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Die
Erfindung betrifft einen Steckverbinder, beispielsweise eine Buchsen-
oder Steckerleiste, zur elektrischen Verbindung elektronischer Komponenten.
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Komplexe
elektronische Schaltungen bestehen im Allgemeinen aus mehreren Baugruppen,
wie Einsteckkarten oder Zusatzgeräte, beispielsweise Laufwerke
für Massenspeicher,
welche jeweils Leiterplatten enthalten und die zur Herstellung der
Funktion der Schaltung üblicherweise
elektrisch miteinander verbunden sind. Zur Herstellung dieser elektrischen
Verbindung kommen Kabel zum Einsatz, die an ihren Enden genormte
Steckverbinder, nämlich ein-
oder mehrpolige Buchsen oder Stecker, aufweisen. An den zu verbindenden
Baugruppen sind entsprechend korrespondierende Gegenstücke vorgesehen,
so dass die Steckverbinder der Kabel mit den Steckverbindern der
Baugruppen verbindbar sind. Die Steckverbinder der Baugruppen, beispielsweise Buchsen-
oder Steckerleisten, sind im Allgemeinen mit einer zu der jeweiligen
Baugruppe gehörigen
Leiterplatte mechanisch und elektrisch verbunden.
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Die
mechanische Verbindung zwischen Steckverbinder und Leiterplatte
ist insbesondere bei schwingungsbelasteten Schaltungen, wie, sie
beispielsweise im Automotive-Bereich anzutreffen sind, notwendig,
um die Zuverlässigkeit
der Verbindung sicherzustellen.
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Die
elektrische Verbindung der Steckverbinder mit der jeweiligen Leiterplatte
erfolgt durch Löten, während die
mechani sche Verbindung durch Schrauben, Nieten oder vergleichbare
Fügetechnologien
erfolgt. Diese doppelte Verbindung der Steckverbinder mit der Leiterplatte
führt zu
einer Überbestimmung der
Lagerung, die – insbesondere
aufgrund der durch das Löten
bedingten Wärmedehnungen
der Lötpartner – zu Verspannungen
führen
kann, die die Funktion der elektronischen Schaltung beeinträchtigen können.
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Daher
wird in der Serienproduktion elektronischer Schaltungen zunächst der
SMD-Prozeß (SMD =
surface mounted device, Bestücken
der Leiterplatte mit Bauelementen und Verlöten derselben) durchgeführt.
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Erst
im Anschluss daran wird der bzw. werden die Steckverbinder zunächst mechanisch
mittels Schrauben oder Nieten mit der Leiterplatte verbunden. Anschließend wird
der Steckverbinder durch Löten
elektrisch mit der Leiterplatte und diese mit dem Gehäuse verbunden.
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Würde die
mechanische Befestigung des oder der Steckverbinder nach der elektrischen
Verbindung durchgeführt
werden, so würden
auf die bereits fest mit der Leiterplatte verbundenen Kontaktelemente
des oder der Steckverbinder Kräfte
wirken, die Spannungen im Material hervorrufen und dadurch die Funktion
der Schaltung beeinträchtigen oder
verhindern könnten.
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In
der Serienproduktion elektronischer Schaltungen müssen demnach
zur Herstellung einer Leiterplatte, die neben sonstigen elektronischen
Bauelementen auch einen oder mehrere Steckverbinder enthalten sollen,
dem SMD-Prozeß zur
Anbringung der sonstigen Bauelemente mehrere Arbeitsschritte zur
Anbringung des oder der Steckverbinder, nämlich Handbestüc??ken,
Befestigen und Löten,
nachgeschaltet werden.
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Hierbei
werden zusätzliche
Befestigungselemente, wie Schrauben, Niete o. ä. benötigt. Zum Befestigen der Leiterplatte
am Gehäuse
werden zusätzliche
Anschraubpunkte benötigt,
was mit einem erhöhten
Platzbedarf einhergeht.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung
die Aufgabe, einen Steckverbinder vorzuschlagen, der nach dem Löten an der
Leiterplatte befestigt werden kann, ohne dass die Kontaktelemente
verspannt werden und deren Befestigungspunkte gleichzeitig zur Verbindung der
Leiterplatte mit dem Gehäuse
nutzbar sind.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
einen Steckverbinder mit den Merkmalen des Anspruchs 1; vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
Steckverbinder zur elektrischen Verbindung von elektronischen Komponenten
umfasst dabei einen oder mehrere Kontaktelemente sowie ein aus einem
Unterteil und einem mit dem Unterteil verbindbaren Oberteil bestehendes
Gehäuse.
