EP0168682A2 - Ein eine gedruckte Schaltung tragender Steckverbindungsmodul - Google Patents
Ein eine gedruckte Schaltung tragender Steckverbindungsmodul Download PDFInfo
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- H01C10/32—Adjustable resistors the contact sliding along resistive element the contact moving in an arcuate path
- H01C10/34—Adjustable resistors the contact sliding along resistive element the contact moving in an arcuate path the contact or the associated conducting structure riding on collector formed as a ring or portion thereof
Definitions
- the exact position of the printed circuit 2 on the surface of the tabular mountain-shaped carrier part 20 is carried out with the aid of an adjusting pin 22 molded onto the carrier part, which protrudes through a round opening 33 in the printed circuit 2.
- edge stops 30 projecting on the edge are provided, against which the printed circuit 2 rests. The exact position of the printed circuit 2 is thus determined.
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Abstract
Description
- Die Erfindung geht von einem eine gedruckte Schaltung tragenden Steckverbindungsmodul nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus.
- Ein derartiger Steckverbindungsmodul findet z. B. Anwendung in einem elektronischen Vergaser eines Kraftfahrzeuges. Es wird hierbei die Steuerung der Gemischanreicherung bei Start, Warmlauf und Beschleunigung elektronisch durchgeführt. Mit Hilfe einer Startklappe wird das Luft/Kraftstoffverhältnis beeinflußt. Ein zweites Stellglied an der Drosselklappe sorgt für die richtige Füllung. Zur Erkennung der Stellung und des Bewegungsablaufes der Drosselklappe dient ein sogenanntes Drosselklappenpotentiometer, das mit Hilfe einer Kupplung mit der Drosselklappenwelle verbunden ist. Die gedruckte Schaltung des Steckverbindungsmoduls besteht daher im wesentlichen aus einem Potentiometer mit einer zwischen zwei Anschlüssen gelegenen Widerstandsbahn und einer parallel sich erstreckenden Kollektorbahn, die beide von einem Schleifer befahren werden. Die Zuführung der Spannung und die Weiterleitung der abgegriffenen Spannung an die nachfolgende Elektronik erfolgt mit Hilfe einer Steckverbindung. Eine derartige Vorrichtung zum Erfassen der Arbeitsweise einer Drosselklappe eines Vergasers ist in der DE-PS 3 029 321 beschrieben. Im Ansaugkanal des Vergasers ist eine Drosselklappe, die mit dem Schleifkontakt eines Potentiometers verbunden ist. Die abgegriffene Spannung ist über einen Verstärker zu zwei Abtast- und Haltekreisen geführt, die ihrerseits mit den Eingangsklemmen eines Operationsverstärker-Komparators verbunden sind. Die Ausgangsspannung ist ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit der Drosselklappe. Kommt die Drosselklappe zum Stillstand oder dreht sie sich in der entgegengesetzten Richtung, so verschwindet die Ausgangsspannung des Komparators.
- Es ist bereits ein Drosselklappenpotentiometer bekannt, das aus einem aus Kunststoff bestehenden Isolierstoffkörper besteht, der ein Keramikplättchen mit einer Widerstandsbahn und einer Kollektorbahn als aufgebrachte gedruckte Schaltung trägt. In den Isoliorstoffkörper mit eingespritzt ist ein Steckeranschlußteil. Dieses besteht aus einem herausragenden Steckerelement und einem rückwärtigen Kontaktelement, das dem Zweck dient, das Steckerelement mit der gedruckten Schaltung elektrisch zu verbinden. Das Kontaktelement ist als Flachstecker oder als Rundstecker aus einem formstabilen Material hergestellt. Das Kontaktelement hingegen besteht aus einem relativ weichen Federmaterial. An einem Ende ist das Kontaktelement mit dem Flachstecker verschweißt und anschliessend von dem Isolierstoffkörpermaterial umspritzt. Das andere Ende des Kontaktelementes steckt in Löchern des Keramiksubstrates und ist dort mit Randkontaktstellen von Hand verlötet. Setzt man einen Rundstecker ein, so wird das Kontaktelement in eine zentrische Aushöhlung des Rundsteckers gesteckt und am freien Ende verlötet und anschließend abgeschliffen, was relativ arbeitsintensiv ist, Das Kontaktelement besitzt noch eine bogenförmige Verformung, um die durch die Temperaturschwankungen bedingten unterschiedlichen Ausdehnungen der Materialien besser ausgleichen zu können. Da das Kontaktelement aus einem relativ weichen Federmaterial besteht, kann es zu Schwierigkeiten durch ungewolltes Verbiegen des Kontaktelementes während des Umspritzungsvorganges kommen. Das Hand-Verlöten des Kontaktelementes mit den Randkontaktstellen in den Löchern stellt eine Kontaktunsicherheit dar, die sich in einer höheren Ausfallrate niederschlägt.
