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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 Federkraftklemme mit einer Stromschiene, die zum Kontaktieren einer elektrischen Leitung, insbesondere einer feindrahtigen Litzenleitung, vorgesehen ist. Darüber hinaus stellt die Erfindung eine Federkraftklemme bereit, welche eine Haltefeder zum Verriegeln in geöffneter Position, aufweist.
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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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Auch ist es üblich bei elektrischen und elektronischen Baugruppen die Versorgungs- und Steuerleitungen über eine derartige Steckverbindung zu realisieren. Dabei wird immer leiterplattenseitig ein Stiftkontakt oder eine Steckdose benötigt, welche fest mit der Leiterplatte verbunden sind.
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Weiter ist bekannt, dass kabelbaumseitig Crimp-, Klemm- oder Schraubkontakte in der Ausführung Stift- oder Buchsenkontakte an die einzelnen Litzen aufgepresst oder geschraubt werden.
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EP 3 446 366 B1 offenbart ein Kontaktelement für eine direkte Kontaktierung eines elektrischen Leiters, wobei der Leiter über eine Klemmfeder auf die Stromschiene gepresst wird. Nachteilig an dieser Gestaltung ist die relativ hohe Einsteckkraft eines elektrischen Leiters. Durch diese hohe Einstechkraft können nur starre Kupferleitungen oder feindrahtige Litzen in Verbindung mit Aderendhülsen verwendet werden.
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Alle zuvor genannten Ausführungen liegt der Nachteil zugrunde, dass eine Verwendung von feindrahtigen Litzenleitungen ohne den Einsatz von zusätzlichen Aderendhülsen oder Crimpkontakten nicht in Steckverbindern verarbeitet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische und mechanische Verbindung eines elektrischen Leiters, insbesondere eines feindrahtigen Litzenleiters, herzustellen. Demzufolge soll die Erfindung eine vollautomatische Bestückung von feindrahtigen Litzenleitungen in Steckverbindern ermöglichen, ohne die Verwendung von zusätzlichen Werkzeugen oder zusätzlichen Komponenten wie Aderendhülsen, Crimpkontakten oder ähnliches. Des weiteren sollen Prozessschritte wie Crimpen, Löten, Einpressen oder Schrauben vermieden werden und dadurch die Produktivität bei der Herstellung von Kabelbäumen verbessert werden.
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Die Aufgabe wird mit einem Direktsteckfederkraftmodule nach Anspruch 1 gelöst.
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Nach Anspruch 1 wird eine Direktsteckfederkraftmodul zum Anschluss einer feindrahtigen Litzenleitung geschaffen, die eine Stromschiene zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters aufweist, an welcher mindestens eine Direktsteckzone ausgebildet ist um eine metallisierte Bohrung einer Leiterplatte zu kontaktieren. Eine Druckfeder, die als wirkende Klemm- und Haltefeder ausgebildet ist, zum Fixieren des elektrischen Leiters auf der Stromschiene und zum Verrasten in einer geöffneten Position der Klemmfeder, so dass der elektrische Leiter ohne große Kraftaufwendung in einen Kontaktierungsbereich einzuführen ist.
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Dabei weist die Druckfeder zwei Schwenkachsen auf. Eine Schwenkachse um einen schwenkbaren Klemmschenkel mit einer ausgebildeten Klemmkante. Eine zweite Schwenkachse um einen Halteschenkel, wobei am Halteschenkel mindestens ein Rastmittel ausgebildet ist. Die Klemmfeder und die Haltefeder sind dabei einstückig miteinander ausgebildet und weisen ein gemeinsames Widerlager auf, welche an einem Ausschnitt an der Stromschiene abgestützt wird.
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Es ist vorgesehen, dass der Halteschenkel mindestens ein Rastmittel aufweist und der Klemmschenkel mit seiner Klemmkante in geöffneter Position O ein zusammenwirkendes Gegenrastmittel bildet. Wobei der Klemmschenkel an der Klemmkante von der geöffneten Position O, in dem er mit dem Rastmittel des Halteschenkels verrastet ist und in der geöffneten Position bzw. in der Einführstellung des Leiters gehalten ist, durch das Einführen des elektrischen Leiters in einen Klemmzustand K verstellbar ist. Das Einschieben des elektrischen Leiters verdrängt den Halteschenkel in Einschubrichtung, so dass die Klemmkante entrastet ist und der elektrischen Leiter gegen die Stromschiene gepresst wird und somit die Stromschiene kontaktiert.
