EP2899812B1 - Verbindungsanordnung an Leiterplatten - Google Patents

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EP2899812B1
EP2899812B1 EP14198976.4A EP14198976A EP2899812B1 EP 2899812 B1 EP2899812 B1 EP 2899812B1 EP 14198976 A EP14198976 A EP 14198976A EP 2899812 B1 EP2899812 B1 EP 2899812B1
Authority
EP
European Patent Office
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contact elements
plug
circuit board
contact
connection arrangement
Prior art date
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Active
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EP14198976.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2899812A9 (de
EP2899812A1 (de
Inventor
Klaus Wittig
Werner Kallee
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.)
Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG
Original Assignee
Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG filed Critical Wuerth Elektronik ICS GmbH and Co KG
Publication of EP2899812A1 publication Critical patent/EP2899812A1/de
Publication of EP2899812A9 publication Critical patent/EP2899812A9/de
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Publication of EP2899812B1 publication Critical patent/EP2899812B1/de
Active 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
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/183—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H01R4/184—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion
    • 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
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/515—Terminal blocks providing connections to wires or cables
    • 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
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes

Definitions

  • the invention is based on an arrangement for the electrical and mechanical connection of plug-in elements via a base with a printed circuit board, which is designed for high electrical and mechanical requirements.
  • IPC class H01R 13/53 relates to base plates or housings for high electrical requirements.
  • IPC class H01R 13/533 concerns base plates or housings for use under extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure.
  • plug-in connections consist of a plug-in element and a socket element.
  • plug-in elements For example, there are normal sockets that accept plugs that are attached to the ends of wires.
  • Such connection arrangements are also suitable and intended for very frequent establishment and release of the connection.
  • WO 2007/145764 relates to connectors for power transmission where heat build-up can cause a plastic housing to yield.
  • a connector has a connector housing and power contacts.
  • a mating connector includes a connector housing and a plurality of power contacts accessible through accessible through openings. Furthermore, the connectors can be mated together and attached to printed circuit boards. A power contact can be inserted into the connector. Also provided are terminals having mounting features of a printed circuit board structure.
  • U.S. 7,137,848 discloses a central housing with a board mount interface. Power and signal contacts are also provided. These may be configured as needle eye pins for press fit connection to holes such as vias on a printed circuit board.
  • the core also includes latch openings for receiving latch elements configured for snappingly engaging mating latch features of a circuit board to which the core can be mounted.
  • EP 0,884,801 , DE 100 47 457 and DE 42 26 172 each disclose connectors that rely on forming press-fit connections.
  • EP 1,069,651 A1 discloses a metal terminal that is inserted into a via of an electrical circuit substrate and makes electrical contact at the via.
  • the terminal has a stopper which abuts against the substrate at the rear end of the contact hole, thereby preventing further insertion of the terminal into the contact hole.
  • An anti-removal portion abuts the substrate at the front of the contact hole to resist undesired terminal withdrawal.
  • the removal preventing portion is resiliently deformable to allow it to pass through the contact hole during insertion of the terminal. Contact elements between the stopper and the removal preventing portion make electrical contact in the contact hole.
  • EP 1,069,651 A1 disclosed connection difficult to handle manually on the part of a user.
  • this requires the application of a very large manual force to pass the removal-preventing portion through the contact hole, which quickly overwhelms the skills of a human user if a sufficiently high holding force in the inserted state is to be subsequently achieved.
  • the mechanical stress acting on the board according to EP 1,069,651 A1 big. Multiple plugging in accordance with a socket-plug method is also not possible with such a system possible, since plastic deformation of the removal prevention section occurs at high holding forces.
  • US2004/0097141 A1 discloses a connection arrangement between a plug element and a printed circuit board, the plug element having two double-curved spring arms which each form two contact points within one of two bores.
  • US2006/0110955 A1 discloses a plug-in element with spring arms which at the same time produces an electrical connection through its contact pressure with a plated-through hole in a printed circuit board and generates a non-positive fuse.
  • the invention is based on the object of creating a connection arrangement which is of significantly simpler construction and largely eliminates the possibility of operating errors or malfunctions, with a sufficiently strong fastening effect being to be achieved with good manual handling.
  • the invention proposes a connection arrangement, a plug-in element, a vehicle and a use with the features specified in the independent claims. Developments of the invention are the subject of dependent claims.
  • a connection arrangement is created, with a plug-in element, which has at least one pluggable spring-like contact element, in particular a plurality of pluggable spring-like contact elements, with a reversible deflection characteristic, and with a circuit board with plated-through holes, which are in one of the arrangement of the contact element or the Contact elements of the plug-in element are arranged in a corresponding arrangement, with the bores and the contact element or contact elements that can be inserted in them being matched to one another in such a way that the plug-in element can be connected to the printed circuit board by hand by inserting the contact element or contact elements into the bores and from can be removed by hand; and is provided with a vibration-resistant mechanical safeguard against unintentional removal of the plug-in element from the printed circuit board; wherein the contact element and the vibration-resistant mechanical fuse are provided separately from one another, wherein the contact element or the contact elements has or have two legs leaving an intermediate space between them; wherein the contact element or the contact elements as two curved spring
  • a vehicle for example, a motor vehicle, a passenger vehicle, a truck, a bus, an agricultural vehicle, a baler, a combine harvester, a self-propelled sprayer, a road construction machine, a tractor, an aircraft, an airplane, a A helicopter, spaceship, zeppelin, watercraft, ship, rail vehicle or train
  • Corresponding contact elements can also be referred to as high-current-capable contact elements.
  • high-current-capable contact elements can mean in particular that the contact elements are designed in terms of dimensions, material, mutual spacing, etc. such that they are suitable for carrying a high electrical current.
  • an electric current in the ampere range can be transmitted from the contact elements to the conductor tracks.
  • One can speak of a high current in particular if the contact elements are specially designed to be able to transport at least 5 amperes per contact element, in particular at least 10 amperes per contact element, without jeopardizing the intended use of the connection arrangement.
  • the contact elements should be designed in a high-current configuration in such a way that an undesired heating of the connection arrangement is avoided or another technical function of the connection arrangement suffers damage when such high currents are conducted by means of the contact elements.
  • the high-current-resistant configuration of the contact elements can be designed in such a way that the contact elements together can carry cumulative currents of at least 50 amperes, in particular at least 100 amperes.
  • the high-current capability of the contact elements can be considered given if the contact elements can be connected to a vehicle battery and can supply current from the vehicle battery to the connected printed circuit board without interference.
  • the high-current capability can be taken for granted if contact resistances according to the press-in standard meet the requirements of IEC 60512-2.
  • vibration-resistant mechanical fuse can in particular have the meaning that unintentional detachment of the plug-in element from the printed circuit board is avoided even in the presence of vibrations which act on a technical system having the connection arrangement.
  • vibrations as they occur in a motor-driven, in particular an internal combustion engine-driven device (in particular a vehicle), do not lead to any negative influence on the system function in the case of a vibration-resistant mechanical safety device.