- Der Isolierstoffkörper besteht aus einem Basisteil mit einer ebenen ersten Fläche. Aus dieser Fläche heraus ragt ein tafelbergförmiges Trägerteil, auf dessen zweiter Flache die gedruckte Schaltung angeordnet ist. Die zweite Fläche bzw. die gedruckte Schaltung soll möglichst genau parallel zur ersten Fläche liegen. Da der Isolierstoffkörper jedoch aus Kunststoff hergestellt ist, unterliegt er den üblichen von der Formgebung des Körpers abhängigen fertigungstechnischen Schwindungstoleranzen. Messungen haben ergeben, daß die Abweichungen mehr als 100 um betragen. Darüber hinaus ist auch das Keramikplättchen der gedruckten Schaltung nicht ganz eben. Allerdings liegen die Toleranzen dort nur bei etwa + 10 µm. Die gedruckte Schaltung wird mit Hilfe einer Klebemasse am Trägerteil gehalten. Diese Klebemasse hat die Eigenschaft durch die Schwindung sich zusammenzuziehen, so daß dadurch mechanische Spannungen in der gedruckten Schaltung erzeugt werden. Es ist hierbei zu beachten, daß der Anwendungsbereich sich bis zu einer Temperatur von 150° Celsius erstrecken kann. Da die zweite Fläche nicht genau parallel zur ersten Fläche ist und da die Ausrichtung der Oberfläche der gedruckten Schaltung zur ersten Fläche erfolgt, kann es vorkommen, daß die gedruckte Schaltung an einer Stelle der ersten Fläche satt auf dem Trägerteil aufliegt, während sie an einer anderen Stelle über 100 µm Luft hat. Dies wird zwar durch eine dickere Beschichtung der Klebemasse ausgeglichen, wobei die Klebemasse jedoch nicht hart wird, sondern den Temperaturschwankungen folgen muß. Auch kann es vorkommen, daß die Klebemasse da, wo die gedruckte Schaltung satt auf dem Trägerteil aufliegt, hervorquillt und Verunreinigungen verursacht.
- Aus der DE-OS 2 849 610 ist bereits ein Lötanschluß für gedruckte Schaltungen bekannt, dessen Ende in Form einer Klammer ausgebildet ist. Diese Klammer wird randseitig auf die gedruckte Schaltung geschoben. Ein Teil der Klammer trägt ein Lötkiigelchen, welches unter Wärmeeinwirkung schmilzt und eine elektrische Verbindung herstellt zwischen Lötanschluß und Randkontaktstelle der gedruckten Schaltung. Die Lötanschliisse sind an einem einstückigen, mit Perforationslöchern versehenen Band befestigt. Nach dem Anlöten der Lötanschlüsse wird der Schleifer durchgetrennt. An den Perforationslöchern kann abschließend ein Leiter angelötet werden.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steckverbindungsmodul in der Form eines Drosselklappenpotentiometers nach der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine für Rundstecker oder auch für Flachstecker anwendbare, kontaktsichere Verlötung sowohl an der Stelle Kontaktelement/Steckerelement als auch Kontaktelement/gedruckte Schaltung gewährleistet ist unter Verwendung eines einfachen Keramiksubstrates ohne Randkontaktierungs löcher.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Um die gedruckte Schaltung unabhängig von der benutzten Klebemasse so genau wie möglich parallel zur Bezugsfläche auszurichten, sind die unterschiedlich hohen Erhebungen nach Anspruch 7 vorgesehen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend für Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher beschrieben.
- Von den Figuren zeigt:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Steckverbindungsmodul,
- Figur 2 eine Draufsicht auf diesen Steckverbindungsmodul,
- Figur 3 eine Perspektivansicht eines Bandes mit ausgestanzten Kontaktelementen und an diesen befestigten gedruckten Schaltungen,
- Figur 4 eine Seitenansicht des Steckverbindungsmoduls,
- Figur 5 einen Längsschnitt durch einen anderen Steckverbindungsmodul,
- Figur 6 einen Schnitt durch die Vorderansicht dieses Steckverbindungsmoduls, ohne gedruckte Schaltung,
- Figur 7 im vergrößerten Maßstab eine Perspektivansicht eines abgebrochenen Trägerteils,
- Figur 8 eine l'erspektivansicht eines anderen Trägerteils und
- Figur 9 das Trägerteil nach Figur 7 im Schnitt.
