DE202022102403U1 - Steckverbinder - Google Patents

Abstract

Leiterplatteneinpresskontakt (1) zum Einpressen in eine Leiterplattenkontaktzone mit einem definierten Lochdurchmesser D_L, wobei der Leiterplatteneinpresskontakt (1) aus einem länglichen Kontaktstift mit der Materialdicke D_K, bestehend aus einem oberen Anbindungsabschnitt (10), einem sich daran anschließenden Einpressabschnitt (20), der die Einpresszone des Leiterplattenkontaktes (1) definiert und einem steckseitigen Einführungsabschnitt (30) gebildet ist und wobei der Einpressabschnitt (30) aus zwei nebeneinander verlaufenden Schenkeln (31, 32) gebildet wird, die durch eine Aufweitung oder Trennung des Kontaktstiftes in diesem Bereich gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Materialdicke D_K, insbesondere im Bereich des Anbindungsabschnittes (10) folgendes gilt: $$\mathrm{0,25}\times {\text{D}}_{\text{E}}<{\text{D}}_{\text{K}}<\mathrm{0,35}\times {\text{D}}_{\text{E}},$$

wobei D_E die größte Breite quer zur Steckachse des Leiterplatteneinpresskontakts (1) im Bereich des Einpressabschnitts (20) ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Leiterplattensteckverbinder zum direkten Stecken in eine Bohrung oder im Wesentlichen runde Kontaktzone in einer Leiterplatte zum Herstellen einer Leiterplattensteckverbindung.
• Im Folgenden werden Dokumente aus dem Stand der Technik zu Leiterplattenkontakten beschrieben. Bei bekannten Kontakten zur Verbindung mit Leiterplatten, wie Einpresskontakten sind teure, maßlich genau festgelegte Werkzeuge erforderlich. Einpresskontakte sind durch mehrere Veröffentlichungen z. B. EP 0 451 674 A oder DE 36 23 453 A bekannt. Einer der wesentlichen Nachteile solcher Lösungen besteht darin, dass, wie zuvor erläutert die Werkzeuge zur Herstellung sehr teuer sind und ferner gleichzeitig maßlich unflexibel sind, was wiederum eine aufwendige Entwicklung zur Erzielung des optimalen Endmaßes des Einpresskontaktes bedingt.
• Für diverse Anwendungen und sehr kleine Kontakte ist es ferner von Nachteil, wenn der ursprünglich zur Verfügung stehende Kontaktquerschnitt oft durch Freistanzungen verringert wird und sich dadurch die Stromtragfähigkeit und mechanische Stabilität vermindert oder entsprechend größere Lochdurchmesser gewählt werden müssen.
• Ein Einpresskontakt sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Einpresskontaktes sind aus der WO 2005 122 337 A1 bekannt. Der bekannte Einpresskontakt umfasst einen Kontaktkörper und zwei einstückig mit diesem ausgebildete Schenkel, die mittels spanloser Bearbeitung gebildet sind, wobei ein Trennvorgang und ein Aufweiten vorgesehen ist, um einen Einpressbereich auszubilden. Die beiden Schenkel bilden eine Spitze, bei der ein Trennspalt vorgesehen ist.
• Die DE 202 18 295 U1 offenbart ein Leiterplattenkontakt für Leiterplatten, mit einem zum Einpressen in eine Bohrung der Leiterplatte bestimmten Stiftteil, der zwei etwa parallele Arme aufweist, die paarweise gegen eine Rückstellkraft aufeinander zu bewegbar ausgebildet sind.
• Die DE 102013103818 A1 betrifft ein Verfahren zu Herstellung von Einpresskontakten einer gestanzten Kontur mit einem Anschlusskörper und zwei sich daran anschließenden Schenkeln, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Schenkel Einpressbereiche und dem Anschlusskörper abgewandte Endbereiche mit Kontaktabschnitten aufweisen, die einander zugewandt und definiert voneinander beabstandet sind und das Umformen der Schenkel umfassend das Aufeinanderzubewegen der Endbereiche der Schenkel unter zumindest teilweiser plastischer Verformung zumindest eines der Schenkel, wobei sich die Kontaktabschnitte der Schenkel nach einer Entlastung zumindest abschnittsweise definiert berühren.
• Diverse andere Einpressverbindungen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt und eignen sich insbesondere zur Erzeugung elektrischer Kontakte mit geringen Übergangswiderständen. Die Verbindungen lassen sich zügig und kostengünstig herstellen und können - korrekte Auslegung, Fertigung und Montage vorausgesetzt - eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gewährleisten. Es ist bekannt, Einpresskontakte mit verformbaren Gestaltelementen zu versehen, die sich bei der Montage des Kontakts möglichst definiert verformen und eine bestimmte Kontaktkraft oder Haltekraft bereitstellen sollen.
