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Die Erfindung betrifft ein elektrisches und mechanisches Verbindungselement zum übertragen von elektrischen Strömen und Signalen durch direktes einstecken in eine Bohrung mit leitender Innenfläche. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindungsanordnung des Verbindungselement und der Leiterplattenbohrung die als Back Drill ausgebildet ist. Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Verriegelung des Verbindungselements bereit, welches direkt in der Bohrung verriegelt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kontaktschutz, der zusätzlich eine Vorspannung des Verbindungselements bereitstellt.
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Bekannt sind Steckverbindungen, welche aus einem Steckerkontakt und einem Buchsenkontakt bestehen, die eine elektrische Verbindung zwischen zwei Komponenten herstellen. Die bekannteste Steckverbindung ist dabei ein Stecker der über eine elektrische Leitung an einem Gerät angeschlossen ist, welcher in eine herkömmliche Steckdose gesteckt wird. Eine solche Steckverbindung ist für eine große Anzahl von Steckzyklen ausgelegt und weißt immer einen Stecker und eine Steckdose auf.
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Weiter ist bekannt, dass im Bereich der Kraftfahrzeuge, Relais und Sicherungen über Steckkontakte zur elektrischen Verbindung auf einen Träger aufgesteckt werden, der Träger besitzt üblicherweise Buchsenkontakte die fest mit der Baugruppe über eine Löt- oder Einpressverbindung verbunden sind. Über eine solche Steckverbindung werden üblicherweise die Funktionen von Relais und Sicherungen der Baugruppe zu Verfügung gestellt.
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Auch ist es üblich bei elektrischen und elektronischen Baugruppen die Versorgungs- und Steuerleitungen über eine derartige Steckverbindung zu realisieren. Dabei wird immer Leiterplattenseitig ein Buchsenkontakt oder eine Steckdose benötigt, welche fest mit der Leiterplatte verbunden sind.
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EP 2 481 126 B1 offenbart ein Kontaktelement für eine direkte Kontaktierung in einer metallisierten Bohrung, bei welchem am freien Ende einen Bogenabschnitt als Verriegelungshaken ausgebildet ist. Um eine plastische Verformung zu vermeiden, muss die Kontaktspitze eine gewisse Länge aufweisen. Dadurch ist ein Überstand an der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte nicht zu vermeiden. Durch diesen Überstand ist es nicht möglich den rückseitigen Platz auf der Leiterplatte zu verwenden und birgt das Risiko einer nachträglichen Beschädigung der Kontaktzone.
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EP 2 353 208 B1 offenbart ebenso eine Kontaktzone, die an den freien Enden der beiden Schenkel zu einer Spitze zusammenläuft welches ein zentrieren in der Bohrung ermöglicht. Auch bei dieser Ausführung ist ein Überstand der Kontaktspitzen nicht zu vermeiden, da der Kontaktbereich in der durchkontaktierten Bohrung konvex ausgebildet ist und somit eine minimale Länge aufweisen muss.
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DE 10 2013 004 919 A1 offenbart ebenso ein Kontaktelement, zum Stecken in eine metallisierte Bohrung, wobei die steckseitigen Enden eine Gleitlagerfläche aufweisen die zu einer Kontaktspitze zusammenlaufen, welche beim ein und ausstecken in der Bohrung aneinander gleiten können. Demzufolge weist ein derartiges Kontaktelement einen maximalen Überstand auf der gegenüberliegenden Leiterplattenseite auf.
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Alle zuvor genannten Ausführungen liegt aber der Nachteil zugrunde, dass die Kontakte einen Überstand auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte aufweisen und eine Verwendung beziehungsweise Bestückung in diesem Bereich nicht möglich ist. Bei einer beidseitigen Bestückung der Leiterplatte kann es somit zu einer Kollision der überstehenden Kontaktspitzen mit einem auf der gegenüberliegenden Seite platzierten Bauteil kommen. Des Weiteren ist bei einer derartigen Ausführung der gesteckte Kontakt gegenüber mechanischen Einflüssen nicht geschützt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische und mechanische Verbindung eines elektrisch leitenden Trägers mit einem steckbaren und wieder lösbaren Verbindungselement zu erreichen sowie die Einsparung von Material durch reduzierten Bauraum auf dem elektrisch leitenden Träger.