  • the connection arrangement is installed in the engine compartment of an off-road vehicle, the vibrations that usually occur there should not lead to an undesirable loss of electrical contact between the contact elements and the mating contact in the respective associated hole in the printed circuit board.
  • the mechanical fuse in order to achieve robustness against vibration, can be designed in terms of material, dimensions, fastening forces, etc. in such a way that the corresponding vibrations do not result in the plug-in element becoming undesirably detached from the printed circuit board.
  • the connection arrangement can be designed to realize the vibration robustness in accordance with the industry standard ISO TS 16750, in particular ISO TS 16750-3.
  • ISO 16750 defines a standard for mechanical stress requirements for off-road vehicles.
  • connection arrangement can also be designed to meet the IEC 60512-4 standard, in particular at least one of the sub-requirements according to IEC 68.2.6 (vibration sinusoidal), IEC 68-2-27 and IEC 68-2-29 (multiple shocking), IEC 68-2-64 (broad band noise), IEC-68-2-64 (vibration in cold atmosphere) and IEC-68-2-50 and IEC-68-2-51 (vibration in warm atmosphere) to fulfill.
  • IEC 68.2.6 vibration sinusoidal
  • IEC 68-2-27 and IEC 68-2-29 multiple shocking
  • IEC 68-2-64 broad band noise
  • IEC-68-2-64 vibration in cold atmosphere
  • IEC-68-2-50 and IEC-68-2-51 vibration in warm atmosphere
  • the Insertion and removal forces even with the provision of multiple contact elements, for example at least five contact elements (especially at least ten contact elements), are sufficiently low that they can be applied by the muscular strength of an average adult human user.
  • the term "unintentional removal of the plug-in element from the printed circuit board” can in particular have the meaning that the safety device reliably prevents the plug-in element from being undesirably removed by a user.
  • this term is also intended to express the fact that an undesired loosening of the connection due to engine-induced vibrations or the like is avoided.
  • the term “pulling off” therefore includes in particular an active pulling and a release caused by external influences without the participation of a user.
  • the plug or contact element can locally displace metallic material of the plated-through sleeve or hole in the printed circuit board or simply bear against it.
  • IEC-68-2-52 describes a salt spray test (salt spray) for corrosion-resistant connections, which is met with metal displacement.
  • the connection arrangement according to the invention can be set up to pass a test according to IEC-68-2-52.
  • a plug-in element with high-current-capable contact elements can thus be provided in a connection arrangement, which plug-in element can even easily meet the high electrical requirements from the automotive sector.
  • the plug-in element can be manually inserted directly into the corresponding drilled holes in the printed circuit board by a human user, without a separate socket being required between the plug-in element and the printed circuit board, as is the case with conventional high-current-capable connection arrangements.
  • the invention represents a paradigm shift, since the simultaneous fulfillment of high current strength and vibration resistance requirements with the architecture there is impossible and, in addition, manual usability is not permitted when several contact elements are contacted at the same time.
  • a high-current direct plug-in technology for directly attaching printed circuit boards to a plug-in element can be achieved without the provision of plug-in sockets or the like, so that apart from any optional soldered components and possible purely mechanical fastening elements, only the printed circuit board itself is required.
  • a high electrical current-carrying capacity with a high mechanical strength and thus a high holding power be combined, which can be achieved, for example, by an easily locked and unlocked mechanical security system. Only through this additional mechanical locking, which can be provided on the plug-in element and/or on the printed circuit board, can the above-mentioned effects be achieved in combination.
  • connection arrangement according to the invention. These refinements also apply to the vehicle, the use of the invention. Although these configurations are described using a plurality of contact elements, it is expressly emphasized that each of these configurations can also be used if exactly one contact element is provided. It is also possible to provide exactly one hole in the printed circuit board, corresponding to exactly one contact element.
  • connection arrangement can be used particularly advantageously for automotive applications, ie in motor vehicles of all types, combine harvesters, road construction machines, vehicle technology, railway technology, aviation technology, harvesting machine technology or in other areas of off-road vehicles or agriculture.
  • the high current capability of the connection arrangement can allow currents of 5 to 25 amps and more to be allowed per individual pin of the contact elements, while applying a vibration load.
  • the connection arrangement can thus advantageously be configured as an automotive connection arrangement.
  • a latching mechanism or, more generally, a mechanical securing mechanism can be provided by the connector body.
  • a latching mechanism e.g. implemented as a barb or by other means
  • material can be saved due to the elimination of a base and a consequent direct connection between the printed circuit board and the plug-in element, an electrical interface can be omitted and thus better quality can be achieved at lower costs.
  • electrical components such as cable harnesses can be flanged directly to the printed circuit board.
  • a current carrying capacity of, for example, 70 to 100 amperes, in particular up to 150 amperes and more, can be achieved with the connection arrangement.
  • a current load of 10 to 15 amperes can be carried per contact element, for example via a battery feed.
  • the contact elements or pins can be provided so that they can be plugged in elastically and reversibly and, for example, can be plugged in with forces of at most 10 Newtons. Reliable contacting with the counter-contacting provided on the borehole side can thus be achieved and good handling can be achieved.
  • the connection arrangement according to the invention is suitable for automotive applications, for example on tractors or buses, where according to the invention mechanical attachment of the connector and the circuit board through the mechanical fuse may be required separately from the electrical transmission to the circuit board.
  • Such connections can transmit strong currents and withstand high mechanical loads. At the same time, they can be plugged in several times by hand. Thus, high fastening forces can be achieved with low insertion and extraction forces, for example when a tractor is to be repaired by a user in the field.
  • the plug according to the invention can be standardized and thus made usable for many applications.
  • the plurality of pluggable contact elements can be arranged to run parallel to one another.
  • a linear, space-saving geometry can be achieved, which at the same time enables a large number of individual contacts to be contacted with corresponding counterparts on a printed circuit board.
  • Several such rows of contact elements can be combined, for example arranged parallel to one another.
  • a two-dimensional, for example matrix-shaped, hiding is also possible, in which contact elements can be arranged in rows and columns. With such an ordered structure, a standardized plug can also be created, which is then suitable for many applications.
  • connection arrangement can be equipped with a positioning aid for aligning the plug-in element with respect to the printed circuit board immediately before the contact elements are inserted.
  • a positioning aid can intuitively make it easier for a user to correctly plug in between the plug-in element and the printed circuit board and thus avoid electrical malfunctions.
  • connection arrangement can be provided with a stop to limit the insertion of the contact elements into the printed circuit board.
  • a stop or spacer can define a minimum distance between the printed circuit board and the plug-in element, and thus, for example, prevent the formation of unwanted electrical contacts or the skipping of an electrical signal across a thin gap.
  • All contact elements of the plug-in element can be designed identically and arranged identically. This measure allows a standard plug to be provided, which can be combined on the opposite side with a correspondingly standardized printed circuit board system.
  • the contact elements can be designed to be flexible in a direction transverse to the plug-in direction, at least in the regions to be arranged within the plated-through hole.
