Leitern 6 zu kontaktieren. Hierzu wird die Leiterplatte 7 senkrecht gegenüber der Aufnahmestruktur 2 ausgerichtet (3) und kraftbeaufschlagt gemäß 4 in die Aufnahmestruktur 2 eingeführt. Durch die Anschlagelemente 5 sowie die hintere Begrenzungseinheit 12 ist ein stabiles Gegenlager geschaffen für ein zentriertes Einfügen der Leiterplatine 7. Während des Einfügens werden die in das Innere der Aufnahmestruktur 2 hineinragenden abisolierten Leiterenden 6', der elektrischen Leiter 6 um 90° nach unten gebogen und geraten auf diese Weise in innigen Kontakt mit den entsprechenden Kontaktflächen 8 der Leiterplatine 7.
Diese Situation ist in 5 dargestellt, die Ansicht des hergestellten elektrischen Kontaktes zwischen einem abisolierten Endbereich 6' eines Leiters 6 und der Leiterplatine 7 zeigt. Die zwischen der Leiterplatine 7 und dem Leiter 6' herrschende Klemmkraft wird durch die einzelnen Federelemente 11' aufgebracht.
Durch die vorteilhafte rechtwinklige Umformung des abisolierten Endbereiches 6' des elektrischen Leiters 6 in Bezug auf die übrige Längserstreckung des elektrischen Leiters 6 kann gleichzeitig die mechanische Belastung der Kontaktstelle in Bezug auf Zugentlastung erhöht werden. Zudem lassen sich die nutförmigen Ausnehmungen innerhalb der einzelnen Federelemente 11' neben reinen Positionierhilfen als Klemmeinrichtungen ausbilden, wodurch die Kontaktstellen eine ebenso wirksame Zugentlastung erfahren. Zudem sorgt ein im Randbereich der Leiterplatine 7 vorgesehener Anschlag 9 für eine definierte Einstecktiefe der Leiterplatine 7 in die Aufnahmestruktur 2.
Zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung zwischen der Leiterplatine 7 und den einzelnen elektrischen Leitern 6 werden die einzelnen Leiter 6 im einfachsten Falle manuell in die entsprechenden nutförmigen Ausnehmungen 4 der Federelemente 11' eingebracht. Jedoch ist es auch möglich, diesen Vorgang automatisiert, bspw. unter Zuhilfenahme eines Roboters durchzuführen. Im Falle der Kontaktierung eines folienisolierten Leiters ist die Positionierung der Einzelleitungen bereits durch die gemeinsame Grundfolie des folienisolierten Leiters vorgegeben. Wie bereits erwähnt, kann die Positionierung in diesem Fall mit Hilfe eines mechanischen Gegenanschlages, der längs der Oberseite des durchgängigen Federelementes vorwärts ausgebildet ist, vorgenommen werden. Um eine entsprechende Zugentlastung für den folienisolierten Leiter zu realisieren, ist die Verwendung einer sog. Labyrinth-Anordnung vorzusehen, die im einfachsten Fall als zwei voneinander beabstandete parallel angeordnete Umlenkleisten ausgebildet sind, über die der Folienleiter in Form eines S-Schlages geführt ist. Die Labyrinth-Anordnung ist räumlich in Zuführrichtung des folienisolierten Leiters zum Federelement vor dem Federelement fest angeordnet vorzusehen.
Selbstverständlich sind vorteilhafte Abwandlungen der in den 1 – 5 dargestellten Aufnahmeeinheit möglich. Eine vorteilhafte Abwandlung betrifft bspw. die Ausbildung der Begrenzungseinheit 12 in gleicher Weise wie die Begrenzungseinheit 11, nämlich durch Vorsehen entsprechend angeordneter Federelemente 11'. Hierdurch ist es möglich, eine doppelseitig mit elektrischen Kontakten bedruckte Leiterplatine von zwei Seiten mit entsprechenden elektrischen Leitern zu kontaktieren. Um eine stabile seitliche Begrenzung für den Einführvorgang der Leiterplatine in eine derart ausgebildete Aufnahmeeinheit zu gewährleisten, sind die Anschlagelemente 2 jeweils als selbständig, stegartig ausgebildete U-Profilelemente auszubilden.
Die Aufnahmeeinheit lässt sich als Einzelbauteil, in Form eines Kunststoffbauteils ausführen und ermöglicht auf diese Weise den Einsatz als räumlich flexibler Steckverbinder für die Kontaktierung von Leiterplatinen an ihrem Randbereich mit entsprechenden elektrischen Leitungen. Da elektrische Kontaktierungen oftmals an bereits in Gehäusen integrierten Leiterplatinen vorzunehmen sind, ist es möglich, die beschriebene Aufnahmeeinheit direkt an der Innenwand des Gehäuses fest vorzusehen. Beispielsweise kann die Gehäusewand bereits bei ihrer Herstellung mit den entsprechenden Aufnahmeeinheiten ausgerüstet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich gegenüber den am Markt erhältlichen LIF- bzw. ZIF-Steckverbindern durch eine Reihe von Vorteilen aus:

1. Durch das einfache Einschieben des Randbereiches der Leiterplatinen in die Aufnahmestruktur der Aufnahmeeinheit sind keinerlei Kontaktierungsvorkehrungen an der Leiterplatine selbst vorzunehmen, wie bspw. Einbringen von Bohrungen und deren entsprechende Metallisierungen.
2. Durch den rein mechanischen Fügeprozess, der sich ausschließlich durch den kraftbeaufschlagten Einführvorgang der Leiterplatine in die Aufnahmestruktur auszeichnet, wodurch ein mechanisch stabiler Sitz aufgrund selbstarretierender Klemmkräfte erhalten wird, können auf jegliche Lötprozesse verzichtet werden.

