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Die
Erfindung bezieht sich auf Steckverbinderbaugruppen für eine elektrische
Verbindung.
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Elektrische
Steckverbinder und Anschlüsse sind
bekannt und finden in verschiedenen Industriezweigen aus unterschiedlichen
Gründen
eine breite Anwendung. Zum Beispiel können in der Fahrzeugindustrie
elektrische Steckverbinder in Instrumententafeln einer Fahrzeuginnenverkleidung
verwendet werden. Elektrische Steckverbinder und Anschlüsse ermöglichen
das elektrische Zusammenwirken von Systemen, wie z. B. einer Spannungsquelle
und einer Zeitanzeige. Obwohl die gegenwärtig verwendeten elektrischen
Steckverbinder und Anschlüsse
funktionieren, können
diese Steckverbinder und Baugruppen auf verschiedene Weise verbessert
werden.
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Beispielsweise
werden von den Steckverbinderherstellern elektrische Steckverbinder
und Anschlüsse
gefordert, die einen geringeren elektrischen Widerstand und eine
höhere
Rückhaltekraft
aufweisen. Einige elektrische Steckverbinder besitzen einen wesentlich
höheren
Durchgangswiderstand, der zur elektrischen Entkupplung führt. In
einigen Situationen kann das elektrische Entkuppeln verbindender Teile
eine Folge zu hoher Belastung oder zu hoher auf den Steckverbinder
wirkender Druckkräfte
sein. Außerdem
werden von den Herstellern elektrische Steckverbinder gefordert,
die in der Lage sind, Druckkräfte
aufzunehmen oder Kräfte
zu verteilen, die auf sie einwirken.
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Aus
der
US 5,299,939 A ist
eine Steckverbinderbaugruppe für
eine elektrische Verbindung zwischen zwei Leiterplatten bekannt,
wobei beide Teile der Steckverbinderbaugruppe aus einer Vielzahl
von einander isolierten, bogenförmigen
Federn besteht, die beim Ineinanderstecken der beiden Teile der Steckverbinderbaugruppe
gegenseitig federnd kontaktieren und gleichzeitig ein Abfedern der
auf die Leiterplatten wirkenden Steckkräfte ermöglichen.
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Die
US 6,390,828 B1 beschreibt
eine Steckverbindung zwischen zwei Leiterplatten, bei der ein Steckteil
auf der einen Leiterplatte vorgesehen ist, das mit einem Buchsenteil
auf der anderen Leiterplatte verbunden wird. Dazu weist das eine
Steckteil eine Feder auf, die auf der Leiterplatte befestigt ist
und an deren Anschluss ein bogenförmiges Teilstück vorgesehen
ist, das durch seine federnden Eigenschaften einen Bewegungsausgleich
zwischen den Leiterplatten beim Zusammenstecken des Steckers mit
der ein starres, u-förmiges
Kontaktteil aufweisenden Buchse bewirkt.
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Aus
der
US 6,071,129 A ist
eine Lösung
bekannt, bei der auf eine Leiterplatte beziehungsweise Lötverbindungen
bei einem Steckvorgang durch Stecker ausgeübte mechanische Belastungen
durch in einer dem jeweiligen Stecker zugeordneten Buchse angeordnete,
s-förmige
Kontaktteile ausgeglichen werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbinderbaugruppe
für eine
elektrische Verbindung zu schaffen, bei der der elektrische Kontakt
und die Rückhaltekraft
verbessert werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem
Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Steckverbinderbaugruppe enthält
eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen
den verbindenden Teilen. Als Ergebnis wird die auf den verbindenden
Teilen und auf der Steckverbinderbaugruppe wirkende Belastung verringert,
da Kraft oder Widerstand auf eine proportional größere Fläche verteilt
wird. Die Steckverbinderbaugruppe der Erfindung enthält eine Leiterplatte,
an der ein Stecker angebracht ist. Der Stecker besitzt ein mit der
Leiterplatte verbundenes Anschlußstück und erstreckt sich bis zu
einem Kontaktkopf. Das Anschlußstück ist so
ausgelegt, dass es im Einsatz der Steckverbinderbaugruppe zusammengepresst
wird, so dass die auf den Stecker und damit auf die Steckverbinderbaugruppe
wirkende Spannung oder Beanspruchung verringert wird. Der Kontaktkopf
ist in einer der Ausgestaltungen zylindrisch geformt und stellt
für die
Kontaktkraft einen größeren Flächenanteil
bereit, so dass die Kontaktkraft gleichmäßiger verteilt wird.