Das Ober- und das
Unterteil schließen
zum Schutz vor Verschmutzungen und mechanischen Belastungen die Kontaktelemente
im gefügten
Zustand zwischen sich ein, wobei die unteren Enden der Kontaktelemente durch
im Gehäuse
befindliche Öffnungen
ragen und die oberen Enden der Kontaktelemente durch im Oberteil
des Gehäuses
befindliche Öffnungen
kontaktierbar sind. Erfindungsgemäß ist das jeweilige Kontaktelement
des Steckverbinders aus mindestens drei Schenkeln gebildet, welche
stufenförmig verlaufend
im Gehäuse
angeordnet sind, wobei einer der Schenkel in einem zwischen Oberteil
und Unterteil gebildeten Hohlraum biegsam angeordnet ist. D.h. durch
den im Hohlraum angeordneten Schenkel ist eine Biegeverformung des
jeweiligen Kontaktelements ermöglicht.
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Mit
anderen Worten: Der Steckverbinder umfasst beispielsweise einen
oder mehrere dreischenklige Kontaktelemente (auch Kontaktpins oder
kurz Pins genannt), wobei das jeweilige Kontaktelement im Bereich
eines ersten und zweiten Schenkels, die in bekannter Weise jeweils
ein Ende des Kontaktelements bilden, als schmaler Blechstreifen
oder Drahtstift zur Kontaktierung ausgebildet ist und im Bereich zwischen
dem ersten und dem zweiten Schenkel ein dritter Schenkel zur Verbindung
der beiden äußeren Schenkel
und zur Positionierung des Kontaktelements im Gehäuse als
Blechstreifen ausgeführt
ist.
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Das
jeweilige Kontaktelement ist in bekannter Weise bei einer Buchsenleiste
als Klaue, beispielsweise aus mehreren federnden Blechstreifen, und
bei einer Steckerleiste als schmaler Blechstreifen oder Drahtstift
ausgeführt.
Einer der äußeren Schenkel
ist dabei als ein sogenannter männlicher Kontakt,
d.h. eine Kontaktierung erfolgt über
die Außenfläche des
Schenkel, wohingegen der andere äußere Schenkel
als ein sogenannter weiblicher Kontakt zur Kontaktierung an der
Innenfläche
des Schenkel ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Einer der äußeren Schenkel
ist beispielsweise als Stift zur Außenkontaktierung (= männlicher
Kontakt) und der andere äußere Schenkel
als ein Hohlkörper
zur Innenkontaktierung (= weiblicher Kontakt) ausgebildet. Bei einer
möglichen
Ausführungsform
dienen dabei die jeweiligen Kontaktelemente zur Kontaktierung oder zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung des Steckverbinders mit
einer Leiterplatte und einen an diese anzuschließenden Stecker oder ein anzuschließendes Kabel.
Dabei ist einer der äußeren Schenkel
des jeweiligen Kontaktelements zur Herstellung einer elektrischen
Kontaktierung zwischen dem Steckverbinder und einem korrespondierenden Steckverbinder
eines Verbindungskabels o. ä.
und der andere äu ßere Schenkel
zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen dem Steckverbinder
und Leitern oder einem korrespondierenden Steckverbinder der Leiterplatte
ausgebildet. Die beiden äußeren, die
Enden des jeweiligen Kontaktelements bildenden Schenkel verlaufen
um einen Abstand voneinander versetzt und parallel zueinander und
schließen
dazwischen den mittleren Schenkel ein, so dass diese gemeinsam einen
stufenförmigen Verlauf
im Gehäuse
aufweisen oder weitestgehend z-förmig verlaufen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Steckverbinders schließt
dabei der mittlere Schenkel mit den beiden äußeren Schenkeln jeweils einen etwa
gleich großen
Winkel ein. Bevorzugt schließen die
Schenkel jeweils einen Winkel von 90° bis 135° ein. Hierdurch ist der mittlere
Schenkel in Art einer Biegefeder biegsam im Hohlraum zwischen dem
Ober- und Unterteil des Gehäuses
angeordnet. Hierdurch ist sichergestellt, dass beim Befestigen des Steckverbinders
auftretende mechanische Belastungen einfach und sicher von dem als
Biegefeder ausgebildeten mittleren Schenkel aufgenommen werden,
so dass die die Kontaktierung bewirkenden äußeren Schenkel nicht beschädigt werden.
