DE3411028A1

DE3411028A1 - Industrierelais fuer aufbaumontage

Info

Publication number: DE3411028A1
Application number: DE19843411028
Authority: DE
Inventors: Edwin 7141 Grossbottwar Freyhardt
Original assignee: FREYHARDT ELECTRIC GmbH
Current assignee: FREYHARDT ELECTRIC GmbH
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1985-09-26
Also published as: FR2563374A1

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. ULRICH KINKELIN 7032 Sindelfingen - auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 Telefon 07031/86501

Telex 7265509 rose d 12 356

22.März 1984

Freyhardt Electric GmbH, 7141 Grossbottwar / Wurtt.

INDUSTRIERELAIS FÜR AUFBAUMONTAGE

Die Erfindung bezieht sich auf ein Relais für Schalttafeleinbau gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Relais für vielfältige Schaltungsaufgaben, beispielsweise als Zeit-Relais, sind allgemein in Verwendung. Die normgemäss plazierten Anschlussklemmen sind von der Frontseite zugänglich und auf der Hauptplatine befinden sich die notwendigen Schaltungselemente. Über die Anschlußklemmen werden einerseits kleine Steuerströme und andererseits auch sehr grosse Leistungsströme geleitet. Die Leistungsströme Hegen in der üblichen Grössenordnung von 6 bis 10 Ampere. In Verbindung mit diesen Relais werden auch Üblicherweise Sicherungen vorgesehen, welche bei einer Lfcerschreitung der vorstehend genannten Dauerlastströme auslösen. Dies bedeutet, dass bei einem Überlastungs-Zustand, beispielsweise durch Kurzschluss, nur die vorgenannte Sicherung ansprechen soll, ohne dass dabei Schäden an dem Relais auftreten. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Starkstrom fuhrenden Leitungen im Relais auch bei einem derartigen kurzzeitigen Kurzschiuss-Strom bis zum Ansprechen der Sicherung unversehrt bleiben müssen.

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Diese Belastungs-Anforderungen wurden bislang dadurch beherrscht, indem man die Löffahnen der Anschlussklemmen mit den Anschlußstellen an dar Hauptplatine über eine sogenannte freie Verdrahtung verbunden hat. Derartige lose Drähte haben jedoch mehrere Nachteile. Zunächst besteht die Gefahr, dass einige Drohte an die falschen Lötfahnen angelötet werden. Weiterhin können solche Drähte vor allem im Bereich der Lötstelle leicht abbrechen, was beim eiligen Aufstecken oder Abziehen der Schutzhaube leicht passieren kann. Das Ablängen, beidendige Abisolieren, Einsteckender abisolierten Enden an den zugehörigen Lötstellen und schliesslich das Anlöten sind kostenintensive Arbeitsgänge.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Relais der gattungsgemässen Art so weiterzubilden, dass die elektrischen Verbindungsmittel zwischen den Lötfahnen und den Anschlussstellen der Hauptplatine kostengünstiger, rationeller und irrtumsfrei hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die entscheidende Verbindungs-Funktion wird hier von einer Zwischenplatine übernommen, die beidseitig Leiterbahnen trägt» Damit ist sichergestellt, dass die Leiterbahnen einen ausreichenden Querschnitt aufweisen und damit der Strombelastung gewachsen sind und andererseits wird trotz der zur Verfügung stehenden geringen Bauhöhe ein ausreichender Abstand zwischen den Leiterbahnen ermöglicht, damit das Relais auch den strengsten Prüfbedingungen hinsichtlich Spannungsfestigkeit genügt. Die räumliche Anordnung

der Leiterbahnen einerseits aber auch die Forderung, dass möglichst viele der Lötvorgänge in einem Lötbad ausgeführt werden können, zwingt dazu, dass erfindungsgemäss zumindest eine Durchverbindung vorzusehen ist, die als elektrisch hochbelastbarer Niet ausgeführt wird. Dies im Gegensatz zu galvanischen Durchverbindungen, die für eine Belastung von maximal 3 Ampere geeignet sind.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem in einer Kosteneinsparung von etwa 30% durch Einsparung zeitaufwendiger Arbeitsschritte. Auch wird die Ausschussrate erheblich reduziert, weil Fehlverbindungen nicht möglich sind. Bei herkömmlichen Relais werden oft 5 oder noch mehr verschieden starke und verschieden farbig isolierte Drähte verwendet. Es müssen also entsprechend viele Drahtsorten disponiert, eingekauft, auf Lager genommen und in der Fertigung verarbeitet werden. Alles das fällt bei der erfindungsgemässen Lösung weg. Offensichtlich entfällt auch die Fehlerursache durch abgebrochene Drähte.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind in den Unter-Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäss vorgesehene Zwischenplatine schafft eine senkrecht zur bisherigen Hauptplatine stehende Trägerebene und dies bedeutet, dass man Leiterplatten-Relais vorsehen kann, die an der Rückseite der Zwischenplatine aufgesetzt werden können. Dies bedeutet, dass es zwar den selben Raum über der Hauptplatine einnimmt, aber