  • a force can act on the contact elements, forcing them into the contact holes.
  • the contact elements can be under a slight preload when they dip into the contact hole. This prestressing can enable reliable electrical contacting with the mating contacts inside the drilled hole.
  • contact forces which must first be overcome by the user during insertion, should be small enough not to jeopardize mechanical handling even when a user inserts several such contacts at the same time, i.e. not to allow the insertion forces to become too great.
  • the deflection characteristic of the contact elements which are designed in the manner of springs, for example, can be designed to be reversible, that is to say lead to elastic springback when the plug-in element is removed from the printed circuit board.
  • the plug-in element can be used several times and is not destroyed by a single use.
  • Plastic deformation can be avoided by making the contact elements resilient and by providing the contact elements as two curved spring elements at a distance from one another.
  • the contact elements have two legs leaving an intermediate space between them.
  • Their outer sides facing away from each other can optionally be designed convexly curved, for example. Such a curvature can prevent the legs from spreading apart when they come into contact with a flat surface.
  • elastic pluggability can be achieved.
  • the two legs can begin in front of the printed circuit board. A portion of the legs may remain outside of the drilled hole even when the tab and circuit board are hidden from each other.
  • the plug element can be a plug arranged at the end of one or more cables, in particular a plug connector of a cable harness.
  • a wiring harness can be understood as a bundling of individual lines that transmit signals and/or working currents. According to the invention, it is possible to use such cable harnesses as part of automotive systems, ie in vehicle technology or in mechanical engineering.
  • the plug-in element can be arranged on a housing containing an electronic component, for example a relay or a fuse.
  • an electronic component for example a relay or a fuse.
  • a housing-free configuration of the plug-in element is also possible, in which it is only provided as a sheet metal element (which can be electrically insulated with a paint, for example, in order to protect a user from high currents).
  • the plug element can form part of a holder for an electronic component, for example a relay or a fuse. Such an electrical component can thus be fastened to the plug-in element, designed as a holder.
  • all contact elements of a plug-in element can be produced in one piece from a piece of sheet metal by stamping and bending. Such an integral design of the plug-in element from a piece of sheet metal results in particularly low costs.
  • a plug-in element but can also be made up of several components, for example to integrate additional functions.
  • the mechanical securing of the plug-in element and the printed circuit board can be connected with a mechanical load capacity according to ISO 16750-3 (in particular in the version ISO 16750-3:2007).
  • the design of the mechanical safety device can be such that a correspondingly configured connection arrangement can pass the tests specified in ISO 16750, in particular in ISO 16750-3 (in the version on the filing date of the European patent application EP 09163009.5, i.e. on 06/17/2009 , valid version) are defined, can be successfully completed.
  • Devices according to the invention can be designed in accordance with ISO 16750, in particular in the versions ISO 16750-1:2006, ISO 16750-2:2006, ISO 16750-3:2007, ISO 16750-4:2006 and ISO 16750-5 :2003.
  • the mechanical fuse can connect the plug-in element and the circuit board with a mechanical fastening force of at least approximately 100 Newtons, in particular at least approximately 200 Newtons, more particularly at least approximately 300 Newtons. Such fastening forces may be sufficient to allow adequate vibration resistance.
  • the bores and the contact elements that can be inserted into them can have an electrical load capacity in accordance with ISO 16750-2 (in the version on the filing date of the European patent application EP 09163009.5, i.e. on 06/17/2009 , current version).
  • the bores and the contact elements that can be inserted into them can, in particular, have an electrical load capacity according to ISO 16750-2 in the version ISO 16750-2:2006.
  • the contact elements can be designed mechanically and electrotechnically in such a way that the electrical stress tests according to the industrial standard mentioned are passed successfully.
  • each of the pluggable contact elements can be designed for an electrical load capacity of at least approximately 5 amperes, in particular of at least approximately 10 amperes, more particularly of at least approximately 20 amperes. If several pins are provided (which can be operated electrically separately from one another), a total current carrying capacity of, for example, 70 amperes and more can be achieved.
  • Each of the plug-in contact elements can be designed with a plug-in force of at most approximately 10 Newtons for plugging into one of the bores. Thus, for example, when providing five contact elements that are to be plugged into a printed circuit board by a user simultaneously, a plugging force of 50 Newtons may be required, which a user can still apply without any problems.
  • the mechanical fuse and the plug-in contact elements are provided as separate components that are attached separately to the plug-in element.
  • a mechanical security component and the pluggable contact elements can be free of a direct, immediate mechanical adjacency to one another and can also be electrically decoupled from one another.
  • the plug-in element of the connection arrangement is provided with the mechanical safeguard against unintentional removal of the plug-in element from the printed circuit board.
  • the male member alone may have a structure that accomplishes the securing (e.g., a fastening lever, a barbed male fastener, etc.).
  • the printed circuit board can be completely free of fuse elements or only have a receiving bore for receiving a fuse of the plug-in element or a surface on which a fuse of the plug-in element can engage.
  • the printed circuit board can be provided with the mechanical fuse.
  • the circuit board alone may have a structure that accomplishes the securing (for example, a fastening lever, a barbed male fastener, etc.).
  • the plug-in element can be completely free of fuse elements or only have a receiving bore for receiving a fuse on the printed circuit board or a surface on which a fuse on the printed circuit board can engage. It is also possible that both the printed circuit board and the plug-in element each have a structural component that is used for securing.
  • a surface of the printed circuit board that is free of the plated-through holes can be provided with an assembly protection feature.
  • this surface can be coated or cast with protective material (for example a lacquer or an encapsulation volume).
  • protective material for example a lacquer or an encapsulation volume.
  • assemblies are often protected mechanically by a housing or chemically by thin-layer coatings.
  • Complete encapsulation of an assembly as an alternative to housing coating is traditionally often cumbersome and therefore uneconomical, because with the conventional provision of sockets between the circuit board and plug-in element, a three-dimensional contour (due to the assembled components and above all the sockets) often has to be taken into account.
  • simplified component protection is possible since there is only a two-dimensional coating task.
  • the printed circuit board can be essentially flat and only have the boreholes and their contacts. At best, flat soldered components can be present on it.
  • direct plug-in technology it is also possible to save on complete housings (and the necessary tools) by encapsulating or coating the assemblies and thus completely protecting them mechanically or chemically.
  • the area of the contact hole bores and the contacts contained therein could be covered with a simple mask and a complete remaining surface section of the conductor tracks with be sprayed with a paint finish or potted.
  • a corresponding method for forming an assembly protection is provided according to the invention.
  • At least one additional hole can be provided in the printed circuit board, which is provided with the component protection material, in particular coated or cast.
  • the component protection material in particular coated or cast.
  • holes that are not to be populated and/or holes that are intended for forming soldered connections can be covered by protective assembly material.
  • connection arrangement can also be designed in such a way that it can be used with IEC-60512-6 (rapid temperature cycles according to the press-in standard) is compatible, in particular also according to IEC-68-2-14 (dry heat) is compatible. It is also possible for the connection arrangement to be designed in accordance with tests with different climatic conditions according to the press-in standard IEC-60512-6 and IEC-60512-11-1 (cf.