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Durch die Erfindung wird somit ein Steckverbindersystem geschaffen, welches einen Verrastungsmechanismus im geöffneten Zustand aufweist. Beim Einstecken von feindrahtigen Litzenleitungen entrastet der Klemmschenkel und stellt den erforderlichen Anpressdruck für den elektrischen Leiter und der Stromschiene zur Verfügung.
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Es ist somit vorteilhaft vorgesehen, dass durch das Einschieben mit einer geringen Einsteckkraft eines elektrischen Leiters, ein automatischer Kontaktierungszustand erreicht wird. Dabei ist die Einsteckkraft vergleichbar gering, wie bei der Verrastung eines herkömmlichen Crimpkontakts in einer Kontaktkammer eines Steckverbinders, was für eine vollautomatische Bestückung von Steckverbindern unumgänglich ist.
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Erfindungsgemäß kann die Direktsteckzone an der Stromschiene in einem beliebigen Winkel zur Einsteckrichtung des elektrischen Leiters ausgebildet sein. Somit kann der Winkel zwischen Leiterplatte und abgehenden Leitungen zwischen 0° und 180° betragen.
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Erfindungsgemäß kann ein Steckverbinder 1+n Polzahlen aufweisen, da die Direktsteckfederkraftmodule aneinanderreihbar sind und eine Vielzahl von Direktsteckfederkraftmodulen einen Steckverbinder abbilden.
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Weiter vorteilhaft ist, dass verschiedene Direktsteckfederkraftmodule mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten, zu einem Steckverbinder kombiniert werden können. Somit ist das Übertragen von Steuer- und Lastströme mit geringem Platzaufwand auf der Leiterplatte ein weiterer Vorteil.
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Erfindungsgemäß kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Direktsteckfederkraftmodul zudem eine Rückstelleinheit umfasst, mit dem der Klemmschenkel wieder in die geöffneten Position O gebracht wird. Dabei kann die Rückstelleinheit als Schieber oder Hebel vorgesehen sein.
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Vorteilhaft vorgesehen ist, dass sich die Druckfeder mit ihren zwei Rotationsachen an einem gemeinsamen korrespondierenden Widerlager abstützt. Dabei ist hervorzuheben, dass sich das Widerlager auf einem Ausschnitt an der Stromschiene abstützt und nicht an einem konstruktiv geschaffenen Stützpunkt im Kunststoffgehäuse.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass der Klemmschenkel oder Halteschenkel sich durch keinen Durchbruch in der Druckfeder bewegen muss und dadurch eine freie Bewegung ohne Reibung oder ein eventuelles Verkannten beim Einschub des elektrischen Leiters garantiert ist.
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Besonders vorteilhaft ist, dass ein Fehlstecken oder ein verfrühtes Auslösen der Klemmfeder verhindert wird, da der Verrastungsmechanismus nicht im Bereich der Leitereinführung liegt und die Druckfläche des Auslösers einen ausreichenden großen Abstand aufweist.
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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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Die Erfindung wird im Folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen zum besseren Verständnis unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 in a) eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules mit dem Klemmschenkel im Kontaktierungszustand, der zum Aufpressen eines elektrischen Leiters auf die Stromschiene vorgesehen ist und in b) eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules mit dem eingerasteten Klemmschenkel in geöffneter Position.
- 2 in a) eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules mit dem eingerasteten Klemmschenkel in geöffneter Position sowie der elektrische Leiter vor der Auslöseplatte und in b) eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules mit ausgelenkten Halteschenkel und dem Klemmschenkel im Kontaktierungszustand, der den elektrischen Leiter auf die Stromschiene presst.
- 3 eine Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules aus 1 bzw. 2.
- 4 in a) eine perspektivische Ansicht eine Druckfeder des erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules aus den 1 bis 3 im nicht montierten Zustand und in b) eine Seitenansicht der Druckfeder aus 4a.
- 5 in a) eine perspektivische Ansicht einer Druckfeder des erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules aus den 1 bis 3 mit dem eingerasteten Klemmschenkel in geöffneter Position und in b) eine Seitenansicht der Druckfeder aus 5a.
- 6 in a) eine perspektivische Ansicht der Druckfeder im Verbund mit der Stromschiene des erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodules aus den 1 bis 3 mit dem Klemmschenkel im Kontaktierungszustand ohne elektrischen Leiter und in b) eine Seitenansicht der Druckfeder und Stromschiene aus 6a.