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Lötstifte aufweist, die von seiner schmalen Seitenfläche abstehen und durch die . Zwischenplatine greifen. Solche Leiterplatten-Relais sind wegen der einfacheren Kontaktführung billiger als diejenigen, bei denen die Lötstifte an der Gehäuse-Breitseite abstehen. Somit schafft die Erfindung auch die Möglichkeit, preisgünstigere Leiterplatten· Relais einzusetzen, wie dies im Anspruch 5 angegeben ist.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert.

Es zeigt:

FJg, 1 ein Relais gemäss der Erfindung in perspektivischer Darstellung und

schematisch stark vereinfacht bei abgenommener rückwärtiger Haube, FIg₀ 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung 2 gemäss Fig. 1, wobei die Kopfplatte

nur schematisch angedeutet ist,
FOg₀, 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung 3_# gemäss Fig. 2 auf die Zwischenplatine

und
Fig. 4 eine Schnitt-Darstellung einer Durchverbindung in der Ebene 4 gemäss

Fig. 3.

Das in Fig. 1 schematisch vereinfacht dargestellte Relais zeigt eine nach links zur Front weisende Kopfplatte Π , in der mehrere Anschlussklemmen gemäss DIN 46 199, Blatt S₄,

angeordnet sind. Als Beispiel ist eine Anschlussklemme 12 stark vereinfacht dargestellt. Diese Anschlussklemme 12 ist auch in Fig. 2 zu sehen, jedoch wird sie teilweise abgedeckt durch davor liegende weitere Anschlussklemmen 13 und 14, deren Klemmschrauben durch die Bohrungen 16 und 17der Kopfplatte ll_r gemäss Fig. 1, zugänglich sind. Alle Anschlussklemmen weisen im wesentlichen senkrecht zur Front und zur Rückseite gerichtete Lötfahnen 18, 19, 21 auf.

An der Kopfplatte 11 ist in nicht naher dargestellter Weise eine gleichfalls senkrecht zur Front zur Rückseite abstehende Hauptplatine 22 fixiert. An der Rückseite der Kopfplatte 11 ist eine Zwischenplatine 23 vorgesehen, die im wesentlichen senkrecht auf der Hauptplatine 22 aufsitzt. Mit bezug auch auf die Figuren 2 und 3 ist zu sehen, dass die längskante 24, mit der die Zwischenplatine 23 auf der Hauptplatine aufsitzt, nach Art eines Kammes durch eine Randaussparung 26 in zwei Kantenbereiche 27, 28 gegliedert wird, wobei die Tiefe der Randaussparung 26 etwas grosser ist als die Dicke der Hauptplatine 22, die mit einem Fortsatz 29 diese Randaussparung durchsetzt und zur Kopfplatte 11 reicht. Wenn, vorzugsweise, die Randaussparung 26 unsymmetrisch angeordnet ist und dadurch die Kantenbereiche 27 und 28 ungleich lang sind, wird in Verbindung mit einem entsprechend unsymmetrisch von der Hauptplatine 22 abgehenden Fortsatz 29 sowohl eine stabile Zuordnung von Hauptplatine 22 und Zwischenplatine 23, als auch eine unverwechselbare Positionierung erreicht.

Die Zwischenplatine 23 trägt an ihrer Vorderseite 31 und ihrer Rückseite 32 Leiterbahnen, wie dies in Fig. 3 schematisch angedeutet ist, wobei einige an der Rückseite befindliche

Leiterbahnen zur Längskante 24 reichen und dort Lötpunkte 33 bilden, die dort msf Anschlußstellen 34 bildenden Leiterbahnen der Hauptplatine 22 verlötet werden. Durch diesen Lötvorgang werden einerseits die erforderlichen Verbindungen zwischen der Zwischenplatine 22 und der Hauptplatine 22 hergestellt und andererseits werden auf diese Art die beiden Platinen aneinander befestigt.

Die Lötfahnen 19 und 21 der im Randbereich der Kopfplatte 11 angeordneten Anschlussklemmen 13 und 14 reichen seitlich über den Rand der Zwischenplatine 23 zu deren Rückseite 32 und sind dort an randseitigen Lötpunkten 36 angelötet. Es versteht sich, dass am gegenüberliegenden Rand der Zwischenplatine 23 ebenfalls derartige Lötpunkte vorgesehen sind, genau so wie auch entsprechende Anschlussklemmen in diesem Teil der Kopfplatte vorhanden sein können, die lediglich in der Fig. !nicht zu sehen sind. Die Lötfahne 18 der weiter Im Inneren liegenden Anschlussklemme 12 reicht durch eine Bohrung 37 der Zwischenplatine hindurch zu deren Rückseite und ist dort mit einer Leiterbahn verlötet. Analog dazu sind die Lötfahnen wei terer, hier nicht besonders dargestellter innen liegender Anschlussklemmen mit entsprechenden Leiterbahnen an der Rückseite der Zwischenplatine 23 verbunden.

