EP2523264A1 - Steckersystem für eine Schaltungsanordnung - Google Patents

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EP2523264A1
EP2523264A1 EP12159030A EP12159030A EP2523264A1 EP 2523264 A1 EP2523264 A1 EP 2523264A1 EP 12159030 A EP12159030 A EP 12159030A EP 12159030 A EP12159030 A EP 12159030A EP 2523264 A1 EP2523264 A1 EP 2523264A1
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EP
European Patent Office
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shaft
collar
housing
base
sealing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12159030A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Susanne Matzner
Peter Schott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Semikron GmbH and Co KG, Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron GmbH and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/5202—Sealing means between parts of housing or between housing part and a wall, e.g. sealing rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/502—Bases; Cases composed of different pieces

Definitions

  • the invention has for its object to provide a connector system for a circuit arrangement, both mechanical stresses of the circuit board are eliminated and the required sealing properties are ensured in a simple manner.
  • the plug system according to the invention has at least one base element and a shaft element combined therewith.
  • the at least one base element extend spaced from each other and parallel to each other in a spatial direction contact elements, which protrude each with a first Whyendabterrorism from a base surface of the base member and a second Whyendabterrorism from a remote from the base surface top surface of the base member.
  • the shaft element encloses the at least one base element and projects beyond the second contact end sections of the contact elements with a shaft collar, which is oriented in the spatial direction determined by the contact elements.
  • the first contact end portions of the contact elements are provided for contacting a printed circuit board.
  • the shaft element is sealingly firmly connected to a housing of the circuit arrangement.
  • a preferred structure of a circuit arrangement which is, for example, a power electronics circuit arrangement, has a heat sink, which accommodates the components of the circuit arrangement with the highest power loss.
  • the drivers and the logic circuits are mounted on printed circuit boards.
  • the structures designed in this way are then fastened and sealed on the heat sink by means of a suitable housing.
  • Fastening formed by a screw should be done perpendicular to the circuit board.
  • the here not reliably excludable tensile stresses in the connector shaft, i. in the manhole collar of the shaft element, are defined by the invention in the direction of the manhole collar limited movable base element eliminated.
  • the plug system according to the invention is compatible with known plugs, it has at least one base element to a connector system counterpart, ie an external plug member, compatible Contact elements on.
  • a connector system counterpart ie an external plug member
  • compatible Contact elements on.
  • the attachment of the contact elements with the circuit board by soldering and, if necessary, in addition by gluing, screws or the like.
  • the manhole collar of the shaft element and the at least one base element are designed in such a way that they remain limitedly movable in the spatial direction determined by the contact elements in order to easily compensate, for example, production-related tolerances of the plug system in this spatial direction. Due to the two-part design with the at least one base element and the shaft element, the connector system according to the invention differs from known connector systems in which a subelement corresponding to the shaft element and a subelement corresponding to the at least one base element are formed integrally with one another.
  • the shaft element is formed on the underside with a shaft collar outwardly directed bearing collar for the housing.
  • the housing is formed with a hole through which the shaft member extends with its manhole collar.
  • the bearing collar of the shaft element is formed with a circumferential groove for a sealing element.
  • the sealing element is defined by the formed in the bearing collar circumferential groove out.
  • blind holes are provided in the bearing collar of the shaft element, which have an internal thread, and if the housing is formed with congruent holes for fastening screws. With the help of screwed into the blind holes mounting screws, the housing is used on the bearing collar of the shaft element and this is the in the circumferential groove of the bearing collar provided sealing element between the bearing collar of the shaft element and the housing sealingly clamped.
  • manhole collar of the shaft element has on the inside at least one peripheral sealing element which is provided for sealing an external plug member.
  • FIG. 1 1 shows a circuit arrangement 10 with a printed circuit board 12, a plug system 14 for the printed circuit board 12, and with a housing cover element 16.
  • the connector system 14 has a base member 18 with spaced-apart and mutually parallel contact elements 20, extending through the base member 18th extend through.
  • Each contact element 20 has a first contact end portion 22, which protrudes from a base surface 24 of the base member 18, and a second contact end portion 26, which protrudes from a top surface 28 of the base member 18.
  • the first contact end portions 22 of the contact elements 20 are used for contacting with the printed circuit board 12, for example by soldering.
  • the second contact portions 22 are provided for a (not shown) external connector member.
  • the connector system 14 also has a shaft member 30 with a manhole collar 32 and a shaft collar 32 directed downwardly outwardly bearing collar 34.
  • the shaft element 30 encloses the base element 18 with its shaft collar 32.
  • the shaft collar 32 projects beyond the second contact end sections 26, as viewed FIG. 3 is apparent.
  • the shaft member 30 is sealingly fixed to the housing 16.
  • the housing 16 is formed with a hole 36 through which the shaft member 30 extends with its manhole collar 32 in the assembled state.
  • the bearing collar 34 of the shaft element 30 is formed with a circumferential groove 38 for a sealing element 40 (see FIGS Figures 2 and 3 ).
  • the FIG. 3 illustrates, moreover, that the frame or ring-like sealing member 40 from the formed in the bearing collar 34, circumferential groove 38 protrudes defined. This supernatant is labeled "Ü”.
  • the bearing collar 34 has blind holes 42, which are formed with an internal thread 44. This in FIG. 1 Drawn housing 16 is formed with holes 46 which are congruent with the blind holes 42, ie axially aligned, are provided.
  • annular sealing element 50 is provided on the inside of the shaft collar 32 of the shaft member 30 for sealing a (not shown) external plug member.