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Die Aufgabe wird durch ein Verbindungselement zur elektrischen und mechanischen Anbindung an eine metallisierte Bohrung in einer Leiterplatte, wobei die Bohrung als Back Drill ausgebildet ist und die freien Enden des Verbindungselements eine Verriegelung aufweisen, durch einen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß fallen alle Kombinationen aus mindestens zwei aus den Ansprüchen, den Beschreibungen oder den in den Figuren beschriebenen Merkmalen in den Rahmen dieser Erfindung.
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Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird ein Verbindungselement zur elektrischen und mechanischen Anbindung, durch direktes Einstecken in eine Bohrung einer Leiterplatte, wobei die freien Enden in der Bohrung selbst verriegeln, beschrieben. Dabei ist die Bohrung der Leiterplatte als Back Drill ausgebildet. Back Drill ist eine definierte Tiefenbohrung, welche bei der Leiterplattenherstellung im Bohrprogramm 2 in die Leiterplatte eingebracht wird. Das Verbindungselement hat immer ein Basisteil, an welchem mindestens zwei Schenkel fest verbunden sind. Dabei sind alle Schenkel gegenüber dem Basisteil unabhängig voneinander elastisch verformbar. Ferner weisen alle Schenkel einen Übertragungsbereich auf, die beim Einstecken in die metallisierte Bohrung die Steckverbindung bereitstellen. Die freien Enden des jeweiligen Schenkels sind Kreisförmig ausgebildet und besitzen jeweils einen voneinander abgewendeten Wiederhaken, die in der Tiefenbohrung (Back Drill) verriegeln.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Verbindungselement ohne rückseitige Überstände vorgeschlagen welches direkt in der Bohrung verriegelt. Hierdurch ist eine plane Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungselements gewährleistet und dadurch eine Reduzierung der Leiterplattenfläche und somit Material möglich.
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Erfindungsgemäß kann der Verriegelungsbereich an den freien Enden der Schenkel so angepasst werden, dass über den Winkel der Wiederhaken die Haltekraft des Verbindungselementes einstellbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildungsform bilden zwei Schenkel ein Schenkelpaar, wobei beide Schenkel unabhängig voneinander elastisch verformbar sind und gemeinsam in eine metallisierte Bohrung gesteckt werden können, wobei durch das einstecken in die Bohrung eine elastische Verformung an den Schenkeln entsteht und durch die Rückstellkraft der Übertragungsbereich an die Innenfläche der metallisierten Bohrung gepresst wird.
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Erfindungsgemäß kann eine Vorspannung der beiden Schenkel durch einen Kontaktschutz hergestellt werden, somit können die Steckkräfte beim Einstecken in eine metallisierte Bohrung auf ein Minimum reduziert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 die Anordnung eines Verbindungselements 1 in ungesteckter und gesteckter Position mit der Leiterplatte 2, bei welcher die metallisierten Bohrungen 3 eine Tiefenfräsung 4 (Back Drill) auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen.
- 2 eine schematische Darstellung eines Verbindungselements mit seinem Basisteil und seinem Schenkelpaar.
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher zwei Schenkelpaare parallel zueinander ausgerichtet sind und an einem Basisteil fest verbunden sind. Das gegenüberliegende Ende des Basisteils ist als Crimp- Anschluss ausgebildet und ermöglicht dadurch den Anschluss eines elektrischen Leiters.
- 4 eine Darstellung verschiedener Verbindungselemente mit den jeweiligen Schenkelpaaren, dem gemeinsamen Basisteil sowie verschiedene Ausführungsformen für die Ausbildung am zweiten Ende des Basisteils.