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Die
Steckverbinderbaugruppe enthält
außerdem
eine Buchse, die vorspannende, in einem Abstand zueinander angeordnete
Aufnahmeteile zur Bildung einer Öffnung
besitzt, in die der Stecker gesteckt wird. Wenn der Stecker in den
Aufnahmeteilen steckt, befindet sich die Buchse im radialen Eingriff mit
dem Kontaktkopf des Steckers. Das ermöglicht die gleichmäßigere Verteilung
der Kontaktkraft über dem
Kontaktkopf und bewirkt eine verbesserte Rückhaltekraft, die die Wahrscheinlichkeit
eines Entkuppelns verringert. Die Steckverbinderbaugruppe enthält außerdem ein
Steckverbindergehäuse,
an das die Buchse montiert ist. Die Steckverbinderbaugruppe besitzt
weiter ein Verbindungsteil, das so konfiguriert ist, dass es zusammen
mit dem Steckverbindergehäuse
einen Verriegelungsmechanismus bildet, um den Stecker in der Buchse
festzuhalten. Dieser Verriegelungsmechanismus bewirkt zudem eine
erhöhte
Rückhaltekraft
zwischen dem Stecker und der Buchse.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die
Zeichnungen, die detaillierte Beschreibung und die beigefügten Patenansprüche verdeutlicht.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand
einer Zeichnung näher
erläutert.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer universellen
Steckverbinderbaugruppe außer
Eingriff;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steckers und einer erfindungsgemäßen Buchse,
die sich im Eingriff befinden;
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3 eine
weitere perspektivische Darstellung der universellen Steckverbinderbaugruppe
im Eingriff;
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4 eine
perspektivische Darstellung eines durch die universelle Steckverbinderbaugruppe implementierten
Verriegelungsmechanismus;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Verbindungsteils des Verriegelungsmechanismus
für eine
zusätzliche
Rückhaltekraft
entsprechend der Erfindung und
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6 eine
perspektivische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
eines Steckers und einer Buchse der universellen Steckverbinderbaugruppe.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung einer universellen
Steckverbinderbaugruppe 10 für eine elektronische Verbindung
außer
Eingriff. Eine elektronische Verbindung kann in verschiedenen einschlägigen Industriezweigen,
speziell in der Fahrzeugindustrie, verwendet werden. Die universelle
Steckverbinderbaugruppe 10 kann beispielsweise für die elektrische
Kommunikation zwischen elektronischen Systemen in einer Instrumententafel
eines Fahrzeugs verwendet werden. Sie können für die Beleuchtung, eine Zeitanzeige,
den Fahrtrichtungsanzeiger o. Ä.
eingesetzt werden.
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Die
universelle Steckverbinderbaugruppe 10 enthält eine
Leiterplatte 12 und ein mit einem Verbindungsteil 14 kooperierendes
Steckverbindergehäuse 15.
Die Leiterplatte 12 kann jede geeignete Leiterplatte sein,
die in der Elektronikindustrie verwendet wird. In dieser Ausgestaltung
besitzt das Verbindungsteil 14 eine Vielzahl aus ihm herausragender Finger 17,
um zu sammen mit dem Steckverbindergehäuse 15 die elektrischen
Kontakte der Steckverbinderbaugruppe 10 festzuhalten, wie
nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
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Wie
in 2 gezeigt, enthält die Steckverbinderbaugruppe 10 außerdem einen
Stecker 16 mit einem Kontaktkopf 18 und ein aus
dem Kontaktkopf herausragendes Anschlußstück 20. Der Kontaktkopf 18 enthält eine
Außenwand 22 und
eine Innenwand 24. In dieser Ausgestaltung ist der Kontaktkopf 18 zylinderförmig. Wie
dargestellt, ist das Anschlußstück 20 auf
der Leiterplatte 12 befestigt und steht mit ihr in elektrischer
Verbindung. Das Anschlußstück 20 ragt aus
dem Kontaktkopf 18 zur Befestigung an der Leiterplatte 12 hervor.