Abstract

Es wird ein Steckersystem (14) für eine Schaltungsanordnung (10) beschrieben, mit mindestens einem Basiselement (18), durch das sich Kontaktelemente (20) hindurcherstrecken, die jeweils mit einem ersten Kontaktendabschnitt (22) aus einer Grundfläche (24) des Basiselementes (18) und mit einem zweiten Kontaktendabschnitt (26) aus einer Deckfläche (28) des Basiselementes (18) herausragen, und mit einem Schachtelement (30), das mindestens ein Basiselement (18) umschließt und mit einem Schachtkragen (32) über die zweiten Kontaktendabschnitte (26) der Kontaktelemente (20) übersteht. Die ersten Kontaktendabschnitte (22) der Kontaktelemente (20) sind zur Kontaktierung einer Leiterplatte (12) vorgesehen. Das Schachtelement (30) ist mit einem Gehäuse (16) fest verbunden. Das Gehäuse (16) ist mit einem Loch (36) ausgebildet, durch das sich das Schachtelement (30) mit seinem Schachtkragen (32) hindurch erstreckt.

Description

  • Bekannte Steckersysteme für Schaltungsanordnungen werden üblicherweise auf Leiterplatten gelötet und müssen dann durch ein Gehäuse der Schaltungsanordnung hindurch nach außen hin abdichten. Dabei werden entweder die Lötstellen und somit die Leiterplatte mit einer mechanischen Spannung beaufschlagt und/oder es lassen die Dichteigenschaften Wünsche offen. Um diese Mängel zu beseitigen, ist es fachüblich, relativ kleinflächige Leiterplatten in dem Gehäuse der Schaltungsanordnung zu befestigen und mittels einer zusätzlichen Steckerverbindung die Kontaktverbindung mit der eigentlichen, relativ großflächigen Ziel-Leiterplatte herzustellen. Das ist nicht nur unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten umständlich, sondern es sind z.B. zusätzliche Bauteile in die Fertigungs-Stücklisten aufzunehmen
  • Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steckersystem für eine Schaltungsanordnung zu schaffen, wobei sowohl mechanische Spannungen der Leiterplatte eliminiert sind und auch die erforderlichen Dichteigenschaften auf einfache Weise gewährleistet werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Steckersystems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Das erfindungsgemäße Steckersystem weist mindestens ein Basiselement und ein damit kombiniertes Schachtelement auf. Durch das mindestens eine Basiselement erstrecken sich voneinander beabstandet und zueinander parallel in einer Raumrichtung Kontaktelemente hindurch, die jeweils mit einem ersten Kontaktendabschnitt aus einer Grundfläche des Basiselementes und mit einem zweiten Kontaktendabschnitt aus einer von der Grundfläche abgewandten Deckfläche des Basiselementes herausragen. Das Schachtelement umschließt das mindestens eine Basiselement und steht mit einem Schachtkragen, der in der von den Kontaktelementen bestimmten Raumrichtung orientiert ist, über die zweiten Kontaktendabschnitte der Kontaktelemente über. Die ersten Kontaktendabschnitte der Kontaktelemente sind zur Kontaktierung einer Leiterplatte vorgesehen. Das Schachtelement ist mit einem Gehäuse der Schaltungsanordnung abdichtend fest verbunden.
  • Ein bevorzugter Aufbau einer Schaltungsanordnung, bei der es sich bspw. um eine Leistungselektronik-Schaltungsanordnung handelt, weist einen Kühlkörper auf, der die Komponenten der Schaltungsanordnung mit der höchsten Verlustleistung aufnimmt. Darauf werden üblicherweise die Ansteuerungen und die Logikschaltungen auf Leiterplatten angebracht. Die solchermaßen gestalteten Gebilde werden dann mittels eines geeigneten Gehäuses auf dem Kühlkörper befestigt und abgedichtet. Die bspw. von einer Verschraubung gebildete Befestigung soll senkrecht zur Leiterplatte erfolgen. Die hierbei nicht zuverlässig ausschließbaren Zugspannungen im Steckerschacht, d.h. im Schachtkragen des Schachtelementes, werden durch das in Richtung des Schachtkragens erfindungsgemäß definiert begrenzt bewegliche Basiselement eliminiert.