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Für eine besonders
kostengünstige
und einfache Herstellung des Steckverbinders ist das jeweilige Kontaktelement
vorzugsweise einstückig
ausgebildet. In einer besonders einfachen und kostengünstigen
Ausführungsform
sind mehrere Kontaktelemente gleichförmig ausgebildet und mit einem
gleichmäßigen Abstand
voneinander, insbesondere eine Kontaktreihe bildend im Gehäuse angeordnet.
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Zur
mechanischen Befestigung des Steckverbinders auf der Leiterplatte
können übliche Befestigungsmittel,
wie Schrauben, Nieten o. ä.
verwendet werden. Vorteilhaft weist hierzu das Unterteil des Gehäuses in
bekannter Weise mindestens zwei Bohrungen auf, die zur Verbindung
des Gehäuses
mit der Leiterplatte mittels Schrauben, Nieten o. ä. Befestigungsmitteln
genutzt werden können.
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Zur
vorläufigen
Fixierung des Steckverbinders auf der Leiterplatte zwischen den
Arbeitsgängen Bestücken und
Löten weist
das Unterteil des Gehäuses
des Steckverbinders in einer vorteilhaften Ausgestaltung mindestens
zwei Fixierungselemente auf. Solche Fixierungselemente können beispielsweise mit
dem Unterteil des Gehäuses
einstückig
ausgeführte,
in gleicher Richtung wie die äußeren Schenkel der
Kontaktelemente verlaufende, zum freien Ende hin sich verjüngende Kunststoffzungen
mit einem seitlichen Absatz sein. Dabei können die Kunststoffzungen in
zu diesem Zwecke an der Leiterplatte vorgesehene Bohrungen unter Überwindung
eines von den Kunststoffzungen aufgrund eines Übermaßes der Absätze gegenüber dem Bohrungsabstand ausgehenden
federnden Widerstandes eingeführt
werden.
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Der
Abstand der Bohrungen ist dabei so gewählt, dass die Kunststoffzungen
möglichst
kraftfrei in die Löcher
eingeführt
werden, wobei die Absätze der
Kunststoffzungen jedoch eine weitgehend geringe Fügekraft
erfordern. D.h. Zum Einführen
der Kunststoffzungen ist demnach eine, wenn auch geringe Fügekraft
erforderlich. Nachdem die Kunststoffzungen die Materialdicke der
Leiterplatte passiert haben, federn die Kunststoffzungen in ihre
entspannte Lage zurück,
wobei durch die Absätze
der Kunststoffzungen ein Herausfallen des Steckverbinders verhindert
wird, solange sie nicht durch eine äußere Kraft in gleicher Weise
wie beim Einstecken der Kunststoffzungen in die Bohrungen verformt
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 einen Steckverbinder in
perspektivischer Ansicht,
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2 einen Steckverbinder im
Längsschnitt,
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3 einen Steckverbinder im
Längsschnitt,
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4 ein Kontaktelement im
Längsschnitt, und
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5 einen Schnitt V-V durch
den Steckverbinder gemäß 3.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die im Folgenden verwendeten Begriffe „oben" und „unten" beziehen sich auf einen erfindungsgemäßen Steckverbinder,
der aus Sicht des Betrachters auf der Oberseite einer waagerechten
Leiterplatte stehend oder liegend angebracht ist. Alternativ kann
der Steckverbinder in nicht näher
dargestellter Art und Weise auch auf der Unterseite der Leiterplatte
angebracht sein.
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In 1 ist ein Steckverbinder 1 in
perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Steckverbinder 1 umfasst
ein Gehäuse 2,
welches ein Unterteil 3 und ein Oberteil 4 aufweist.
Konkret handelt es sich bei dem dargestellten Steckverbinder 1 um
eine zur Befestigung auf eine Leiterplatte vorgesehene Buchsenleiste,
bei der jeweils mehrere Kontaktelemente 6 (auch Kontaktpins
oder kurz Pins genannt) beispielsweise in zwei parallelen Reihen
versetzt zueinander so angeordnet sind, dass das von einem Kontaktelement 6 einer
Reihe auf eine benachbarte Reihe gefällte Lot zwischen zwei Kontaktelemente 6 der
benachbarten Reihe hindurch verläuft.
Je nach Art und Funktion des Steckverbinders 1 kann dieser
auch nur eine Reihe von Kontaktelementen 6 aufweisen.