Im Einsatz erstreckt sich das Anschlußstück 20 S-förmig zum
Kontaktkopf 18, um die auf den Stecker 16 wirkende
Belastung zu verringern, und kann als Feder zur Aufnahme einer auf dem
Stecker 16 wirkenden Beanspruchung dienen. Wie gezeigt,
ist das Anschlußstück 20 so
ausgelegt, dass es zwecks Verringerung einer auf den Stecker 16 wirkenden
Belastung zusammengedrückt
wird, wenn eine Druckkraft auf ihn einwirkt.
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In
dieser Ausgestaltung erstreckt sich das Anschlußstück 20 S-förmig von
der Leiterplatte 12 zum Kontaktkopf 18. Das Anschlußstück 20 kann
jedoch beliebig geformt oder konfiguriert sein, solange es so ausgelegt
ist, dass es im Einsatz der Steckverbinderbaugruppe 10 zwecks
Verringerung einer auf den Stecker 16 wirkenden Belastung
zusammengedrückt
wird.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, enthält die universelle
Steckverbinderbaugruppe 10 außerdem eine Buchse 30 zum
Aufnehmen des Steckers 16. In dieser Ausgestaltung enthält die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 eine
Vielzahl Buchsen 30. Jede der Buchsen 30 enthält ein Paar
Aufnahmeteile 32. Jedes Paar Aufnahmeteile 32 enthält ein erstes
Bogenteil 34 und ein zweites Bogenteil 36, die beide
durch ein Basisteil 33 miteinander verbunden sind. Jedes
der Bogenteile 34, 36 besitzt Enden 35 bzw. 37.
Wie in 3 gezeigt, sind die Bogenteile 34, 36 vorspannend
im Abstand zueinander angeordnet, um eine Öffnung 38 zu bilden,
in die der Stecker 16 zwecks Herstellung eines elektrischen
Kontakts in einer Eingriffsstellung mit der Buchse 30 gesteckt
wird.
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Wie
gezeigt, haben die ersten und zweiten Bogenteile 34, 36 eine
innere Kontaktfläche 42 und eine
Außenfläche 44.
Die innere Kontaktfläche 42 ist zum
Zusammenpassen und Kooperieren mit der Außenwand 22 des Steckers 16 zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung ausgelegt, wenn der Stecker 16 in
die Öffnung 38 gesteckt
wird. Weil das erste und das zwei te Bogenteil 34, 36 in
einer vorgespannten Beziehung zueinander stehen, bildet ein dazwischen
befindlicher Raum den Innenraum 40, in dem der Kontaktkopf 18 in
Eingriffsstellung steckt.
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In
dieser Ausgestaltung sind die ersten und zweiten Bogenteile 34, 36 auf
die zylindrische Form des Kontaktkopfs 18 abgestimmt, um
den Stecker 16 für
einen Eingriff aufzunehmen. Wenn sich die Form des Kontaktkopfs 18 ändert, kann
die Konfiguration der inneren Kontaktfläche 42 natürlich zwecks
Abstimmung auf den Kontaktkopf 18 und zur Kooperation mit
diesem geändert
werden.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, befindet sich das
Aufnahmeteil 32 der Buchse 30 im radialen Eingriff
mit dem Kontaktkopf 18 des Steckers 16, wenn der
Kontaktkopf 18 im Raum 40 steckt. Das bewirkt
eine größere Rückhaltekraft
des Steckers 16 in der Buchse 30 und eine verbesserte
Verteilung des elektrischen Durchgangs zwischen dem Stecker 16 und
der Buchse 30, wenn sie zusammengesteckt sind. Die Verteilung
des elektrischen Durchgangs wird aufgrund der größeren Kontaktfläche, auf
die die Kontaktkraft wirkt, verbessert. Es ist gefunden worden,
dass die auf die Steckverbinderbaugruppe 10 wirkende Belastung
am elektrischen Anschluss desto geringer ist, je größer die
Kontaktfläche
ist, auf die die Kontaktkraft wirkt. Der radiale Eingriff zwischen Aufnahmeteil 32 und
Kontaktkopf 18 bewirkt einen verbesserten Flächenkontakt,
der zu einer Reduzierung der auf den Stecker 16 und die
Buchse 30 wirkenden Belastung und Beanspruchung führt.