  • Das erfindungsgemäße Steckersystem ist zu bekannten Steckern kompatibel, es weist mindestens ein Basiselement mit zu einem Steckersystem-Gegenstück, d.h. einem externen Steckerorgan, kompatiblen Kontaktelementen auf. Die Befestigung der Kontaktelemente mit der Leiterplatte erfolgt durch Löten und im Bedarfsfall zusätzlich durch Kleben, Schrauben o.dgl.
  • Der Schachtkragen des Schachtelementes und das mindestens eine Basiselement sind derartig gestaltet, dass sie in der durch die Kontaktelemente bestimmten Raumrichtung begrenzt beweglich bleiben, um bspw. fertigungsbedingte Toleranzen des Steckersystems in dieser Raumrichtung problemlos auszugleichen. Durch die zweiteilige Ausbildung mit dem mindestens einen Basiselement und dem Schachtelement unterscheidet sich das erfindungsgemäße Steckersystem von bekannten Steckersystemen, bei welchen ein dem Schachtelement entsprechendes Teilelement und ein dem mindestens einen Basiselement entsprechendes Teilelement miteinander materialeinstückig ausgebildet sind.
  • Als vorteilhaft hat es sich bei dem erfindungsgemäßen Steckersystem erwiesen, wenn das Schachtelement unterseitig mit einem vom Schachtkragen nach außen gerichteten Lagerbund für das Gehäuse ausgebildet ist. Das Gehäuse ist mit einem Loch ausgebildet, durch das sich das Schachtelement mit seinem Schachtkragen hindurch erstreckt.
  • Um zwischen dem Schachtelement und dem Gehäuse eine zuverlässige Abdichtung zu realisieren, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Lagerbund des Schachtelementes mit einer umlaufenden Rinne für ein Dichtungselement ausgebildet ist. Das Dichtungselement steht aus der im Lagerbund ausgebildeten umlaufenden Rinne definiert heraus. Zur dichten Verbindung des Gehäuses mit dem Schachtelement ist es bevorzugt, wenn im Lagerbund des Schachtelementes Sackloch-Hülsen vorgesehen sind, die ein Innengewinde aufweisen, und wenn das Gehäuse mit deckungsgleichen Löchern für Befestigungsschrauben ausgebildet ist. Mit Hilfe der in die Sacklochhülsen eingeschraubten Befestigungsschrauben wird das Gehäuse an den Lagerbund des Schachtelementes herangezogen und hierbei das in der umlaufenden Rinne des Lagerbundes vorgesehene Dichtungselement zwischen dem Lagerbund des Schachtelementes und dem Gehäuse abdichtend eingeklemmt. Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige Abdichtung des definiert begrenzt beweglichen Schachtelementes, d.h. seines Schachtkragens, in Bezug zum Gehäuse der Schaltungsanordnung.
  • Zweckmäßig kann es sein, wenn der Schachtkragen des Schachtelementes innenseitig mindestens ein umlaufendes Dichtungselement aufweist, das zur Abdichtung eines externen Steckerorgans vorgesehen ist.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Steckersystems für eine Schaltungsanordnung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 in einer Explosionsdarstellung eine Schaltungsanordnung mit einem Steckersystems,
    • Figur 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform des Steckersystems, und
    • Figur 3 eine Schnittdarstellung des Steckersystems gemäß Figur 2.
  • Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung 10 mit einer Leiterplatte 12, einem Steckersystem 14 für die Leiterplatte 12, und mit einem Gehäuse-Deckelelement 16.