  • connection arrangement in particular IEC 68-2-1 (coldness), IEC 68-2-2 (dry heat) and IEC 68-2-30 (damp heat, cyclic)).
  • the connection arrangement can also be used in accordance with an industrial climate test according to IEC 60512-11-7 (IEC 68-2-52 (salt spray, cyclic) or IEC 68-2-60 (corrosive gas (H 2 S, NO 2 , SO 2 ) be configured.
  • the high-current contact elements can be made in particular from copper, aluminum, silver, gold or alloys such as brass or bronze.
  • the ohmic resistance of such a contact element can be in the range between 10 ⁇ and 10 m ⁇ , preferably between 100 ⁇ and 1 m ⁇ .
  • a length of the contact elements through which the electric current flows can be in a range between 1 mm and 100 mm, preferably between 2 mm and 50 mm.
  • a thickness of the contact elements through which the electric current flows can be in a range between 0.1 mm and 6 mm, preferably between 0.5 mm and 3 mm.
  • a cross-sectional area of the contact elements can range between 0.01 mm 2 and 30 mm 2 , preferably between 0.2 mm 2 and 25 mm 2 .
  • the vibration resistant mechanical fuse can be made from any of the following materials: steel, hard plastic, copper, aluminium, silver, gold or alloys such as brass or bronze.
  • the vibration-resistant mechanical fuse can be designed to be able to withstand vibration forces as in
  • the contact elements can be designed as crimp contacts.
  • a crimped connection enables a stable, flexible connection to a wire or cable that can be implemented with justifiable effort.
  • Crimping or flanging is a joining process in which two components are joined together by plastic deformation.
  • the crimp contacts may have a crimpable crimpable portion (for attaching a wire or cable) and a resilient pluggable portion (for plugging directly onto a printed circuit board).
  • the mating zone is thicker because of the required mechanical stability and the power transmission in the through-plating of the circuit board.
  • the vibration-resistant mechanical fuse can be designed as at least one latching clip, which can be set up to engage in a correspondingly designed latching receiving opening in the printed circuit board.
  • the plug can be plugged into the circuit board and locked in an easy-to-handle manner. Tolerance compensation for the board thickness can be achieved by depth milling on the underside of the board/printed circuit board.
  • the vibration-resistant mechanical fuse can be designed as at least one screw element, which can be set up to engage in a correspondingly designed threaded bushing on the printed circuit board.
  • the threaded bushes can be screwed to the circuit board. Thickness tolerances of the circuit boards can be compensated via the screw-in depth.
  • the vibration-resistant mechanical securing device can be designed as at least one expanding rivet, which is set up to engage in a correspondingly designed rivet receiving opening in the printed circuit board.
  • a rivet bolt can be pressed in and variably expanded. Tolerances in board thickness can be compensated.
  • An active and an inactive expanding rivet can be provided in order to improve handling.
  • the contact elements in particular in combination with the printed circuit board
  • the contact elements can be designed such that when the contact elements are manually inserted into the bores, the contact elements are deformed only (or exclusively) in the elastic range.
  • the contact spring can actually only be deformed in the elastic range.
  • the area in which deflection and restoring force are directly proportional to one another can be regarded as the elastic area.
  • the area in which no plastic deformation occurs can be regarded as the elastic area.
  • plug-in element 1 shows a plug-in element for such a connection arrangement with a total of seven plug-in contact elements 5, each capable of high current. These are connected to an in 1 circuit board with plated-through holes, not shown, attachable. These holes are placed in a geometric arrangement, according to an arrangement of the contact elements 5 of the plug-in element 1 is equivalent to. The bores and the contact elements 5 that can be inserted into them are thus matched to one another. Due to the dimension according to 1 (given in millimeters) and due to the formation of these conductive structures from low-impedance copper material, the contact elements 5 are capable of high currents, that is to say they are set up to conduct a current of at least 10 amperes.
  • the plug-in element can be connected by hand by inserting the contact elements 5 into the holes in the printed circuit board and removed by hand. A maximum force of 10 Newtons per contact element 5 is sufficient for this.
  • the plug-in element Due to the dimensioning, the material configuration and the mechanical robustness of the mechanical securing elements 7, the plug-in element is in accordance with 1 resistant to vibration and in particular meets the requirements of the industrial standard ISO 16750-3.
  • the mechanical securing elements 7 prevent the plug-in element 5 from being unintentionally pulled off the printed circuit board and also protect against undesired loosening of the electrical contact between the contact elements 5 and the contacts in the holes in the printed circuit board. even if the male element according to 1 and its circuit board are implemented in an agricultural vehicle to endure vibrations of the engine and vibrations due to the movement of this vehicle on a rough terrain.
  • the mechanical securing elements 7 are provided as mechanical components which are separate from the contact elements 5, which enables low-force manual insertion and at the same time vibration-proof fastening.
  • the arrangement of the securing elements 7 also serves as a positioning aid for correctly aligning the plug-in element with respect to the printed circuit board before the contact elements 5 are inserted into the bores, so that incorrect insertion can be avoided.
  • All components of the male element according to 1 are made in one piece from sheet metal by stamping and bending, the sheet metal having a thickness of at least 2 mm, preferably at least 3 mm.
  • the sheet metal cutting according to 1 contains an upper edge 1 and an oppositely arranged lower edge 2. Both edges 1, 2 are formed parallel to one another.
  • the plug-in element is limited by a side edge 3, 4 on the right and left.
  • the contact elements 5 are formed on the lower edge 2 associated with the printed circuit board, which extend downwards over the lower edge 2 and run parallel to one another.
  • the securing elements 7 have barbs 14 on their outer sides.
  • the sheet metal blank has bending lines 9 parallel to the side edges 3, 4, in the extension of which narrow slots 10 are arranged. Slots 10 are intended to facilitate bending.
  • Two slots 11 extending from the top edge 1 are formed in the central part. As a result, a tongue 12 is formed between the two slots 11, which extends slightly inwards, i.e. in the direction between the two outer wings (similar to reference number 13 in 14 shown), is bent.
  • FIG. 1 shows a substrate 50 on the underside of which the contact elements 5 are provided, which are connected to an upper side of the substrate 50 by means of vias 51 .
  • an electrical peripheral device can be connected here, which either applies electrical currents via the contacting elements 51, 5 to contacts 53 in bores 54 of a conductor track 28 or receives these signals from conductor track 28. If that's in 2 If the plug-in element shown above is inserted into the printed circuit board 28 by moving in the direction of arrow 57, the contact elements 5 are inserted into bores 54 in the printed circuit board 28 and automatically establish electrical contact with the respective contacting element 53 within the respective bore hole 54. Simultaneously, according to 2 housed on the printed circuit board 28 mounted vibration-resistant mechanical security elements 7 in corresponding grooves 55 in the substrate 50 of the plug-in element, which is a solid locking.