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In
dieser Ausgestaltung ist die Rückhaltekraft
eine Kraft der Buchse 30 und des Verbindungsteils 14,
die den Stecker 16 in der Buchse 30 festhält. Die
Kontaktkraft ist eine Kraft an einer Kontaktstelle zwischen dem
Stecker 16 und der Buchse 30.
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Der
Stecker 16 wird durch die Öffnung 38 der Buchse 30 gesteckt.
Deshalb sind die Bogenteile 34, 36, obwohl sie
zur Bildung der Öffnung 38 gegeneinander
vorgespannt sind, flexibel ausgelegt, damit der Stecker 16 durch
die Öffnung 38 hindurch
gesteckt werden kann. Die Bogenteile 34, 36 befinden
sich vorspannend im Abstand zueinander, so dass die innere Kontaktfläche 42 der
Bogenteile 34, 36 die Außenwand 22 des Kontaktkopfs 18 mit
einer festgelegten, im Wesentlichen gleichmäßig auf den Kontaktkopf 18 verteilten
Rückhaltekraft
radial umschließt, wenn
der Stecker 16 zwischen die Bogenteile 34, 36 gesteckt
wird. Als Rückhaltekraft
kann jede Kraft festgelegt werden, die in der Lage ist, die Kontakte
im Eingriff zu hal ten, und die den Bogenteilen 34, 36 erlaubt,
sich zur Aufnahme des Steckers 16 auseinander zu biegen.
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In
einer anderen Ausgestaltung können
die Aufnahmeteile der Buchse 30 so ausgelegt sein, dass
sie so flexibel sind, dass der Stecker 16 mit einer Einsteckkraft
nahe Null in die Öffnung 38 eingesteckt
werden kann.
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Es
sollte klar sein, dass die erfindungsgemäße universelle Steckverbinderbaugruppe 10 je
nach Anwendungsfall einen einzigen Stecker 16 und eine einzige
Buchse 30 oder eine Vielzahl von Steckern 16 und
Buchsen 30 enthalten kann, ohne dass vom Geltungsbereich
oder Sinn der Erfindung abgewichen wird. In dieser Ausgestaltung
enthält
die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 eine Vielzahl
von Steckern 16 und Buchsen 30. Vorzugsweise,
aber nicht notwendigerweise, enthält die Vorzugsausgestaltung
dieselbe Anzahl Stecker 16 wie Buchsen 30. Zur
Vereinfachung wird hier jedoch nur ein Stecker 16 und eine
Buchse 30 beschrieben.
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Wie
erwähnt,
enthält
die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 ein Steckverbindergehäuse 15,
an das die Basisteil 33 der Buchse 30 montiert
ist. Das Steckverbindergehäuse 15 ist
so konfiguriert, dass es zusammen mit dem Verbindungsteil 14 den Stecker 16 in
der Buchse 30 festhält.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt, enthält das Steckverbindergehäuse 15 eine
Vielzahl Trennteile 52, wobei jedes Trennteil 52 zum
Abtrennen und Isolieren eines Paars angeschlossener Buchsen 30 der
Steckverbinderbaugruppe 10 konfiguriert ist. Das kann mit
einer Vielzahl Trennteile 52 erreicht werden, die sich
zwischen jeweils zwei Buchsen 30 zur Isolation der Buchsen 30 gegeneinander
erstrecken. Natürlich
weichen weitere Konfigurationen nicht vom Geltungsbereich und Sinn
der Erfindung ab.