  • Wie auch aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, weist das Steckersystem 14 ein Basiselement 18 mit voneinander beabstandeten und zueinander parallelen Kontaktelementen 20 auf, die sich durch das Basiselement 18 hindurch erstrecken. Jedes Kontaktelement 20 weist einen ersten Kontaktendabschnitt 22, der aus einer Grundfläche 24 des Basiselementes 18 herausragt, und einen zweiten Kontaktendabschnitt 26 auf, der aus einer Deckfläche 28 des Basiselementes 18 herausragt. Die ersten Kontaktendabschnitte 22 der Kontaktelemente 20 dienen zur Kontaktierung mit der Leiterplatte 12 z.B. durch Löten. Die zweiten Kontaktabschnitte 22 sind für ein (nicht gezeichnetes) externes Steckerorgan vorgesehen.
  • Das Steckersystem 14 weist außerdem ein Schachtelement 30 mit einem Schachtkragen 32 und einem vom Schachtkragen 32 unten nach außen gerichteten Lagerbund 34 auf. Das Schachtelement 30 umschließt mit seinem Schachtkragen 32 das Basiselement 18. Der Schachtkragen 32 steht über die zweiten Kontaktendabschnitte 26 über, wie aus Figur 3 ersichtlich ist.
  • Das Schachtelement 30 ist mit dem Gehäuse 16 abdichtend fest verbunden. Zu diesem Zwecke ist das Gehäuse 16 mit einem Loch 36 ausgebildet, durch das sich das Schachtelement 30 mit seinem Schachtkragen 32, im zusammengebauten Zustand, hindurch erstreckt.
  • Zur Abdichtung des Gehäuses 16 mit dem Schachtelement 30 des Steckersystems 14 ist der Lagerbund 34 des Schachtelementes 30 mit einer umlaufenden Rinne 38 für ein Dichtungselement 40 ausgebildet (siehe die Figuren 2 und 3). Die Figur 3 verdeutlicht außerdem, dass das rahmen- bzw. ringartige Dichtungselement 40 aus der im Lagerbund 34 ausgebildeten, umlaufenden Rinne 38 definiert übersteht. Dieser Überstand ist mit "Ü" bezeichnet. Aus Figur 3 ist außerdem ersichtlich, dass der Lagerbund 34 Sackloch-Hülsen 42 aufweist, die mit einem Innengewinde 44 ausgebildet sind. Das in Figur 1 gezeichnete Gehäuse 16 ist mit Löchern 46 ausgebildet, die mit den Sackloch-Hülsen 42 deckungsgleich, d.h. axial fluchtend, vorgesehen sind. Zur abdichtenden, festen Verbindung des Gehäuse 16 mit dem Schachtelement 30 des Steckersystems 14 werden durch die Löcher 46 des Gehäuse 16 Befestigungsschrauben 48 durchgesteckt und in die Sackloch-Hülsen 42 eingeschraubt. Dabei wird das Gehäuse 16 mit dem Lagerbund 34 des Schachtelementes 30 verspannt und das Dichtungselement 40 zwischen dem Gehäuse 16 und dem Lagerbund 34 abdichtend eingeklemmt.
  • Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist an der Innenseite des Schachtkragens 32 des Schachtelementes 30 zur Abdichtung eines (nicht gezeichneten) externen Steckerorgans ein ringförmiges Dichtungselement 50 vorgesehen.
  • Gleiche Einzelheiten sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit den selben Bezugsziffern bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit allen Figuren alle Einzelheiten jeweils detailliert zu beschrieben.
    • Bezugsziffernliste:
    • 10
    Schaltungsanordnung
    12
    Leiterplatte (von 10)
    14
    Steckersystem (von 10)
    16
    Gehäuse (von 10)
    18
    Basiselement (von 14 für 20)
    20
    Kontaktelement
    22
    erster Kontaktendabschnitt (von 20)
    24
    Grundfläche (von 18)
    26
    zweiter Kontaktendabschnitt (von 20)
    28
    Deckfläche (von 18)
    30
    Schachtelement (von 14)
    32
    Schachtkragen (von 30)
    34
    Lagerbund (von 30 an 32)
    36
    Loch (in 16 für 30 bzw. 32)
    38
    umlaufende Rinne (in 34 für 40)
    40
    Dichtungselement (in 38)
    42
    Sachloch-Hülse (in 34 für 48)
    44
    Innengewinde (von 42)
    46
    Loch (in 16 für 48)
    48
    Befestigungsschraube (für 16 und 30)
    50
    Dichtungselement (in 32)