- Mit 1 ist in den Figuren 1 und 2 ein Isolierstoffträgerkörper aus Kunststoff bezeichnet, der einen länglichen etwa rechteckförmigen Basiskörper 16 besitzt, an den auf der Oberseite ein tafelbergförmiger Trägerteil 20 und etwa gegenüberliegend auf der Unterseite ein Fortsatz 27 angeformt sind. Ferner ist auf der Unterseite noch eine Vertiefung 23 vorgesehen, die die Lagerung für eine Welle bilden soll. In den vier Ecken des Basiskörpers 16 ist jeweils ein Langloch 18 bzw. 19 ausgespart, das zur Justage und anschließenden Befestigung des Isolierstoffträgerkörpers dient.
- Auf dem Trägerteil 20 befindet sich eine gedruckte Schaltung 2 in der Form eines rechteckförmigen Keramikplättchens, auf dem z. B. im Siebdruckverfahren eine Widerstandsbahn 10 aufgebracht ist. Die beiden Enden der Widerstandsbahn 10 sind durch randseitig geführte Leiterbahnen 12 mit Randkontaktflächen 9 verbunden. Diese Leiterbahnen bestehen aus Leitsilber und sie sind ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgebracht. Parallel zur Widerstandsbahn 10 erstreckt sich eine Kollektorbahn 11. Bei ihrer Herstellung wird zunächst eine Bahn aus Leitsilber aufgebracht und anschließend darüber eine Widerstandsbahn, vorzugsweise aus der gleichen Widerstandspaste, aus der auch die Widerstandsbahn 10 hergestellt ist. Da die Leitsilberbahn und die darüberliegende Widerstandsbahn über die gesamte Länge elektrisch miteinander verbunden sind, ergibt sich so eine niederohmige Kollektorbahn 11. Man hat dieses Verfahren zur Herstellung der Kollektorbahn deshalb gewählt, um eine höhere Lebensdauer zu erreichen, da die Silberbahn allein nicht so abriebfest wie die Widerstandsbahn ist. Der dazugehörige Schleifer, der eine elektrische Verbindung zwischen der Widerstandsbahn und der Kollektorbahn herstellt, ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Kollektorbahn selbst ist über Leiterbahnen und einen Vorwiderstand mit einer Randkontaktfläche 32 elektrisch verbunden.
- Wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, setzt sich die Widerstandsbahn 10 aus zwei Teilstrecken zusammen, wobei die schmalere Teilstrecke zumindest teilweise eine endseitig in der Nähe der Leiterbahnen angeordnete, darunterliegende Silberbahn aufweist. Die breitere Teilstrecke, die die eigentliche Widerstandsstrecke darstellt, erstreckt sich auch nur über ein relativ schmales Winkelsegment, bezogen auf die in der Vertiefung angeordnete Achse der Welle als Drehpunkt für den Schleifer, so daß eine genaue Einstellung und Justage erforderlich ist.
- Die genaue Lage der gedruckten Schaltung 2 auf der Oberfläche des tafelbergförmigen Trägerteils 20 erfolgt mit Hilfe eines an den Trägerteil angeformten Justierzapfens 22, der durch einen runden Durchbruch 33 in der gedruckten Schaltung 2 hindurchragt. Auf der dem Justierzapfen 22 gegenüberliegenden Seite des Trägerteils 20 sind randseitig vorstehende Randanschläge 30 vorgesehen, an denen die gedruckte Schaltung 2 anliegt. Damit ist die genaue Lage der gedruckten Schaltung 2 festgelegt.
- Bei der Herstellung des Isolierstoffträgerkörpers werden gleichzeitig drei runde Steckerelemente 3 mit eingespritzt. Diese Steckerelemente 3 sind aus einem Rundmaterial gedreht. Die Einspritzung erfolgt zusammen mit der Ausformung des gesamten Isolierstoffträgerkörpers hierbei so, daß der dicke Abschnitt unten aus dem angespritzten Fortsatz 27 herausragt. Wie in Figur 4 zu erkennen ist, besitzt dieser rechteckförmige Fortsatz 27 beidseitig am Ende zwei vorstehende Nasen 29, mit deren Hilfe eine die Steckerelemente aufnehmende Buchse aufgeschnappt und gehaltert werden kann.