• Ein ganz wesentliche Problematik besteht in der Abstimmung der Kontaktgeometrie und dem Durchmesser des Leiterplattenkontaktes im Verhältnis zum Lochdurchmesser auf der Leiterplattenseite, somit dem Lochdurchmesser in der Kontaktzone der Leiterplatte, insbesondere in Bezug auf Anordnungen bei denen eine Mehrzahl an Leiterplattenkontakten in eine gemeinsame Leiterplatte eingepresst werden.
• Es hat sich gezeigt, dass bekannte Einpresskontakte fertigungsbedingte Toleranzschwankungen und diverse Probleme in der Praxis aufweisen können, die sich wiederum in großen Streuungen bei Montagekräften und/oder Kontaktkräften der gefügten Verbindungen niederschlagen können. Dies kann einerseits dazu führen, dass keine hinreichend große Kontaktkraft erzeugbar ist, so dass die gewünschte Zuverlässigkeit der Verbindung nicht gegeben ist. Ferner lassen sich die Größen der Kontakte fertigungsbedingt nicht beliebig skalieren, so dass kompakte Bauformen nicht ohne weiteres realisiert werden können.
• Andererseits scheidet in der Praxis ein zu kleiner Leiterplattenkontakt aus, da dann die Abstimmung problematisch wird. Einpresskontakte müssen für die sichere Funktion genau auf die entsprechenden Lochdurchmesser einer Leiterplatte angepasst sein.
• Bei bestimmten Anwendungen, bei denen bspw. mehrere getrennte Module mit Einpresskontakten mit einer Leiterplatte verbunden werden sollen, ergeben sich durch die mechanische Anreihung hohe Positionstoleranzen für die Kontakte. Weichen die Achsen der Kontakte und der Löcher zu sehr voneinander ab, finden die Kontakte nicht mehr in die Löcher.
• Insofern gibt es den sogenannten Fangbereich oder Fangradius bezogen auf das Zentrum einer Kontaktzone in der Leiterplatte innerhalb dessen ein Leiterplattenkontakt noch korrekt in die Kontaktzone einführbar ist, ohne dass es zu Problemen oder Beschädigungen kommt. Die zulässige Abweichung zwischen der theoretisch idealen Montageposition, bei der die zentrale Steckachse des Leiterplattenkontaktes vertikal in das Zentrum der Kontaktzone eingeführt wird und einer außermittigen, ggf. auch zur Steckachse schrägen Einführposition, bei der gerade noch eine Zusammenführung der Kontaktpartner möglich ist, wird durch den sogenannten Fangbereich definiert. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass ein Stecken und Einführen des Leiterplattenkontaktes in die Kontaktzone der Leiterplatte außerhalb des Fangbereiches nicht mehr, jedenfalls nicht mehr zuverlässig möglich ist.
• Insofern müssen die baulichen Toleranzen so bemessen sein, dass der Kontakt innerhalb des Fangbereiches für die Montage positioniert wird. Da es bei vielen Anwendungen allerdings teuer und aufwändig ist, die Toleranzen so exakt einzuhalten, besteht ein Bedarf danach den Fangbereich zu optimieren bzw. das Problem zu umgehen. Ausgehend vom Stand der Technik gibt es etablierte Abmessungskombinationen von Kontaktdurchmesser zu Lochdurchmesser. So ist es zum Beispiel etabliert, für ein 1er Loch (Lochdurchmesser der Kontaktzone = 1mm) einen 0,6mm Kontakt zu verwenden oder bei einem 0,6er Loch (Lochdurchmesser der Kontaktzone = 0,6 mm) einen 0,4 mm Kontakt zu verwenden.
• Hierbei spielt auch die Fertigung der für den Lochdurchmesser passenden Einpresszone des Leiterplattenkontaktes eine erhebliche Rolle. Im Stand der Technik sind diverse Lösungen bekannt, um die Einpresszone geeignet herzustellen. Diese bekannten Kontakte eignen sich aber in nachteiliger Weise nur für einen vergleichsweise kleinen Fangbereich, da die etablierten Lösungen zu steif und zu starr sind, um in die Kontaktzone der Leiterplatte geführt zu werden.
• Ein weiteres Problem besteht darin, dass, selbst wenn die Kontaktspitze in das Loch findet, die Kontakte durch den Einpressvorgang so schräg stehen, dass eine sichere Funktion nicht mehr sichergestellt ist. Um diese Schrägstellung der Einpresszone zu minimieren, wird für die dazu erforderliche Biegsamkeit ein sehr langer Kontakt benötigt. Diese Bauhöhe ist häufig ein großer Nachteil und stellt demnach häufig keine geeignete Lösung dar.
• Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Kontakt insbesondere einen verbesserten Einpresskontakt bereit zu stellen, welcher über gute Montage- und Kontaktierungseigenschaften über einen großen Fangbereich verfügt.
• Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der spezifischen geometrischen Ausgestaltung des Leiterplattenkontaktes. Das Loch in der Leiterplatte wird relativ zur Kontaktdurchmesser gegenüber den bekannten Lösungen vergrößert, so dass der geforderte Fangbereich theoretisch und praktisch realisierbar ist.
• Der Fangbereich des Kontaktes bestimmt sich, wie oben allgemein erläutert, aus der Differenz zwischen dem geometrischen Umkreis der in einem maximalen Winkel von 45° berührenden Kontaktspitze und dem kleinsten Lochdurchmesser.
• Der erfindungsgemäße Leiterplattenkontakt wird bei vergleichsweise kurzer Baulänge so flexibel gestaltet, dass ein Einfinden in das Loch möglich und die Einpresszone in der Endlage nach dem Einpressen eine zulässige Schräglage aufweist.
• Dazu wird die Dicke des gesamten Kontaktes in Bezug auf den Lochdurchmesser reduziert, wodurch ein kurzer, aber ausreichend flexibler Bereich am Kontakt auch außerhalb der Einpresszone realisiert wird. Gleichzeitig wird die Einpresszone des Leiterplattenkontaktes an den größeren Lochdurchmesser angepasst.
• Bei einer optimierten Ausführung kann die Kontaktspitze so gestaltet werden, dass sie sowohl bei der Einführung in das Loch als auch bei der Ausrichtung der Einpresszone im Loch unterstützend wirkt. Hierzu kann ein spitz zulaufendes Kontaktende verwendet werden.
• Erfindungsgemäß wird ein Leiterplatteneinpresskontakt zum Einpressen in eine Leiterplattenkontaktzone mit einem definierten Lochdurchmesser D_L vorgeschlagen, wobei der Leiterplatteneinpresskontakt aus einem länglichen Kontaktstift mit der Materialdicke D_K, bestehend aus einem oberen Anbindungsabschnitt, einem sich daran anschließenden Einpressabschnitt, der die Einpresszone des Leiterplattenkontaktes definiert und einem steckseitigen Einführungsabschnitt gebildet ist und wobei der Einpressabschnitt aus zwei nebeneinander verlaufenden Schenkeln gebildet wird, die durch eine Aufweitung oder Trennung des Kontaktstiftes in diesem Bereich gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Materialdicke D_K, insbesondere im Bereich des Anbindungsabschnittes folgendes gilt: 0,25 x D_E < D_K < 0,35 x D_E, wobei D_E die größte Breite quer zur Steckachse des Leiterplatteneinpresskontakts im Bereich des Einpressabschnitts ist. Weiter bevorzugt ist ein Bereich: 0,25 x D_E < D_K < 0,30 x D_E.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ferner folgende geometrische Bedingung gilt: 0,35 x D_L < D_K < 0,5 x D_L, wobei D_L der Lochdurchmesser in einer Leiterplattenkontaktzone darstellt, für den der Leiterplatteneinpresskontakt bestimmt ist. Weiter bevorzugt ist ein Bereich: 0,35 x D_L < D_K < 0,45 x D_L
• Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass bei einem Lochdurchmesser von zum Beispiel D_L = 1mm der Einpressbereich des Kontaktes eine Breite D_E größer als 1 mm aufweisen muss. Bezogen auf diese Breite würde dann ein Kontakt z. B. mit einem Durchmesser bzw. einer Materialdicke von 0,4 mm verwendet werden. Insofern wird unter Durchmesser nachfolgend die Materialdicke als solche verstanden, da es bei gestanzten Kontakten unrunde Kontakte sind. Insofern kann der Kontakt von 0,4 mm im Einpressbereich soweit aufgeweitet werden, dass er in diesem Bereich über das Lochmaß von 1 mm hinausgeht, z.B. 1,25 mm. Im Anbindungsbereich ist dann der Kontakt bezogen auf diese Lochgröße aufgrund der vergleichsweise geringen Materialstärke sozusagen „dünn“ ausgebildet, was jedoch die Elastizität bestimmungsgemäß erhöht und demnach auch den Fangbereich vergrößert bzw. optimiert.