  • manually pivotable clamp elements can be attached to the printed circuit board 28, which can be pivoted laterally and can engage an upper side of the substrate 50 in order to provide or reinforce the vibration-resistant mechanical fuse.
  • FIG. 3 shows a schematic of a sheet metal blank from which a high-current-capable and vibration-resistant plug-in element according to another exemplary embodiment of the invention can be produced by bending.
  • the mechanical securing elements 7 are attached to the plug-in element.
  • Sheet metal sections 78 and 15 are used to be placed around a cable and pressed from there.
  • the sheet metal cutting 3 is bent in such a way that two rows of contact elements 5 run parallel to each other.
  • FIG. 5 shows the arrangement of the finished bent sheet metal element from the right in 4 .
  • the sheet metal parts 78 are bent up so that a cable can be inserted here, which is then pressed with the sheet metal blank.
  • FIG. 6 shows an enlarged representation of a plug element according to an exemplary embodiment of the invention, wherein the dimensions taken in combination with the provision of the copper sheet shown are in accordance with the requirements of high current capability and vibration resistance.
  • the contact elements 5 contain two legs 16 between which a slot 17 is formed.
  • the legs 16 begin at the lower edge 2 of the plug-in element initially with parallel side edges 18.
  • the outer edges 20 of the two legs which face away from one another, are convexly curved outwards.
  • the inner sides 21 of the legs 16 facing one another also follow this shape.
  • the ends of the legs 16 are at a distance from one another. In this way, the legs 16 of the contact elements 5 can be deformed inward, that is to say in a direction which runs transversely to the insertion direction 57 of the contact elements 5 .
  • Plug-in elements that can be designed as a connector for a single cable shows the 7 a plug-in element in which the contact elements 5 protrude from a housing 22. Connections with a plurality of cables 23 to the individual contact elements 5 are accommodated in the housing 22 . It is therefore a plug with a large number of cables 23.
  • Metal levers 24 are formed on the two opposite sides of the housing 22 and can be tilted about the molding point 25 . With their front ends 26, these levers 24 engage through the through-openings 27 of the printed circuit board 28. FIG. At this end 26 each lever 24 is provided with a barb which prevents it from being pulled out of the hole 27 in the printed circuit board 28 . The two levers 24 are biased into the position shown, in which the barbs rest against the back of the printed circuit board 28 . To pull out the plug, the two levers 24 must be tilted in such a way that the barbs fit through the holes 27. The tilting can be done by pressing the lever 24 inwards on the end 29 facing away from the printed circuit board 28 .
  • FIG 8 shows an embodiment in which a housing 30 is provided with a row of contact elements 5, which are constructed in the same way as in FIG 7 shown. Again, metal levers 24 (in particular made of stainless steel) are formed on the two sides of the housing 30, which have the same task as in the embodiment according to FIG 7 .
  • the contact elements 5 are connected to electrical and/or electronic components within the housing 30 . It can be a matter of simple or more complicated electronic components, for example entire circuits.
  • thickness d can be at least 3 mm, for example, length l at least 4 mm and height h at least 30 mm, with which the required vibration resistance can be achieved.
  • a component protection material for example an electrically insulating and mechanically protective lacquer.
  • In 9 indicates how a securing element 7 and a contact element 5 of a plug-in element, which is otherwise not shown in detail, are arranged with respect to the circuit board 28, namely in such a way that securing elements 7 are aligned with the corresponding securing holes 60 in the circuit board 28 and contact elements 5 are aligned with holes 54. These are each provided on the inside with an electrically conductive contact 53 in order to bring about an electrically conductive connection to the respective contact element 5 when the contact elements 5 are inserted.
  • a mask 65 for example, a suitably structured or perforated thin plate
  • a subsequent surface painting for example by spraying, see reference number 66
  • the entire surface of the printed circuit board 28 and covered with a layer of lacquer 67 with the exception of the drilled holes 54 and the drilled hole contacting 53 provided thereon and optionally the securing holes 60.
  • essentially the entire surface of the printed circuit board 28 can be coated with a planar, two-dimensional layer of lacquer 67, with the exception of the boreholes 54 and the borehole contacting 53 provided thereon and optionally the securing holes 60.
  • mask-based encapsulation of the printed circuit board 28 with an encapsulation material can also be carried out.
  • FIG. 12 shows a plug-in element according to another embodiment of the invention 1 is similar, but in which the spacers 6 and the securing elements 7 are provided integrally, i.e. the common physical structure and immediately adjacent to each other.
  • the contact elements 5 and the spacers 6 are made in one piece, made of one material or integrally.
  • the 14 shows a sheet metal blank that is still flat as it looks after it has been punched out.
  • This sheet metal blank will later form a plug-in element. It contains an upper edge 1 and an oppositely arranged lower edge 2. Both edges are parallel to each other.
  • the plug-in element of the figure is limited by a side edge 3, 4 on the right and left.
  • a total of seven contact elements 5 are formed on the lower edge 2 assigned to the printed circuit board, which extend downwards over the lower edge 2 and which run parallel to one another.
  • the blank contains the 14 two spacer elements 6 and four securing elements 7 on its lower edge 2.
  • the securing elements 7 are longer than the contact elements 5. They have barbs B on their outer sides.
  • the spacer elements 6 form a stop on their underside. Their length, calculated from the lower edge 2 of the sheet metal blank, is shorter than that of the contact elements 5.
  • the sheet metal blank has bending lines 9, in the extension of which narrow slots 10 are arranged.
  • the slots 10 are intended to facilitate bending.
  • the sheet metal blank is the 14 converted by bending the right and left portions outside of the two bend lines by 90 degrees about these bend lines. This results in two wings running parallel to one another, surrounding a central part. This form is from the 15 apparent. In the middle part are two of the upper edge 1 outgoing slots 11 are formed. As a result, a tongue 12 is formed between the two slots 11, which is slightly inward, that is in the direction between the two outer wings 13, bent.
  • the plug-in element is connected to the circuit board by inserting the fuse elements 7 present on the underside 2 of the plug-in element and the contact elements 5 into plated-through holes arranged in the same arrangement.
  • the fuse elements 7 Since the fuse elements 7 are longer than the contact elements 5, the fuse elements 7 first get into the four associated holes, with the oblique shape on the front side of the fuse elements 7 facilitating insertion. As soon as the securing elements 7, which also represent positioning aids, have engaged in the holes, the contact elements 5 are aligned with respect to the plated-through holes assigned to them, so that they can now be pushed into the plated-through holes. The insertion movement is limited by the fact that the underside of the spacer elements 6 rests on the top of the printed circuit board. The stops 14 present on the outside in the region of the side edges 3, 4 are then also in contact with the upper side of the printed circuit board.
  • two such plug-in elements are arranged opposite one another. Between them they form a space in which, for example, a battery can be inserted, which is held mechanically limited by the wings 13 and the central part, and in which the contact is achieved by the tongues 12.
  • the 16 shows a sheet metal blank from which another plug-in element can be produced by bending.