- 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines Verbindungselements an seinem Platz im Kontaktschutz, welcher die Vorspannung des Verbindungselements bereitstellt.
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Gleiche oder ähnliche Elemente in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Anordnung eines Verbindungselements 1 im ungesteckten und gesteckten Zustand zum elektrischen Kontaktieren von Leiterplatten 2 durch direktes einstecken in eine metallisierte Bohrung 3. Das Verbindungselement 1 weist dabei drei Bereiche auf. Zum einen hat das Verbindungselement ein Basisteil 5 sowie ein Schenkelpaar 6 welche fest mit dem Basisteil 5 verbunden sind. Dabei weist jeder Schenkel 7 die gleiche, entgegengesetzte Geometrie auf. Dabei besitzt jeder Schenkel 7 einen Federbereich 8, einen Kontaktierungsbereich 9 und einen Verriegelungsbereich 10 am freien Ende des Schenkels. Dabei ist der Kontaktierungsbereich 9 konvex ausgebildet und kontaktiert beim einstecken des Verbindungselements 1 die Innenfläche der metallisierten Bohrung 3. Durch das einstecken des Verbindungselements 1 in die metallisierte Bohrung 3 entsteht eine elastische Verformung an den Schenkeln 7. Durch die Rückstellkraft FR der Schenkel 7 wird der Kontaktierungsbereich 9 an die Innenfläche der metallisierten Bohrung 3 gepresst und stellt damit eine elektrische Verbindung her. Der Verriegelungsbereich 10 am freien Ende der Schenkel 7 ist Rund ausgebildet und weist einen nach außen gerichteten Wiederhaken 11 auf. Dieser Wiederhaken11 verriegelt beim Stecken des Verbindungselements 1 in der Endposition. Als Gegenstück der Verriegelung dient die Tiefenbohrung 4 (Back Drill) mit der beim Bohren entstehenden Fase auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte. Die Haltekraft FH kann über den Winkel 13, Fase 12 zu Widerhaken 11 eingestellt werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Verbindungselements 1 mit seinem Basisteil 5 und die am Basisteil 5 fest verbundenen Schenkel 7.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, zum Anschließen eines elektrischen Leiters an eine Leiterplatte 1. Dabei besitzt das Verbindungselement 1 ein Basisteil 5 an welchem die Schenkel 7 fest verbunden sind und auf der gegenüberliegenden Seite einen fest verbundenen Verbindungsbereich 13 als Crimp- Anschluss ausgebildet. Der Verbindungsbereich 13 weist dabei zwei Bereiche auf, den Adern Crimp Bereich 14 für die elektrische Verbindung und den Isolierungs Crimp Bereich 15 des elektrischen Leiters. Durch eine Faltung des Blechteiles werden Zwei Schenkelpaare 6 parallel zu einander positioniert wobei zwischen den beiden Schenkelpaaren 6 ein Schenkelpaar- Abstand 16 besteht.
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4 zeigt verschiedene Ausführungsformen eines Verbindungselements 1 zum Anschluss verschiedener Komponenten an einem Verbindungsbereich 13. So besitzen alle Ausführungsformen ein Basisteil 5 an welchem ein Schenkelpaar 6 fest verbunden ist. Der gegenüberliegende Bereich des Basisteils 5 kann als Kontaktfeder ausgebildet werden zur Kontaktierung von Flachsteckmesser, als flexiblen Einpresspin zum Kontaktieren von Leiterplatten, als Crimpanschluss für elektrische Leiter, als massiven Einpresspin bzw. Lötpin zum Verbinden mit der Leiterplatte oder als Schenkelpaar 6 zum reversiblen Verbinden von Leiterplatten. Ebenso geeignet sind alternative Ausführungsformen wie Schneid-Klemm oder Schraubverbindungen.