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In
dieser Ausgestaltung ist das Verbindungsteil 14 so konfiguriert,
dass es zwischen jedes Paar der Vielzahl Buchsen 30 passt.
Das Verbindungsteil 14 besitzt Einrastteile 21,
mit denen das Verbindungsteil 14 im Steckverbindergehäuse 15 einrastet oder
gehalten wird. Die Finger 17 des Verbindungsteils 14 sind
zwischen allen Buchsen 30 angeordnet und nehmen eine Form
an, die mit den Außenflächen 44 der
Buchsen 30 übereinstimmen.
Im Einsatz halten sie den Stecker 16 in der jeweiligen
Buchse 30 fest und ermöglichen
infolgedessen außerdem
das Festhalten der Kontakte. Das Verbindungsteil 14 und das
Gehäuseteil
bilden einen Verriegelungsmechanismus der universellen Steckverbinderbaugruppe 10,
der eine zusätzliche
Rückhaltekraft
zwischen dem Stecker 16 und der Buchse 30 bewirkt.
Der Verriegelungsmechanismus verringert die Wahrscheinlichkeit der
Entkupplung zwischen Stecker 16 und Buchse 30 durch
das Klemmen der Bogenteile 34, 36 und das Festhalten
des sich dazwischen befindenden Steckers 16.
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Der
Stecker 16 und die Buchse 30 können aus jedem geeigneten Material,
wie z. B. Kupfer, Bronze oder Messing, bestehen. Außerdem können der
Stecker 16 oder die Buchse 30 mit einer Aluminiumlegierung,
Zinn, Nickel, Silber oder einer Zinklegierung oder einer anderen
geeigneten elektrisch leitenden, im Fachgebiet bekannten Beschichtung überzogen
sein.
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Die
Erfindung kann bei zahlreichen elektrischen oder mechanischen Verbindungen
verwendet werden. Solche Verbindungen können eine Überlappungsverbindung, eine
Stoßverbindung,
eine Busverbindung mit großer
Toleranz, eine Steckmodulanordnung oder eine flächenmontierte Modulanordnung
umfassen. Beim Einsatz können
die implementierten elektrischen Verbindungen Leiterplatte-Leiterplatte,
Leiterplatte-Draht, Servicemontage oder andere geeignete Verbindungen
umfassen. Außerdem sollte
klar sein, dass das Steckverbindergehäuse aus einem isolierenden
Material, wie z. B. Plastwerkstoff oder Plastwerkstoff mit eingebetteten
Glasfasern, bestehen sollte.
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Im
Einsatz wird, wenn der Stecker 16 in die Buchse 30 gesteckt
wird, die Rückhaltekraft
oder die Kraft, die zum Festhalten des Steckers 16 in der Buchse 30 aufgebracht
wird, über
ein Kontaktflächengebiet
des Kontaktkopfs 18 verteilt. Die Erfindung verringert
die auf eine elektrische Verbindung zwischen dem Stecker 16 und
der Buchse 30 einwirkende Belastung oder Beanspruchung.
Infolgedessen wird die auf die Baugruppe wirkende Belastung verringert,
was die Wahrscheinlichkeit des Auftretens elektrischer Verbindungsprobleme
reduziert.
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Wie
zu erkennen, ist das Anschlußstück 20 S-förmig oder
bogenförmig
ausgelegt. Im Einsatz kann dadurch die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 zusammengedrückt werden
und die auf sie einwirkende Belastung ohne elektrischen Ausfall aufnehmen.
Wie gezeigt, ermöglicht
die S-Form des Anschlußstücks 20 das
Biegen oder Dehnen des Endstücks,
um externe Kräfte
und Beanspruchungen aufzunehmen. Das Anschlußstück 20 dient als Feder oder
Absorber zum Aufnehmen und Absorbieren von auf die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 wir kenden
externen Kräften.