  • the sheet metal blank contains six contact elements 5 on two opposite longitudinal sides, which have the same shape as the contact elements 5 according to the embodiment 14 .
  • spacer elements 6 are formed again, which form a stop make for inserting.
  • Sheet metal sections 14 and 15 are formed on the right-hand side of the sheet metal blank, which are used to be placed around a cable and pressed there.
  • the sheet metal cutting 16 is bent in such a way that the two rows of contact elements 5 run parallel to one another, so that all contact elements 5 run parallel to one another. This is from the side in 17 shown.
  • the 18 shows the arrangement of the finished bent sheet metal element from the right in 17 .
  • the sheet metal parts 14 are bent up so that a cable can now be inserted here, which is then pressed with the sheet metal blank.
  • the contact elements 5 contain two legs 16 between which a slot 17 is formed.
  • the legs 16 begin at the lower edge 2 of the plug-in element initially with parallel side edges 18.
  • the outer edges 20 of the two legs, which face away from one another, are convexly curved outwards.
  • the inner sides 21 of the legs 16 facing one another also follow this shape.
  • the ends of the legs 16 are at a distance from one another. In this way, the legs 16 of the contact elements 15 can be deformed inward, that is to say in a direction which runs transversely to the plug-in direction of the contact elements 5 .
  • the plug-in direction is in 17 and 19 directed from top to bottom.
  • Levers 24 made of plastic are integrally formed on the two opposite sides of the housing 22 and can be tilted about the molding point 25 . With their front ends 26, these levers 24 engage through the through-openings 27 of the printed circuit board 28. FIG. At this end 26 each lever 24 is provided with a barb which prevents it from being pulled out of the hole 27 in the printed circuit board 28 . The two levers 24 are biased into this position shown, in which the barbs rest against the back of the printed circuit board 28 . To pull out the plug, the two levers must be twisted in such a way that the barbs fit through the holes 27. The tilting can be done by pressing the lever 24 inwards on the end 29 facing away from the printed circuit board 28 .
  • FIG 21 shows an embodiment where a housing 30 is provided with a row of contact elements 5, which are constructed in the same way as in FIG 19 shown. Again levers 24 are formed on both sides of the housing 30, which have the same function as in the embodiment according to FIG 20 .
  • the contact elements 5 are connected to electrical and/or electronic components within the housing 30 . It can be a matter of simple or more complicated electronic components, for example entire circuits.
  • the printed circuit board have plated-through holes and the plug-in element has contact elements that correspond to the plated-through holes and can be pushed into them.
  • the dimensions of the contact elements and the plated-through holes are matched to one another in such a way that the plug-in element can be pushed into the plated-through holes by hand with the contact elements.
  • the plug-in element can also be removed from the printed circuit board again by hand. So that sufficient contact can be established between the contact elements and the wall of the plated-through holes despite the connection that can be produced with little force, it is provided that the contact elements are designed to be resilient or flexible in a direction transverse to the sliding direction.
  • connection arrangement 100 shows a connection arrangement 100 according to a further embodiment of the invention.
  • the connector assembly 100 includes a tab 102 and a printed circuit board 28.
  • the tab 102 includes, as shown in FIG 23 are better shown, a housing 104 with a matrix-like arrangement of line receptacles 106 for receiving electrical, not shown Cables.
  • the circuit board 28 contains plated-through holes 54 in a corresponding matrix-like arrangement.
  • the plug-in element 102 also contains a plurality of pluggable spring-like contact elements 108, which are also arranged in a matrix shape and which--or their tips--have a reversible deflection characteristic. In other words, the contact elements 108 can be repeatedly inserted into the plated-through holes 54 and removed from them again without their reversible, Hookean, non-plastically deforming spring characteristics changing.
  • the bores 54 and the contact elements 108 that can be inserted into them are matched to one another in such a way that the plug-in element 102 can be connected to the circuit board 28 manually by inserting the contact elements 108 into the bores 54 and can then be removed again by hand.
  • the contact elements 108 are designed as crimp contacts. These contact elements 108 contain a crimpable contact section 110 and an elastically pluggable section 112 which is attached to the crimpable crimp section 110 .
  • the crimpable crimp section 110 has a different material than the elastically pluggable section 112 and can also be formed from a different material thickness than the elastically pluggable section 112.
  • the vibration-resistant mechanical fuse is designed as a pair of latching clips 114 which are attached to opposite lateral end sections of the housing 104 .
  • the latching clips 114 can be actuated manually by a user by means of a corresponding pair of handles 116 in an upper end section of the housing 104 .
  • the Snap-in clips 114 are designed to engage in correspondingly designed snap-in receiving openings 116 in circuit board 28 .
  • FIG 22 shows the connector assembly 100 in a mated state
  • FIG 23 shows the connection arrangement 100 in a separated condition
  • 24 shows the connection arrangement 100 in a cross-sectional view. This shows how the elastically pluggable sections 112 are accommodated in an elastically resilient manner by the corresponding bores 54, a reliable electrical contact being established at the same time.
  • connection arrangement 100 direct plugging using locking clips 114 is thus possible.
  • the plug-in element 102 is plugged into the circuit board 28 and locked there by means of the locking clips 114 .
  • Tolerance compensation for the top of the circuit board can be achieved by deep milling on the underside of the circuit board or circuit board 28 .
  • connection arrangement 130 in a first operating state ( 25 ) in which a plug 132 is plugged into a printed circuit board 28, and with reference to FIG 26 described in a state where the plug 132 is not plugged into the circuit board 28.
  • a vibration-resistant mechanical fuse as a pair of screw elements 134, arranged on laterally opposite lower end sections of the housing 104, formed and adapted to engage in a correspondingly formed threaded bushing 136 of the printed circuit board 28.
  • a threaded bushing 136 is pressed in at two points, which has an internal thread that corresponds to an external thread of the respective screw element 134 .
  • the plug-in element 132 can thus be screwed firmly to the printed circuit board 28 by hand after it has been inserted.
  • the threaded bushings 136 can also be screwed to the board or printed circuit board 28 or, alternatively, pressed. Thickness tolerances of the circuit board or printed circuit board 28 can be compensated for via a screw-in depth.
  • connection arrangement 150 shows different views of a connection arrangement 150 according to yet another exemplary embodiment of the invention, in which vibration robustness and optionally high-current capability are again made possible.
  • FIG 27 shows a plug-in element 152 in a printed circuit board 28 in the plugged-in state, whereas according to FIG 28 male member 152 is shown in an unmated condition with respect to circuit board 28 .
  • 29 shows a partial cross section through the connection arrangement 150, by means of which the resiliently elastic receiving characteristic of the electrically pluggable sections 112 of the plug-in element 152 can be recognized.
  • the vibration-resistant mechanical fuse is realized using a pair of expanding rivets 154, 154', which can be actuated by means of actuating elements 138 and can be inserted into correspondingly provided rivet receiving openings 156 in the printed circuit board 28 in a fastening manner.
  • the direct connection is realized by means of expanding rivets 154, 154', with the respective rivet bolts being able to be pressed in and variably expanded. Tolerances of the board thickness, that is, the thickness of the circuit board 28 can be compensated will.