- 7 eine bevorzugte Ausführungsform eines Steckverbinders aus einer Vielzahl erfindungsgemäßen Direktsteckfederkraftmodulen im gesteckten Zustand.
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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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1a zeigt ein Direktsteckfederkraftmodul 1 für den Anschluss elektrischer Leiter an eine Leiterplatte. Dabei sind die anzuschließenden Leiter ausschließlich als abisolierte Leiterenden ausgebildet. Insbesondere können diese Leiterenden als feindrahtige Leitungen oder Litzenleitungen ausgestaltet sein. Die Direktsteckfederkraftmodule sind aber auch für den Einsatz von massiven eindrahtigen Leitungen geeignet.
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Das Direktsteckfederkraftmodul kann in verschiedenen Ausführungen verwendet werden, so beispielsweise als modularen Steckverbinder 23 (siehe 7) als auch als Direktsteckfederkraftmodul 1 zum einspeisen hoher Ströme in Leiterplatten in Form eines Einspeiseterminals oder dergleichen (nicht dargestellt). Weitere Einsatzgebiete, die hier nicht dargestellt werden, sind denkbar.
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Das Direktsteckfederkraftmodul 1 weist eine Stromschiene 2 auf, welche am ersten Ende einen Kontaktierungsbereich 3 für den Anschluss eines elektrischen Leiters bereitstellt und am anderen Ende als eine gabelförmige Direktsteckzone 4 ausgebildet ist. Im Kontaktierungsbereich 3 können je nach Anwendung seitliche Stege vorgesehen werden, um einen Klemmkäfig (nicht dargestellt) auszugestalten. Ein Ausschnitt aus der Stromschiene 2 dient als Abstützpunkt 5 für das Widerlager der Druckfeder 6 und ermöglicht eine freie Bewegung des Halteschenkels 8 im Verbund zwischen Druckfeder 6 und Stromschiene 2 (siehe 6a und 6b).
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Das Direktsteckfederkraftmodul 1 weist also eine Druckfeder 6 auf, bestehend aus einem wirkenden Klemmschenkel 7, welcher zum Verklemmen eines elektrischen Leiter 10 in dem Direktsteckfederkraftmodul 1 vorgesehen ist, wodurch eine dauerhafte elektrische Kontaktierung der Stromschiene 2 bereitgestellt wird. Der Klemmschenkel 7 dient also dazu, den elektrischen Leiter 10 an die Stromschiene 2 zu pressen.
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Neben dem Klemmschenkel ist ein Halteschenkel 8 vorgesehen. Dieser dient dazu, einen Teil der Druckfeder 6, nämlich den Klemmschenkel 7 im Bereich der Klemmkante 9 in einem geöffneten Zustand O zu verrasten. Auf Grund des geöffneten und gespannten Zustands der Druckfeder, lässt sich der elektrische Leiter 10 durch eine Einführöffnung 11 des Direktsteckfederkraftmodul 1 bis in den Kontaktierungsbereich 3 einführen.
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Neben dem Rasthaken 12 am Halteschenkel 8 ist zudem am freien Ende des Schenkels eine Druckplatte 13 quer zur Einschubrichtung S ausgebildet, die von der Ebene der Rasthaken 12 beabstandet ist. Durch das Einführen des elektrischen Leiters 10 wird die Druckplatte 13 in Richtung der Einschubrichtung S verschoben und verursacht dadurch eine Schwenkbewegung des Halteschenkels 8. Durch diese Schwenkbewegung M1 lösen sich die Rasthaken 12 von der Klemmkante 9 und entrastet den Klemmschenkel 7. Durch die Spannung des Klemmschenkels erhält dieser zugleich eine Schwenkbewegung M2 und presst den elektrischen Leiter 10 dauerhaft an die Stromschiene 2 und ist somit elektrisch verbunden.
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Die Druckfeder weist zwei Schwenkachsen 15 8 16 auf. Jede Schwenkachse weist wiederum eine in und gegen eine Schwenkrichtung eine jeweilige Schwenkbewegung M1 & M2 der Schenkel auf, sowie einen gemeinsamen Abstützpunkt 5, mit dem sie sich insbesondere beim Verschwenken des Klemmschenkels 7 und Halteschenkels 8 auf einfache und sichere Weise an einem korrespondierender Wiederlager abstützen. Dieses Wiederlager wird durch einen Ausschnitt in der Stromschiene 2 ausgebildet und ist der gemeinsame Abstützpunkt 5 für beide Schenkel.