Es ist festgestellt worden, dass durch diese Funktion des Anschlußstücks 20 die
universelle Steckverbinderbaugruppe 10 seltener elektrisch
ausfällt
und das Auftreten der Entkupplung des Steckers 16 und der
Buchse 30 reduziert wird.
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In
dieser Ausgestaltung wird die universelle Steckverbinderbaugruppe 10 in
einer bestimmten Form und Struktur gezeigt. Es können jedoch andere Formen und
Strukturen zur Bildung einer universellen Steckverbinderbaugruppe 10 verwendet
werden, ohne dass vom Geltungsbereich und Sinn der Erfindung abgewichen
wird.
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6 stellt
eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Steckers 116 und
einer erfindungsgemäßen Buchse 130 dar.
In dieser Ausgestaltung besitzt der Stecker 116 einen Kontaktkopf 118, der
zum Aufnehmen durch die Buchse 130, wie nachfolgend beschrieben
wird, konfiguriert ist. Der Stecker 116 und die Buchse 130 dieser
Ausgestaltung sind so ausgelegt, dass sie auf der Leiterplatte 12 bzw.
der Gehäusebaugruppe
befestigt werden können,
wie in der voranstehenden Ausgestaltung beschrieben.
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Wie
gezeigt, enthält
der Kontaktkopf 118 eine zylindrische Außenwand 122,
die aus einem am Scheitelpunkt des Kontaktkopfs 118 herausragenden Paar
integrierter Teile gebildet wird, die sich vorspannend im Abstand
zueinander befinden. Der Kontaktkopf 118 hat außerdem zwei
Enden 135, 137. An jedem Ende 135, 137 ragt
S-förmig
ein Anschlußstück 120 aus
dem Scheitelpunkt des Kontaktkopfs 118 heraus. Das Anschlußstück 120 ist
für die
Befestigung an der Leiterplatte 12 konfiguriert und steht
in elektrischer Verbindung mit ihr, wie zuvor beschrieben wurde.
Im Einsatz erstreckt sich das Anschlußstück 120 S-förmig zum
Kontaktkopf 118 zwecks Verringerung der Beanspruchung vom
Stecker 116 und kann als Feder zur Aufnahme der auf den
Stecker 116 wirkenden Belastung dienen. Das Anschlußstück 120 ist
zwecks Verringerung der auf dem Stecker 116 wirkenden Belastung
für ein
Zusammendrücken
ausgelegt, wenn Druckkräfte
auf ihn einwirken.
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Wie
gezeigt, nimmt die Buchse 130 den Stecker 116 auf.
In dieser Ausgestaltung enthält
die Buchse 130 ein Paar Aufnahmeteile 132. Die
Aufnahmeteile 132 enthalten ein erstes Bogenteil 134 und ein
zweites Bogenteil 136, die miteinander verbunden sind.
Die Bogenteile 134, 136 haben Enden 135 bzw. 137.
Wie gezeigt, sind die Bogenteile 134, 136 an den
Enden 135, 137 vorspannend im Abstand zueinander
angeordnet, um eine Öffnung 38 zu
bilden, in die der Stecker 116 zwecks Herstellung eines
elektrischen Kontakts in einer Eingriffsstellung mit der Buchse 130 gesteckt
wird. Beim Einstecken des Steckers 116 in die Buchse 130 kann
das Paar integrierter Teile zusammengebogen werden, um von der Buchse 130 aufgenommen
zu werden.
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Wie
die voranstehende Ausgestaltung enthält diese Ausgestaltung erste
und zweite Bogenteile 134, 136 mit einer inneren
Kontaktfläche 142 und
einer Außenfläche 144.
Die innere Kontaktfläche 142 ist
zum Zusammenpassen und Kooperieren mit der Außenwand 122 des Steckers 116 zur
Herstellung einer elektrischen Verbindung ausgelegt, wenn der Stecker 116 in
die Öffnung 138 gesteckt
wird.