  • 28 shows an active expanding rivet 154 and an inactive expanding rivet 154'.
  • the associated expanding rivet bolts are arranged in the interior of the housing 104 .
  • the crimpable crimp portion 110 includes a crimp zone 172 for cable receipt having a cross-sectional area between 1.5 mm 2 and 2.5 mm 2 .
  • bronze CuSn 6 with a material thickness of 0.4 mm can be used as the material for the crimpable crimp section 110 .
  • the actual contacting elements of the electrically pluggable section 112 have two legs 16 which leave a gap 174 free between them and whose outer sides 20 facing away from one another are convexly curved. 30 shows that the sections 110, 112 overlap in an overlapping area 176 and are connected to one another there by means of the embossed and riveted connection 170.
  • 31 shows a different spatial view and 32 shows a side view of the contact element 108.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Europäischen Patentanmeldung EP 08 020 940.6, eingereicht am 03.12.2008 , und beansprucht die Priorität der Europäischen Patentanmeldung EP 09 163 009.5, eingereicht am 17.06.2009 .
  • Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Steckelementen über einen Sockel mit einer Leiterplatte, die für hohe elektrische und mechanische Anforderungen ausgelegt ist.
  • IPC-Klasse H01R 13/53 betrifft Grundplatten oder Gehäuse für hohe elektrische Anforderungen. IPC-Klasse H01R 13/533 betrifft Grundplatten oder Gehäuse für den Gebrauch unter extremen Bedingungen, z.B. hoher Temperatur, Strahlung, Vibration, korrodierender Umgebung, Druck.
  • Zum Herstellen von elektrischen und/oder elektronischen Verbindungen zwischen verschiedenen Bauteilen, Leitungen oder dergleichen sind Steckverbindungen bekannt, die aus einem Steckelement und einem Buchsenelement bestehen. Beispielsweise gibt es normale Steckdosen, in die Stecker eingesteckt werden können, die an Enden von Leitungen angebracht sind. Derartige Verbindungsanordnungen sind für auch sehr häufiges Herstellen und Lösen der Verbindung geeignet und gedacht.
  • Bei Relais, Sicherungen oder dergleichen ist es ebenfalls bekannt, an einem Gerät einen Sockel anzubringen, in den die Sicherung oder das Relais eingesteckt werden kann. Auch hier soll ein Auswechseln möglich sein, allerdings ist hier das Auswechseln seltener als bei den Steckvorgängen zwischen Steckdose und Stecker.
  • Selbst dann, wenn es sich um Steckvorgänge zwischen Leiterplatten und Steckelementen handelt, ist es üblich, auf der Leiterplatte einen Sockel beziehungsweise eine Steckbuchse anzuordnen oder sogar an einer anderen Stelle, und die Steckbuchse dann mithilfe von Leitungen mit der Leiterplatte zu verbinden.
  • WO 2007/145764 betrifft Verbinder zur Leistungsübertragung, bei denen Wärmeentwicklung zu einer Fließdehnung eines Kunststoffgehäuses führen kann. Ein Verbinder weist ein Verbindergehäuse und Powerkontakte auf. Ein zugehöriger Verbinder enthält ein Verbindergehäuse und mehrere Powerkontakte, die durch zugängliche Durchgangsöffnungen zugänglich sind. Ferner können die Verbinder miteinander verbunden werden und an Leiterplatten angebracht werden. Ein Powerkontakt kann in dem Verbinder eingesetzt werden kann. Ferner sind Anschlüsse vorgesehen, die Befestigungsmerkmale einer gedruckten Leiterplattenstruktur aufweisen.
  • US 7,137,848 offenbart ein Zentralgehäuse mit einer Boardmontageschnittstelle. Power- und Signalkontakte sind ebenfalls vorgesehen. Diese können als Nadelösenpins für eine Presssitz-Verbindung mit Löchern wie zum Beispiel Vias einer gedruckten Leiterplatte konfiguriert sein. Ferner enthält das Zentralgehäuse Latch-Öffnungen zum Aufnehmen von Latch-Elementen, die zum schnappenden Ineingriffnehmen von passenden Latch-Merkmalen einer Leiterplatte ausgestattet sind, an welcher das Zentralgehäuse montiert werden kann.
  • EP 0,884,801 , DE 100 47 457 und DE 42 26 172 offenbaren jeweils Verbinder, die auf dem Ausbilden von Press-Fit-Verbindungen beruhen.
  • EP 1,069,651 A1 offenbart einen Metallanschluss, der in ein Kontaktloch eines elektrischen Schaltkreissubstrates eingeführt wird und einen elektrischen Kontakt an dem Kontaktloch herstellt. Der Anschluss hat ein Stoppelement, das an dem rückseitigen Ende des Kontaktlochs gegen das Substrat anstößt, wodurch ein weiteres Einführen des Anschlusses in das Kontaktloch vermieden wird. Ein Entfernvermeidungsabschnitt stößt an der Vorderseite des Kontaktlochs an das Substrat an, um einem unerwünschten Zurückziehen des Anschlusses zu widerstehen. Der Entfernvermeidungsabschnitt ist federnd deformierbar, um zu ermöglichen, ihn während des Einführens des Anschlusses durch das Kontaktloch hindurchzuführen. Kontaktelemente zwischen dem Stoppelement und dem Entfernvermeidungsabschnitt stellen einen elektrischen Kontakt in dem Kontaktloch her.
  • Allerdings haben Untersuchungen eines solchen beschriebenen Metallanschlusses ergeben, dass der anschaulich als Ring ausgebildete Entfernvermeidungsabschnitt sich beim Einführen durch das Kontaktloch leicht plastisch deformiert und daher häufig zerstört wird. Anders ausgedrückt stellen das Durchführen dieses breiten Entfernvermeidungsabschnitts durch ein enges Kontaktloch und das Erfordernis des Erzeugens einer ausreichend hohen Haltekraft durch den Entfernvermeidungsabschnitt einen mit dem System der EP 1,069,651 A1 unüberwindbaren technischen Widerspruch dar.
  • Darüber hinaus ist der in EP 1,069,651 A1 offenbarte Anschluss seitens eines Benutzers schlecht manuell handhabbar. Insbesondere wenn mehrere Kontakte gleichzeitig hergestellt werden sollten, erfordert dies das Aufbringen einer sehr großen manuellen Kraft zum Durchführen des Entfernvermeidungsabschnitts durch das Kontaktloch, was die Fähigkeiten eines menschlichen Benutzers schnell überfordert, wenn nachfolgend eine ausreichend hohe Haltekraft im eingeführten Zustand erreicht werden soll. Ferner ist die mechanische Belastung, die auf die Platine einwirkt, gemäß EP 1,069,651 A1 groß. Ein mehrfaches Stecken gemäß einer Sockel-Stecker-Methode ist mit einem solchen System ebenfalls nicht möglich, da es bei hohen Haltekräften zu plastischen Deformationen des Entfernvermeidungsabschnitts kommt.