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Die
Kontaktelemente 6 sind im geschlossenen Zustand des Steckverbinders 1 in
das Gehäuse 2 eingebettet.
Das Gehäuse 2,
insbesondere das Oberteil 4 weist Öffnungen O mit Fügehilfen
H auf, die an der Oberseite des Gehäuses 2 angeordnet sind.
Dabei ist in der jeweiligen Öffnung
O jeweils ein Ende eines der Kontaktelemente 6 angeordnet. Durch
die Öffnungen
O sind nicht näher
dargestellte mit den Kontaktelementen 6 des Steckverbinders 1 korrespondierende
Kontaktelemente eines anderen Steckverbinders oder eines Verbindungskabels
einführbar,
so dass diese miteinander am Oberteil 4 elektrisch kontaktieren.
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Darüber hinaus
weist das Gehäuse 2 am
Unterteil 3 ebenfalls eine Öffnung O auf, durch welche das
Kontaktelement 6 mit dem gegenüberliegenden Ende aus der Unterseite
des Gehäuses 2 herausragen
und beispielsweise eine elektrische Verbindung mit einer Leiterplatte
oder einem anderen nicht näher dargestellten
Steckverbinder ermöglichen.
Je nach Art und Ausführung
des Steckverbinders 1 kann dieser je Kontaktelement 6 eine
separate Öffnung
O auf der Ober- und Unterseite des Gehäuses 2 oder eine große gemeinsame Öffnung O
für mehrere
Kontaktelemente 6 aufweisen.
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An
den Längsenden
des Gehäuses 2 befinden
sich mit dem Oberteil 4 des Gehäuses 2 einstückig ausgeführte Laschen 7 mit
Bohrungen 8 zur mechanischen Verbindung des Steckverbinders 1 mit der
Leiterplatte.
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Weiterhin
weist das Gehäuse 2 an
zwei diagonal gegenüberliegenden
Ecken des Gehäuses 2 und
mit dem Unterteil 3 einstüc??kig ausgeführte, in gleicher
Richtung wie die aus dem Unterteil 3 des Gehäuses 2 ragenden
Enden der Kontaktelemente 6 verlaufende Fixierungselemente 9 auf.
Die Fixierungselemente 9 sind Kunststoffzungen mit einem seitlichen
Absatz, die sich zum freien Ende hin verjüngen. Die Verjüngung ist
im Ausführungsbeispiel durch
eine teilkonische Fläche
in Art eines Kegelstumpfs K gebildet.
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In 2 und 3 ist der Steckverbinder 1 jeweils
im Längsschnitt
dargestellt. Die Kontaktelemente 6 sind zwischen Unterteil 3 und
Oberteil 4 des Gehäuses 2 eingeschlossen,
wobei der obere Teil jedes Kontaktelemente 6 in einer Kontakttasche 10 steckt,
die zur Oberseite des Oberteils 4 des Gehäuses 2 in
die Öffnungen
O des Oberteils 4 mit den Fügehilfen H mündet. Die 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
der 3 mit einem einzelnen
Kontaktelement 6 im Längsschnitt
und die 5 zeigt einen
vergrößerten Ausschnitt
der 3 mit einem Fixierungselement 9 im
Querschnitt.
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Die
zwischen Unterteil 3 und Oberteil 4 des Gehäuses 2 eingeschlossenen
Kontaktelemente 6 sind unterteilt in mehrere Schenkel 61, 62, 63,
welche gemeinsam das jeweilige Kontaktelement 6 bilden. Zur
Kontaktierung der Enden des jeweiligen Kontaktelements 6 sind
zwei äußere Schenkel 61 und 63 vorgesehen,
die in die Öffnung
im Oberteil 4 münden bzw.
aus der Öffnung
O des Unterteils 3 herausragen. Die beiden äußeren, die
Enden des jeweiligen Kontaktelements 6 bildenden Schenkel 61 und 63 verlaufen
parallel und um einen Abstand versetzt zueinander etwa in gleicher
Richtung, beispielsweise senkrecht. Ein zwischen den beiden äußeren Schenkel 61 und 63 eingeschlossener
oder angeordneter mittlerer Schenkel 62 schließt mit dem
jeweils angrenzenden äußeren Schenkel 61 und 63 jeweils
einen etwa gleich großen Öffnungswinkel α ein. Vorteilhaft
hat dieser Öffnungswinkel α eine Größe von 90° bis 135°, jedoch
sind auch andere Öffnungswinkel α möglich.