- Über dem Fortsatz 27 befindet sich auf der Oberseite des Basiskörpers 16 im Trägerteil 20 eine ausgesparte Kammer 24. In diese Kammer ragt ein im Vergleich zum dicken Abschnitt am Fortsatz dünnerer Abschnitt des Steckerelementes 3. Dieser dünnere Abschnitt ist umgebogen und durch einen Wanddurchbruch 26 nach außen geführt. Das Ende 31 dieses dünneren Abschnittes verjüngt sich nochmals gegenüber dem dünneren Abschnitt, so daß es leicht in ein Perforationsloch 7 eines Bandes 6 eingeführt werden kann.
- Das Band 6 aus Federmaterial mit den ausgestanzten Kontaktelementen 5 ist in Figur 3 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Das freie Ende 13 des Kontaktelementes 5 besitzt bezogen auf die Mittelebene der Klemmkontur entweder eine symmetrische oder, wie in Figur 3 dargestellt, eine unsymmetrische Kontur. Die gedruckte Schaltung 2 wird in die freien Enden 13 der Kontaktelemente 5 eingeschoben, festgeklemmt und im Lötbad verlötet, so daß die Kontaktelemente 5 mit den Randkontaktflächen 9, 32 der gedruckten Schaltung 2 elektrisch und mechanisch verbunden sind. Nach dem Löten werden die Kontaktelemente 5 vom Band 6 abgetrennt und zwar so, daß ein Teilstück 8 des Bandes 6 mit einem Perforationsloch 7 übrigbleibt. Das Perforationsloch 7 liegt hierbei genau über dem Kontaktelement 5. Nach dem Abtrennen der Kontaktelemente 5 werden die Kontaktelemente mit einer bogenförmigen Verformung 15 versehen. Diese dient als Ausgleich für die unterschiedlichen Materialausdehnungen bei den hohen Temperaturschwankungen. Es ist auch denkbar, schon vor dem Abtrennen der Kontaktelemente die bogenförmige Verformung 15 anzubringen.
- Bei der Montage wird nur die mit den Kontaktelementen 5 verbundene gedruckte Schaltung 2 mit den l'erforations- löchern 7 auf die Enden 31 bzw. 34 der Steckerelemente 3 bzw. 4 aufgeschoben, geschwenkt und auf die Oberfläche 36 des Trägerteils aufgesetzt, wobei die Seite der gedruckten Schaltung 2,auf der sich die Randkontaktflächen 9, 32 befinden, am Randanschlag 30 zur Anlage kommt. Außerdem erfolgt das Aufsetzen derart, der Durchbruch 33 den Justierzapfen 22 aufnimmt. Abschließend wird das Kontakteloment 5 mit dem Steckerelenent 3 bzw. 4 ohne Schwierigkeit verlötet, da das Kontaktelement 5 und das Ende 31 bzw. 34 des Steckerelementes aus dem Wanddurchbruch 26 in der Kammeraußenwand 25 herausragen.
- In den Figuren 5 und 6 ist ein weiteres Beispiel eines Steckverbindungsmoduls dargestellt. Im Gegensatz zum anderen Beispiel, bei dem ein rundes Steckerelement 3 verwendet wird, wird hier ein flaches Steckerelement 4 eingesetzt, Auch dieses Steckerelement 4 wird einstückig in den Isolierstoffträgerkörper 14 mit eingespritzt. Figur 6 zeigt einen Schnitt durch den Isolierstoffträgerkörper 14 nach dem Einspritzen und noch vor dem Abbiegen des rückwärtigen mit Sollbiegestellen versehenen Teils des Steckerelementes 4 und vor dem Aufsetzen der gedruckten Schaltung 2. Basiskörper 17 und Trägerteil 21 entsprechen in ihrer Form dem anderen Beispiel. Auch die Vertiefung 23 ist vorgesehen. Abweichend von dem ersten Beispiel ist in Anpassung an die andere Buchse auch der Fortsatz 28 auf der Unterseite des Basiskörpers ausgebildet. Aber auch hier ist eine Rastmöglichkeit vorgesehen.