Die Fig. 3 veranschaulicht, dass durch die an beiden Seiten verlaufenden Leiterbahnen die notwendige kreuzungsfreie Leitungsführung erreicht wird, wobei auch im Hinblick auf die geringe Höhe der Zwischenplatine 23 die nötige Breite der Leiterbahnen als auch der erforderliche Abstand zwischen den Leiterbahnen eingehalten werden kann. Diese Leitungsfuhrung macht es jedoch erforderlich, den Strom zumindest an einigen

Stellen von der Rückseite zur Vorderseite bzw. umgekehrt zu leiten. Dies wird in an sich bekannter Weise mit jeweils einer Durchverbindung 38 bewirkt, wobei in Fig. 3 vier derartige Durchverbindungen angedeutet sind.

Ein Querschnitt durch eine dieser Durchverbindungen 38 ist in etwas vergrössertem Maßstab in Fig. 4 gezeigt. Man ersieht daraus, dass die an beiden Seiten vorliegenden Leiterbahnen, einerseits gebildet durch einen Lötpunkt 36 und andererseits gebildet durch eine an der Vorderseite verlaufende Leiterbahn 39, durch einen Niet 41 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff verbunden werden. Dieser Niet 41 ist vorzugsweise als Hohlniet ausgebildet, der einerseits leichter verarbeitet werden kann und der andererseits den Vorteil bietet, dass hier Anschluss-Stifte zusätzlicher Bauteile eingesetzt werden können.

So ist beispielsweise in Fig. 2 ein Leiterplatten-Relais 42 dargestellt, dessen Anschlussstifte zur Vorderseite 31 der Zwischenplatine 23 reichen und dort teils direkt mit Leiterbahnen der Vorderseite und teils indirekt über Durchverbindungen 38 mit Leiterbahnen an der Rückseite 32 verbunden sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sich z3. dabei folgender Stromweg. Er führt von der Anschlussklemme 12 über die Lötfahne 18 durch die Bohrung 37 an die Leiterbahn 43 und an der Position 44 über die Durchverbindung 38 zur Vorderseite 31, an welcher Stelle ein Anschlußstift des Kontaktsatzes mit dem Hohlniet 41 dieser Durchverbindung 38 verlötet ist. Der Stromweg führt sodann weiter über den Kontaktsatz des Leiterplatten-Relais 42, einen zweiten Anschlußstift, der durch eine Bohrung 46 zur Vorderseite 31 reicht und dort mit der Leiterbahn 39 verlötet ist. Diese Leiterbahn 39 führt in Fig. 3 zum rechten Platinenrand und ist dort

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gemöss Fig„ 4 über die Durchverbindung 38 mit dem Löfpunkf 36 απ der Rückseif® 33 verbunden, on dem in nicht besonders dargestellter Weise wiederum df® Löffahne einer Anschlussklemme angelötet ist. Dieser Leistungsstromweg ist zufolge der massiven Ausführung der Durchverbindungen ohne weiteres in der Lag© 10 Ampere DauerbeSastung auszuhallen. Auch im Falle eines Kurzschlusses erleiden die Durchverbindung©« 38 keinen Schaden, so dass die normale Anlagensicherung ansprechen kann.

In den Figuren ist eine Kopfplatte 11 dargestellt, welche mit maxima! 8 Anschlussklemmen bestückt werden kann. Es versteht sich, dass es auch breitere Kopfplaften gibt, dl® demsnfsprechend mehr Anschlussklemmen enthalten können. Demgemäss kormmf dann auch eine entsprechend breitere Zwischenplatine zur Anwendung. Die Leitungsführung auf der Zwischen= platine gemäss Fig. 3 ist gleichfalls nur als Beispiel zu sehen, da dies natürlich davon hängte welche Funktion das Relais erfüllen soll und welche Bauteile demenfsprechend in welcher Position auf der Hauptplatine 22 angeordnet werden müssen.

Bezüglich der Durchverbindung 38 gemäss Fig. 4 ist noch darauf hinzuweisen, dass als Material für den Niet 41 zweckmässigerweise eine derartige Legierung vorzusehen ist, an der das Lot gut benetzt, so dass beim Eintauchen der Vorderselfe 31 in das Löfbad ein Teil des Lötzinns durch den Kapillarspalt zwischen der Wandung der Bohrung 47 und der Aussenwandung des Nietes 41 bis zur Rückseite 32 gelang!·. Dies bewirkt eine besonders innige Kontaktierung.