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Das
jeweilige Kontaktelement 6, insbesondere einer der äußeren Schenkel 63 und
der mittlere Schenkel 62 sind in bekannter Weise als schmale Blechstreifen
ausgeführt.
Dabei dient der äußere kontaktierende
Schenkel 63 als ein männlicher
Kontakt in Form eines Stifts oder Blechstreifens. Der andere äußere Schenkel 61 ist
beispielsweise als Klaue aus mehreren federnden Blechstreifen gebildet
und dient somit als weiblicher Kontakt. Das gesamte Kontaktelement 6 ist
bevorzugt einstückig
als Blechpressteil ausgeführt.
Die äußeren Schenkel 61 und 63 dienen
somit zur Herstellung der elektrischen Verbindung des Steckverbinders 1 zum
einen mit einer Leiterplatte, und zum anderen zur Herstellung des elektrischen
Kontakts mit einem korrespondierenden Steckverbinder eines Verbindungskabels
o. ä.,
wobei der mittlere Schenkel 62 zur Aufnahme von mechanischen
Belastungen als Biegefeder ausgebildet ist.
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Das
aus dem Unterteil 3 und dem mit diesem verbindbaren Oberteil 4 bestehende
Gehäuse 2 schließt wie in 3 gezeigt die Kontaktelemente 6 ein,
wobei sich zwischen Oberteil 4 und Unterteil 3 im Bereich
des mittleren Schenkels 62 des jeweiligen Kontaktelements 6 ein
Hohlraum 11 befindet, der eine Biegeverformung des mittleren
Schenkel 62 ermöglicht.
Bei herkömmlichen
Steckverbindern dieser Art, die zuerst mechanisch mit der Leiterplatte
verbunden werden, werden durch das Löten bzw. das anschließende Abkühlen im
Material Spannungen induziert, da die herkömmlichen, geraden Kontaktelemente
bei den durch die Einspannung zwischen Ober- und Unterteil bedingten,
starren Randbedingungen an der Ausdehnung gehindert sind.
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Im
Gegensatz dazu können
die aus der Wärmedehnung
der Kontaktelemente 6 resultierenden Materialspannungen
bei dem erfindungsgemäßen Steckverbinder 1 durch
die federnde Wirkung des mittleren Schenkels 62 des jeweiligen
Kontaktelements 6 so weit herabgesetzt werden, dass sie
sich nicht nachteilig auf die Funktion der elektronischen Schaltung
auswirken. Die starren Randbedingungen, die einen solchen Ausgleich
bei den herkömmlichen geraden
Kontaktelemente unmöglich
machen, werden bei dem erfindungsgemäßen Steckverbinder 1 durch
die Verformbarkeit des mittleren Schenkels 62 des jeweiligen
Kontaktelements 6 ausgeglichen.
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Die
jeweiligen Kontakttaschen 10 haben einen Durchmesser, der
die annähernd
spielfreie Aufnahme des äußeren Schenkel 61 des
zugehörigen Kontaktelements 6 ermöglicht.
Die Öffnung
O im Oberteil 4 des Gehäuses 2 hat
dabei einen kleineren Durchmesser als die Kontakttasche 10.
Dadurch findet der äußere Schenkel 61 an
dem die Öffnung
O des Oberteils 4 umschließenden Material nach oben eine
Abstützung.
Nach unten stützt
sich der äußere Schenkel 61 auf
einen mit dem Unterteil 3 einstückig ausgeführten Distanzhalter 12.
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- 1
- Steckverbinder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Unterteil
des Gehäuses
- 4
- Oberteil
des Gehäuses
- 6
- Kontaktelement,
umfassend einen
- 61
- äußeren Schenkel,
insbesondere ein Ende des Kontak
-
- telements
bildender Schenkel
- 62
- mittleren
Schenkel des Kontaktelements
- 63
- äußeren Schenkel,
insbesondere das andere Ende des
-
- Kontaktelements
bildender Schenkel
- 7
- Lasche
- 8
- Bohrung
- 9
- Fixierungselement
- 10
- Kontakttasche
- 11
- Hohlraum
- 12
- Distanzhalter
- A
- Absatz
- H
- Fügehilfe
- K
- teilkonische
Fläche
- O
- Öffnung im
Gehäuse,
insbesondere im Oberteil und Unter
-
- teil
- α
- Öffnungswinkel