- Für den Einbau des Steckverbindungsmoduls als Potentiometer für die Vergasereinstellung ist es nun erforderlich, daß die Oberfläche der gedruckten Schaltung 2 möglichst parallel zu der Fläche liegt, die in Figur 1, 7 und 8 mit 35 bezeichnet ist. Schwankungen bis 80 pm werden toleriert. Bei der Herstellung des Isolierstoffträgerkörpers liegen - bedingt durch die unterschiedliche Schwindung des Kunststoffes - die Schwankungen an der Oberfläche des Trägerteils 20 weit über 150 µm. Nun verwendet man zur Festlegung der gedruckten Schaltung 2 auf dem Trägerteil 20 eine Klebemasse 40, die nicht aushärtet, sondern elastisch bleibt. Diese Klebemasse hat die Eigenschaft, die gedruckte Schaltung durch die ihr eigene Schwindung an sich zu ziehen, so daß mechanische Spannungen in dem Keramikplättchen entstehen. Dadurch ist eine Kontaktunsicherheit gegeben. Um die bereits erwähnten Schwankungen auszugleichen, wird an verschiedenen Stellen der Oberfläche mit optischen Mitteln der Abstand zwischen der ersten Fläche 35 und der zweiten Fläche 36 auf dem Trägerteil gemessen. Der Abstand wird dabei etwas geringer gewählt als der Sollabstand. Die Differenz wird durch mehrere Erhebungen ausgeglichen, die unterschiedliche Höhen, entsprechend der Schwindung, aufweisen. Durch Versuche hat es sich gezeigt, daß das Optimum für die Höhe bei ca. 0,1 mm liegt. Derartige angeformte Erhebungen sind in Figur 7 mit 37 und 38 bezeichnet. Sie haben eine runde, warzenförmige Form. Da diese Erhebungen sich in einem Einsatz des Spritzwerkzeuges befinden, können sie, bezüglich ihrer Höhe, nachträglich leicht bestimmt werden. Anstelle der warzenförmigen Form können die Erhebungen 39, wie in Figur 8 dargestellt, auch die Form von kurzen Stegen haben.
- Figur 9 zeigt im stark vergrößerten Maßstab die Unebenheiten der zweiten Fläche 36 und die diese ausgleichenden unterschiedlichen Höhen der Erhebungen 37 und 38.
- Das Anformen der Erhebungen 37, 38, 39 hat den Vorteil, daß die Klebomasse 40 sich gleichmäßiger unter dem Keramikplättchen verteilt und beim Andrücken nicht seitlich herausquillt, so daß damit auch Verunreinigungen vermieden werden. Wären keine Erhebungen vorhanden, so müßte man für das Andrücken und Positionieren des Keramikplättchens eine viel höhere Kraft aufbringen. Dadurch, daß Erhebungen vorhanden sind, kann die Klebemasse beim Andrücken leicht in die Zwischenräume zwischen den Erhebungen fließen, so daß eine viel geringere Andrückkraft erforderlich ist. Damit verringert sich auch die Gefahr, daß das relativ spröde Flättchen dabei mechanisch, z. B. durch Haarrisse, beschädigt wird. Ferner bewirkt das Vorhandensein der Erhebungen, daß man auch eine Klebemasse verwenden kann, die nicht so volumenstabil ist, d. h. die eine größere Schwindung besitzt, da das Plättchen ja letztlich auf den Erhebungen aufsitzt und durch die Klebemasse gehalten wird.
-
- 1 Isolierstoffträgerkörper
- 2 gedruckte Schaltung
- 3 Steckerelement
- 4 Steckerelement
- 5 Kontaktelement
- 6 Band
- 7 Perforationsloch
- 8 Teilstück des Bandes
- 9 Randkontaktflächen von 10
- 10 Widerstandsbahn
- 11 Kollektorbahn
- 12 Leiterbahn
- 13 freies Ende von 5
- 14 Isolierstoffträgerkörper
- 15 Bogenförmige Verformung
- 16 Basiskörper
- 17 Basiskörper
- 18 Langloch
- 19 Langloch
- 20 Trägerteil
- 21 Trägerteil
- 22 Justierzapfen
- 23 Vertiefung
- 24 Kammer
- 25 Kammeraußenwand
- 26 Wanddurchbruch
- 27 Fortsatz
- 28 Fortsatz
- 29 Nase
- 30 Randanschlag
- 31 Rückwärtiges Ende des Steckerelements 3
- 32 Randkontaletfläche von 11
- 33 Durchbruch
- 34 Rückwärtiges Ende des Steckerelements 4
- 35 erste Fläche
- 36 zweite Fläche
- 37 Erhebung
- 38 Erhebung
- 39 Erhebung
- 40 Klebemasse
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