• Weiter vorteilhaft ist es daher, wenn zumindest ein Teilbereich des Anbindungsabschnittes die Materialdicke D_K gemäß der o.g. Bedingung aufweist. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn zumindest ein Teilbereich des Anbindungsabschnittes die Materialdicke D_K gemäß der o.g. Bedingung aufweist. Dies gilt jeweils gleichermaßen für den Einsteckbereich bzw. zumindest ein Teilbereich des steckseitigen Einführungsabschnittes die Materialdicke D_K gemäß wenigstens einer der o.g. Bedingungen aufweist.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich am Übergang der beiden Schenkel zum Einführungsabschnitt und/oder zum Anbindungsabschnitt eine ösen-förmige Öffnung oder Aufweitung befindet, die zumindest in einer Schnittebene oder Schliffebene durch den Leiterplatteneinpresskontakt ersichtlich ist.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammenstellung bzw. eine zusammensteckbare Anordnung gebildet aus einer Leiterplatte mit wenigstens einer oder einer Vielzahl an Kontaktzonen mit jeweils einem bestimmten Lochdurchmesser D_L der Leiterplattenkontaktzone, ausgebildet für einen wie zuvor beschriebenen Leiterplatteneinpresskontakt sowie einen solchen Leiterplatteneinpresskontakt.
• Als zusammensteckbare Anordnung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung auch diejenige Anordnung zu verstehen, bei dem der erfindungsgemäße Leiterplattensteckverbinder in eine Kontaktzone der Leiterplatte eingepresst ist.
• Ein ebenfalls weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine solche Anordnung, wobei der Fangbereich F bezogen auf die Mitte der Kontaktzone folgende Bedingung erfüllt: F = 0,5 x D_L + (sin α x L_LP), wobei L_LP die Länge des Leiterplattenkontaktes darstellt und α die zulässige Schrägstellung des Kontaktes gegenüber der zentralen Steckachse durch die Mitte der Kontaktzone und α mindestens 30° beträgt.
• Anders ausgedrückt bedeutet, dies, dass ein solcher kontakt noch unter einem Winkel von 30° schräg zur vertikalen Steckrichtung am Rande eines Loches bzw. einer Kontaktzone in die Leiterplatte eingesteckt werden kann und sich dabei entsprechend beim Einfädeln bzw. Einpressen in das Loch etwa s-förmig bzw. wellenförmig verformt.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
• 1 ein Leiterplattenkontakt gemäß dem Stand der Technik
• 2 ein erfindungsgemäßer Leiterplattenkontakt.
• Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hinweisen.
• In der 1 ist der Stand der Technik repräsentiert, indem beispielhaft ein 0,6mm Kontakt gezeigt ist, der für eine 1 mm Leiterplattenkontaktzone verwendet wird.
• In der 2 ist ein erfindungsgemäß modifizierter Kontakt gezeigt und zwar ein Leiterplatteneinpresskontakt 1 zum Einpressen in eine Leiterplattenkontaktzone K mit einem definierten Lochdurchmesser D_L, wobei der Leiterplatteneinpresskontakt aus einem länglichen Kontaktstift 2 mit der Materialdicke D_K, bestehend aus einem oberen Anbindungsabschnitt 10, einem sich daran anschließenden Einpressabschnitt 20, der die Einpresszone des Leiterplattenkontaktes 1 definiert und einem steckseitigen Einführungsabschnitt 30 gebildet ist.
• Der Einpressabschnitt 30 wird aus zwei nebeneinander verlaufenden Schenkeln 31, 32 gebildet, die durch eine Aufweitung oder Trennung (z. B. Stanzen) des Kontaktstiftes in diesem Bereich gebildet sind. Für die Materialdicke D_K gilt insbesondere im Bereich des Anbindungsabschnittes 10 folgendes: 0,25 x D_E < D_K < 0,35 x D_E oder weiter bevorzugt 0,25 x D_E < D_K < 0,30 x D_E, wobei D_E die größte Breite quer zur Steckachse des Leiterplatteneinpresskontakts im Bereich des Einpressabschnitts ist. Bei einem Kontakt mit D_K = 0,4 mm würde dann die Breite D_E der Einpresszone ca. 1,3 mm bis 1,6 mm für ein 1 mm Loch betragen betragen. Alternativ kann auch eine Lösung verwendet werden, bei der die Abstimmung für den Einpressabschnitt wie folgt gewählt wird: 1,05 x D_L < D_E < 1,5 x D_L, wobei ein mittlerer Wert von etwa 1,2 x D_L für das Lochmass von 1mm, somit D_E = 1,2 mm.
• Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung allerdings nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr sind eine Anzahl von Varianten und Ausführungsarten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch macht.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 0451674 A [0002]
• DE 3623453 A [0002]
• WO 2005122337 A1 [0004]
• DE 20218295 U1 [0005]
• DE 102013103818 A1 [0006]