Aufgrund der individuellen Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Federelemente können grundsätzlich alle gängigen elektrischen Leitungsformen mit den Leitungsplatinen verfügt und kontaktiert werden.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Teil einer ohnehin bestehenden Gehäuseinnenwand ausgeführt, ist eine elektrische Kontaktierung eines elektrischen Leiters mit der Leiterplatine ohne jegliche Zusatzelemente realisierbar, wodurch der Montageaufwand bzw. die Montagezeit sowie letztlich die Montagekosten gegenüber bekannten Lösungen erheblich minimiert werden können.

1: Aufnahmeeinheit
2: Aufnahmestruktur
3: Grundsubstrat
4: Nutförmige Ausnehmungen
5: Anschlagelement
6: Elektrischer Leiter
6': Abisolierter Endbereich
7: Leiterplatine
8: Kontaktfläche
9: Gegenanschlag
11,12: Begrenzungseinheit
11': Federelement

Claims

Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters in Form eines Einzelkabels oder eines folienisolierten Leiters mit einer Leiterplatine an einem die Leiterplatine begrenzenden Randbereich, mit einer Aufnahmeeinheit, die eine in Art eines Einsteckschlitzes ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Randbereich der Leiterplatine einführbar und ausschließlich mittels Klemmkraft selbstarretierend fixierbar ist, wobei wenigstens zwei Begrenzungseinheiten die Aufnahmestruktur begrenzen und einen gegenseitigen Abstand zueinander derart aufweisen, dass zwischen den Begrenzungseinheiten der Randbereich der Leiterplatine sowie unmittelbar zwischen wenigstens einer Begrenzungseinheit und der Leiterplatine der wenigstens eine elektrische Leiter zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Leiterplatine unter Ausbildung der selbstarretierenden Klemmkraft einfügbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmestruktur einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer längeren und einer kürzeren Seitenkante aufweist, und dass die Begrenzungseinheiten jeweils längs der längeren Seitenkanten angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Begrenzungseinheit wenigstens eine starr ausgebildete, die Aufnahmestruktur einseitig begrenzende Seitenflanke aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungseinheit wenigstens eine starr ausgebildete, die Aufnahmestruktur einseitig begrenzende Seitenflanke aufweist, und dass die andere Begrenzungseinheit wenigstens eine die Aufnahmestruktur einseitig begrenzende Seitenflanke aufweist, die in Bezug zur gegenüberliegenden starren Seitenflanke flexibel ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flexibel ausgebildete Seitenflanke bei räumlicher Auslenkung eine der Auslenkung entgegenwirkende rückstellende Federkraft hervorruft.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flexible Seitenflanke aufweisende Begrenzungseinheit ein Befestigungs- und/oder Positionierungsmittel für den wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel als nutförmige Ausnehmung innerhalb der Begrenzungseinheit ausgebildet ist, in die ein abisoliertes Ende eines Einzelkabels einlegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungsmittel als ein mechanischer Anschlag, gegen den ein folienisolierter Leiter anlegbar ist, oder als Zentrierungselement ausgebildet ist, über das eine entsprechend innerhalb des folienisolierten Leiters vorgesehene Ausnehmung legbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass längs der kürzeren Seitenkanten jeweils eine Anschlagfläche vorgesehen ist, und dass der gegenseitige Abstand beider Anschlagflächen der Länge des zu kontaktierenden Randbereiches der Leiterplatine entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen jeweils Teil eines Führungselementes sind, das einstückig mit der Begrenzungseinheit, die über die starre Seitenflanke verfügt, verbunden ist oder das in Art eines U-Profils ausgebildet ist und den Randbereich der Leiterplatine seitlich teilweise umschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinheiten stegartig ausgebildet und Teil eines Gehäuses derart sind, dass das Gehäuse eine Gehäuseinnenwandfläche aufweist und die Begrenzungseinheiten mit der Gehäuseinnenwandfläche verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente stegartig ausgebildet sind und gleichsam den Begrenzungseinheiten Teil des Gehäuses sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinheiten, die Führungselemente und/oder das Gehäuse aus Kunststoff bestehen.
Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elektrischen Leiters in Form eines Einzelkabels oder eines folienisolierten Leiters mit einer Leiterplatine an einem die Leiterplatine begrenzenden Randbereich, unter Verwendung einer Aufnahmeeinheit, die eine in Art eines Einsteckschlitzes ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Randbereich der Leiterplatine eingeführt und ausschließlich mittels Klemmkraft selbstarretierend fixiert wird, wobei der wenigstens eine elektrische Leiter einen abisolierten Endbereich aufweist, der in die Aufnahmestruktur hineinragend positioniert wird, und dass der Randbereich der Leiterplatine unter Verformung des in die Aufnahmestruktur hineinragenden abisolierten Endbereiches des elektrischen Leiters in die Aufnahmestruktur derart eingeführt wird, dass der verformte Endbereich des elektrischen Leiters wenigstens abschnittsweise parallel zur Oberfläche der Leiterplatine umgebogen wird und mit dieser unmittelbar einen elektrischen Kontakt unter Ausbildung der selbstarretierenden Klemmkraft eingeht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung durch einmaliges und ausschließliches kraftbeaufschlagtes Einfügen des Randbereiches der Leiterplatine in die Aufnahmestruktur durch gleichzeitiges Umformen des abisolierten Endbereichs wenigstens eines elektrischen Leiters hergestellt wird.