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Die Stromschiene 2 und die Druckfeder 6 sind wiederum in einem Isolierkörper 14 angeordnet, das bevorzugt aus Kunststoff hergestellt ist. Im Isolierkörper 14 ist eine Einführöffnung 11 zum Einführen und Positionieren eines elektrischen Leiters 10 vorgesehen.
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Der dargestellte elektrische Leiter 10 weist eine elektrisch nicht leitende Ummantelung 17 auf, die am freien Ende des elektrischen Leiters als einen abisolierten Bereich 18 ausgebildet ist, so dass entweder eine massive Einzelader 19 oder eine feindrahtige Litze 20 zu sehen ist.
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Ein Lösen des elektrischen Leiters 10 ist möglich, indem die Rückstelleinheit 21 im rechten Winkel von der Einschubrichtung S wegverschoben wird. Ausgehend von einem Klemmzustand K, wird die Rückstelleinheit 21 bis zu einem Anschlag 22 im Isolierkörper 14 verschoben und führt dabei den Klemmschenkel 7 mit einer Schwenkbewegung M2 nach. Dabei verdrängt die Klemmkannte 9 den Halteschenkel 8, sowie im weiteren Verlauf die ausgebildeten Rasthaken 12 am Halteschenkel, so dass der Halteschenkel 8 in einer Schwenkbewegung M1 sich von dem Klemmschenkel 7 entfernt. Zwischenzeitlich doch spätestens am Anschlag 22 der Rückstelleinheit 21 kann der elektrische Leiter 10 entfernt werden, so dass der Halteschenkel 8 wieder in seine ursprüngliche Position zurück kehrt und somit den Klemmschenkel 7 an der Klemmkante 8 verrastet und diesen in geöffneter Position O hält.
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7 zeigt einen Steckverbinder 23, der auf eine Leiterplatte gesteckt wird, der aus einer Vielzahl von aneinandergereihten Direktsteckfederkraftmodulen 1 besteht. Als Abschluss auf jeder Seite des Steckverbinders sind Verriegelungselemente 24 vorgesehen, welche auf der Unterseite jeweils mindestens einen Befestigungselement 25 aufweisen. Dieses Befestigungselement 25 ist im Bereich der Spitze konisch zulaufend und der ausgehende Durchmesser größer als der Schaft des Befestigungselementes. Die Schaftlänge des Befestigungselementes 25 ist annähernd die Leiterplattendicke. Durch das Verschieben der Verriegelung 26 in Richtung Leiterplatte wird ein Stift in das Befestigungselement geschoben, der im Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Befestigungselementes. Als Gegenstück des Befestigungselements 25 dienen Bohrungen in der Leiterplatte. Durch das Einschieben der Verriegelung 26 wird das Befestigungselement in den Bohrungen gespreizt und kann erst wieder nach dem Lösen der Verriegelung abgezogen werden.
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Eine andere Ausführungsvariante für die Leiterplattenmontage wäre ein beweglicher Rahmen, um die Direktsteckfederkraftmodule 1, der an der Leiterplattenzugewandten Seite ebenfalls die Befestigungselemente aufweist und die Verriegelungsstifte an den jeweiligen Direktsteckfederkraftmodulen 1 ausgebildet sind (nicht dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Direktsteckfederkraftmodul
- 2
- Stromschiene
- 3
- Kontaktierungsbereich eines elektrischen Leiters
- 4
- Direktsteckzone
- 5
- Abstützpunkt
- 6
- Druckfeder
- 7
- Klemmschenkel
- 8
- Halteschenkel
- 9
- Klemmkante
- 10
- elektrischer Leiter
- 11
- Einführöffnung
- 12
- Rasthaken
- 13
- Druckplatte
- 14
- Isolierkörper
- 15
- Schwenkachse Halteschenkel
- 16
- Schwenkachse Klemmschenkel
- 17
- nicht leitende Ummantelung
- 18
- abisolierten Bereich
- 19
- massive Einzelader
- 20
- feindrahtige Litze
- 21
- Rückstelleinheit
- 22
- Anschlag
- 23
- Steckverbinder
- 24
- Verriegelungselemente
- 25
- Befestigungselement
- 26
- Verriegelung
- K
- Klemmzustand
- M1
- Schwenkbewegung Halteschenkel
- M2
- Schwenkbewegung Klemmschenkel
- O
- geöffnete Position
- S
- Einschubrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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