Claims (9)

1. Leiterplatteneinpresskontakt (1) zum Einpressen in eine Leiterplattenkontaktzone mit einem definierten Lochdurchmesser D_L, wobei der Leiterplatteneinpresskontakt (1) aus einem länglichen Kontaktstift mit der Materialdicke D_K, bestehend aus einem oberen Anbindungsabschnitt (10), einem sich daran anschließenden Einpressabschnitt (20), der die Einpresszone des Leiterplattenkontaktes (1) definiert und einem steckseitigen Einführungsabschnitt (30) gebildet ist und wobei der Einpressabschnitt (30) aus zwei nebeneinander verlaufenden Schenkeln (31, 32) gebildet wird, die durch eine Aufweitung oder Trennung des Kontaktstiftes in diesem Bereich gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass für die Materialdicke D_K, insbesondere im Bereich des Anbindungsabschnittes (10) folgendes gilt: $$\mathrm{0,25}\times {\text{D}}_{\text{E}}<{\text{D}}_{\text{K}}<\mathrm{0,35}\times {\text{D}}_{\text{E}},$$

   

   wobei D_E die größte Breite quer zur Steckachse des Leiterplatteneinpresskontakts (1) im Bereich des Einpressabschnitts (20) ist.
2. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß Anspruch 1, wobei ferner folgende geometrische Bedingung gilt: $$\mathrm{0,35}\times {\text{D}}_{\text{L}}<{\text{D}}_{\text{K}}<\mathrm{0,5}\times {\text{D}}_{\text{L}}$$

   

   wobei D_L der Lochdurchmesser in einer Leiterplattenkontaktzone darstellt, für den der Leiterplatteneinpresskontakt (1) bestimmt ist.
3. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teilbereich des Anbindungsabschnittes die Materialdicke D_K gemäß der Bedingung aus Anspruch 1 aufweist.
4. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Teilbereich des Anbindungsabschnittes die Materialdicke D_K gemäß der Bedingung aus Anspruch 2 aufweist.
5. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teilbereich des steckseitigen Einführungsabschnittes (30) die Materialdicke D_K gemäß der Bedingung aus Anspruch 1 aufweist.
6. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teilbereich des steckseitigen Einführungsabschnittes (30) die Materialdicke D_K gemäß der Bedingung aus Anspruch 2 aufweist.
7. Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich am Übergang der beiden Schenkel (31, 32) zum Einführungsschnitt (30) und/oder zum Anbindungsabschnitt (10) eine ösen-förmige Öffnung oder Aufweitung befindet, die zumindest in einer Schnittebene oder Schliffebene durch den Leiterplatteneinpresskontakt (1) ersichtlich ist.
8. Zusammensteckbare oder zusammengesteckte Anordnung aus einer Leiterplatte (L) mit wenigstens einer Kontaktzone (K) mit einem bestimmten Lochdurchmesser D_L der Leiterplattenkontaktzone, ausgebildet für einen Leiterplatteneinpresskontakt (1) und einem Leiterplatteneinpresskontakt (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Anordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fangbereich F bezogen auf die Mitte der Kontaktzone (K) folgende Bedingung erfüllt: F = 0,5 x D_L + (sin α x L_LP), wobei L_LP die Länge des Leiterplattenkontaktes darstellt und α die zulässige Schrägstellung des Kontaktes gegenüber der zentralen Steckachse durch die Mitte der Kontaktzone (K) und α mindestens 30° beträgt.

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