In nicht besonders dargestellter Weise können zwischen relativ eng nebeneinanderliegenden Leiterbahnen auf der Zwischenplatine 23 Nuten im isolierenden Trägermaterial ausgebildet werden, wodurch die sogenannte Kriechstrecke vergrössert wird, womit eine höhere Spannungsfestigkeit erzielt wird. Das Relais kann damit auch den sehr hochgespannten amerikanischen Prüfbedingungen entsprechen.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. ULRICH KINKELIN Sindelfingen - auf dem Goldberg - Weimarer Str. 32/34 Telefon 07031/86501

Telex 7265509 rose d 12 356

22.März 1984 Patentansprüche:

· Relais für Schalttafeleinbau,

mit einer zur Front weisenden Kopfplatte

mit Anschlussklemmen gemäss DIN 46 199_r Blatt 5, welche Anschlussklemmen im wesentlichen senkrecht zur Front und zur

Rückseite gerichtete Lötfahnen aufweisen,

mit einer an der Kopfplatte fixierten, im wesentlichen senkrecht zur

Front zur Rückseite abstehenden Hauptplatine

und mit elektrischen Verbindungsmitteln zwischen den Lötfahnen und Anschlußstellen der Hauptplatine,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) an der Rückseite der Kopfplatte (11) ist eine Zwischenplatine (23) vorgesehen, die im wesentlichen senkrecht auf der Hauptplatine (22) aufsitzt,

b) die Zwischenplatine (23) weist sowohl an ihrer der Kopfplatte zugewandten Vorderseite (31) als auch auf ihrer Rückseite (32) gedruckte Leiterbahnen (39, 43) auf,

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c) die gedruckten Leiterbahnen der Zwischenplatine (23) sind einerseits mit den Lötfahnen (18, 19, 21) und andererseits mit den Anschlußstellen (34) der Hauptplatine (22) durch Lötpunkte (33, 36) verbunden,

d) zumindest eine Leiterbahn (39, 43) der Zwischenplatine (23) ist mit einer zur gegenüberliegenden Seite der Zwischenplatine reichenden Durchverbindung (38) versehen,

e) als Durchverbindung (38) ist ein Niet (41) aus elektrisch leitfähigem Werkstoff vorgesehen.
2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchverbindung (38) ein Hohlniet (41) vorgesehen ist.
3. Relais nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, dass die Lötfahnen (18,19, 21) seitlich Über den Rand der Zwischenplatine (23) bzw. durch Bohrungen (37) zu deren Ruckseite (32) reichen und dort an als Lötpunkt (36) ausgestalteten Leiterbahnen anlötbar sind.
4. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite (32) der Zwischenplatine (23) angeordnete Leiterbahnen zur Längskante (24) reichen und dort mit Anschlußstellen (34) bildenden Leiterbahnen der Hauptplatine (22) verlötbar sind.

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5. Relais nach Anspruch 2 und A₁ dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiterplattenrelais (42) an der Ruckseite (32) der Zwischenplatine (23) aufgesetzt ist_t wobei wenigstens ein zu seinem Kontaktsatz führender Anschlußstift in einem Hohlniet (41) zur Vorderseite (31) reicht und dort mit dem Hohlniet verlötbar ist.
6. Relais nach Anspruch A₁ dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Längskante (24), mit der die Zwischenplatine (23) auf der Hauptplatine (22) aufsitzt, zumindest ein in Richtung der Längskante (24) wirkender Formschlusseingriff zwischen Zwischenplatine und Hauptplatine ausgebildet ist.
7. Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskante (24)

der Zwischenplatine (23) durch eine Randaussparung (26) in zwei Kantenbereiche (27_f 28) gegliedert ist, wobei die Tiefe der Randaussparung (26) etwas grosser als die Dicke der Hauptplatine (22) ist, wobei ein Fortsatz (29) der Hauptplatine diese Randaussparung (26) durchsetzend zur Kopfplatte (11) reicht und die an den Kantenbereichen endenden Leiterbahnen zur Unterseite der Hauptplatine reichen und mit den dort ausgebildeten Anschlußstellen (34) verlötbar sind.
8. Relais nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Randaussparung (26) die Längskante (24) in ungleich lange Kantenbereiche (27, 28) gliedert und dass der Fortsatz (29) dementsprechend unsymmetrisch von der Hauptplatine (22) ausgeht.

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9. Relais nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest in Teilbereichen zwischen nebeneinanderliegenden Leiterbahnen der Zwischenplatine Nuten im isolierenden Trägermaterial ausgebildet sind.