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5 zeigt eine Anordnung eines Verbindungselements 1 in einem Isolierkörper 21, welcher in einem Kontaktschutz 22 positioniert ist, wobei der Kontaktschutz 22 eine Vorspannung Fv bereitstellt. Durch eine derart Vorspannung Fv wird die Steckkraft C beim Einstecken in die metallisierte Bohrung 3 enorm reduziert, da die Steckkraft Fv gerade im Bereich des Eindringen in die metallisierte Bohrung 3 am höchsten ist. Durch eine Reduzierung des Öffnungsmaßes 23 am Kontaktschutz 22 kann die Vorspannung Fv am Verbindungselement 1 eingestellt werden. Die Reduzierung dieses Öffnungsmaßes 23 kann durch eine konvexe Auswölbung 24 oder durch einen Reduzierung des Querschnitts der Öffnung im Kontaktschutz 22 ausgebildet sein. Beim Steckvorgang wird der Steckverbinder bestehend aus Verbindungselementen 1, Isolierkörper 21 und Kontaktschutz 22 auf der Leiterplatte 2 positioniert. Durch das einschieben des Isolierkörper 21 in den Kontaktschutz 22 werden die Verbindungselemente 1 in die metallisierte Bohrung 3 geschoben und stellen die elektrische Verbindung mit der Leiterplatte 2 her und verriegeln mit der Tiefenbohrung 4 (Back Drill). Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass bei einem ungesteckten Zustand eines solchen Steckverbinders keine Kontaktierungsbereiche 9 oder Verriegelungsbereiche 10 des Verbindungselements 1 frei liegen und bei der Handhabung oder Transport beschädigt werden können.
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6 zeigt eine Anordnung von zwei Steckverbindern, die gegenüberliegend in eine Leiterplatte 2 gesteckt sind. Dabei ist der erste Steckverbinder 25 auf der Leiterplatte Oberseite und der zweite Steckverbinder 26 auf der Unterseite der Leiterplatte 2 platziert. Da die Verbindungselemente 1 mit ihrem Verriegelungsbereich 10 in der Tiefenbohrung 4 (Back Drill) verriegeln, entsteht auf der jeweiligen gegenüberliegenden Seite kein Überstand der Kontaktspitzen und führt somit zu keiner Kollision mit dem gegenüberliegenden Steckverbindern oder dessen Kontaktschutzes 22. Gerade in Anwendungsfallen wie zum Beispiel Zentralelektriken von Fahrzeugen, wobei auf der einen Seite der Leiterplatte Sicherungssockel platziert sind und auf der gegenüberliegenden Seite die Steckverbinder für die Abgänge aus der Leiterplatte, können durch eine derartige Anordnung von Verbindungselementen große Einsparungen an den Abmessungen der Leiterplatte erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungselement
- 2
- Leiterplatte
- 3
- metallisierte Bohrung
- 4
- Tiefenbohrung (Back Drill)
- 5
- Basisteil
- 6
- Schenkelpaar
- 7
- Schenkel
- 8
- Federbereich
- 9
- Kontaktierungsbereich
- 10
- Verriegelungsbereich
- 11
- Wiederhaken
- 12
- Fase
- 13
- Verbindungsbereich
- 14
- Ader Crimp Bereich
- 15
- Isolierungs Crimp Bereich
- 16
- Schenkelpaar- Abstand
- 17
- Kontaktfeder
- 18
- flexiblen Einpresspin
- 19
- Crimpanschluss
- 20
- Einpresspin bzw. Lötpin
- 21
- Isolierkörper
- 22
- Kontaktschutz
- 23
- Öffnungsmaß
- 24
- konvexe Auswölbung
- 25
- erster Steckverbinder
- 26
- zweiter Steckverbinder
- FR
- Rückstellkraft
- FH
- Haltekraft
- FV
- Vorspannung
- FS
- Steckkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2481126 B1 [0005]
- EP 2353208 B1 [0006]
- DE 102013004919 A1 [0007]