Claims (6)

  1. Steckersystem für eine Schaltungsanordnung, mit mindestens einem Basiselement (18), durch das sich voneinander beabstandet und zueinander parallel Kontaktelemente (20) hindurcherstrecken, die jeweils mit einem ersten Kontaktendabschnitt (22) aus einer Grundfläche (24) des Basiselementes (18) und mit einem zweiten Kontaktendabschnitt (26) aus einer von der Grundfläche (24) abgewandten Deckfläche (28) des Basiselementes (18) herausragen, und mit einem Schachtelement (30), das mindestens ein Basiselement (18) umschließt und das mit einem Schachtkragen (32) über die zweiten Kontaktendabschnitte (26) der Kontaktelemente (20) übersteht, wobei die ersten Kontaktendabschnitte (22) der Kontaktelemente (20) zur Kontaktierung einer Leiterplatte (12) vorgesehen sind und das Schachtelement (30) mit einem Gehäuse (16) fest verbindbar ist, wobei das Gehäuse (16) mit einem Loch (36) ausgebildet ist, durch das sich das Schachtelement (30) mit seinem Schachtkragen (32) hindurch erstreckt.
  2. Steckersystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Schachtelement (30) mit einem vom Schachtkragen (32) nach außen gerichteten Lagerbund (34) für das Gehäuse-Deckelelement (16) ausgebildet ist.
  3. Steckersystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Lagerbund (34) des Schachtelementes (30) mit einer umlaufenden Rinne (38) ausgebildet ist, in der ein Dichtungselement (40) vorgesehen ist.
  4. Steckersystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Dichtungselement (40) aus der im Lagerbund (34) ausgebildeten umlaufenden Rinne (38) definiert heraussteht.
  5. Steckersystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Lagerbund (34) des Schachtelementes (30) Sackloch-Hülsen (42) aufweist, die mit einem Innengewinde (44) ausgebildet sind, und dass das Gehäuse (16) mit deckungsgleichen Löchern (46) für Befestigungsschrauben (48) ausgebildet ist.
  6. Steckersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schachtkragen (32) des Schachtelementes (30) innenseitig mindestens ein Dichtungselement (50) aufweist, das zur Abdichtung eines externen Steckerorgans vorgesehen ist.
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