  • US2004/0097141 A1 offenbart eine Verbindungsanordnung zwischen einem Steckelement und einer Leiterplatte, wobei das Steckelement zwei doppelt gekrümmten Federarme aufweist, die jeweils innerhalb einer von zwei Bohrungen zwei Kontaktpunkte ausbilden.
  • US2006/0110955 A1 offenbart ein Steckelement mit Federarmen welche gleichzeitig durch ihren Kontaktdruck mit einer durchkontaktierten Bohrung einer Leiterplatte eine elektrische Verbindung herstellt und eine kraftschlüssige Sicherung erzeugt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsanordnung zu schaffen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist und die Möglichkeiten von Fehlbedienungen oder Fehlfunktionen weitgehend ausschließt, wobei bei guter manueller Handhabbarkeit eine ausreichend starke Befestigungswirkung erreicht werden soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Verbindungsanordnung, ein Steckelement, ein Fahrzeug und eine Verwendung mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Verbindungsanordnung geschaffen, mit einem Steckelement, das mindestens ein steckbares federartiges Kontaktelement, insbesondere eine Mehrzahl von steckbaren federartigen Kontaktelementen, mit einer reversiblen Auslenkungscharakteristik aufweist, sowie mit einer Leiterplatte mit durchkontaktierten Bohrungen,die in einer der Anordnung des Kontaktelements oder der Kontaktelemente des Steckelements entsprechenden Anordnung angeordnet sind, wobei die Bohrungen und das in sie einsteckbare Kontaktelement oder die in sie einsteckbaren Kontaktelemente derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich das Steckelement von Hand durch Einstecken des Kontaktelements oder der Kontaktelemente in die Bohrungen mit der Leiterplatte verbinden und von Hand entfernen lässt;sowie mit einer vibrationsrobusten mechanischen Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements von der Leiterplatte vorgesehen ist; wobei das Kontaktelement und die vibrationsrobuste mechanische Sicherung getrennt voneinander vorgesehen sind,wobei das Kontaktelement oder die Kontaktelemente zwei zwischen sich einen Zwischenraum freilassende Schenkel aufweist oder aufweisen; wobei das Kontaktelement oder die Kontaktelemente als zwei gekrümmte Federelemente mit einem Abstand voneinander vorgesehen wird oder werden, wobei der Zwischenraum mindestens in dem Bereich, in dem die jeweiligen Kontaktelemente nach dem Einstecken innerhalb einer der Bohrungen angeordnet sind, vorhanden ist, wobei die Enden der Schenkel den Zwischenraum zwischen sich aufweisen.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fahrzeug (zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, ein Personenkraftfahrzeug, ein Lastkraftfahrzeug, ein Bus, ein landwirtschaftliches Kraftfahrzeug, eine Ballenpresse, ein Mähdrescher, eine Selbstfahrspritze, eine Straßenbaumaschine, ein Traktor, ein Luftfahrzeug, ein Flugzeug, ein Hubschrauber, ein Raumschiff, ein Zeppelin, ein Wasserfahrzeug, ein Schiff, ein Schienenfahrzeug oder eine Bahn) gemäß dem Anspruch 11 geschaffen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Übertragen eines elektrischen Stroms von mindestens ungefähr 5 Ampere, insbesondere von mindestens ungefähr 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens ungefähr 20 Ampere, zwischen einem Kontaktelement (insbesondere zwischen jedem einzelnen der Kontaktelemente) der Steckverbindung und der daran befestigten Leiterplatte verwendet. Entsprechende Kontaktelemente können auch als hochstromfähige Kontaktelemente bezeichnet werden.
  • Der Begriff "hochstromfähige Kontaktelemente" kann insbesondere die Bedeutung haben, dass die Kontaktelemente hinsichtlich Dimension, Material, gegenseitiger Beabstandung, etc. derart ausgelegt sind, dass sie zum Tragen eines hohen elektrischen Stroms geeignet sind. Anders ausgedrückt kann bei Verwendung hochstromfähiger Kontaktelemente ein elektrischer Strom im Ampere-Bereich von den Kontaktelementen auf die Leiterbahnen übertragen werden. Von einem hohen Strom kann insbesondere gesprochen werden, wenn die Kontaktelemente speziell ausgelegt sind, um mindestens 5 Ampere pro Kontaktelement, insbesondere mindestens 10 Ampere pro Kontaktelement transportieren zu können, ohne die bestimmungsgemäße Verwendung der Verbindungsanordnung zu gefährden. Anders ausgedrückt sollen die Kontaktelemente in einer Hochstromkonfiguration so ausgelegt sein, dass eine unerwünschte Erwärmung der Verbindungsanordnung vermieden wird oder eine sonstige technische Funktion der Verbindungsanordnung Schaden erleidet, wenn solch hohe Ströme mittels der Kontaktelemente geleitet werden. Insbesondere kann die hochstromfeste Ausgestaltung der Kontaktelemente so ausgeführt sein, dass die Kontaktelemente gemeinsam kumulative Ströme von mindestens 50 Ampere, insbesondere von mindestens 100 Ampere tragen können. Die Hochstromfähigkeit der Kontaktelemente kann als gegeben angesehen werden, wenn die Kontaktelemente an eine Fahrzeugbatterie anschließbar sind und störungsfrei Strom von der Fahrzeugbatterie an die angeschlossene Leiterplatte liefern kann. Insbesondere kann die Hochstromfähigkeit als gegeben angesehen werden, wenn Übergangswiderstände nach der Einpressnorm die Erfordernisse von IEC 60512-2 erfüllen.
  • Der Begriff "vibrationsrobuste mechanische Sicherung" kann insbesondere die Bedeutung haben, dass selbst bei Vorhandensein von Vibrationen, die auf ein die Verbindungsanordnung aufweisendes technisches System einwirken, ein unbeabsichtigtes Ablösen des Steckelements von der Leiterplatte vermieden ist. Insbesondere Vibrationen, wie sie bei einem motorbetriebenen, insbesondere verbrennungsmotorbetriebenen Gerät (insbesondere Fahrzeug) auftreten, führen bei einer vibrationsrobust ausgestalteten mechanischen Sicherung zu keiner negativen Beeinflussung der Systemfunktion. Insbesondere sollen bei Installation der Verbindungsanordnung im Motorraum eines Geländefahrzeugs die dort üblicherweise auftretenden Vibrationen nicht zu einem unerwünschten Verlust des elektrischen Kontakts zwischen den Kontaktelementen und dem Gegenkontakt in der jeweils zugeordneten Bohrung der Leiterplatte führen. Somit kann zum Erreichen der Vibrationsrobustheit die mechanische Sicherung hinsichtlich Material, Dimensionen, Befestigungskräften, etc. so ausgelegt werden, dass die entsprechenden Vibrationen zu keinem unerwünschten Ablösen des Steckelements von der Leiterplatte führen. Die Verbindungsanordnung kann zum Realisieren der Vibrationsrobustheit in Übereinstimmung mit der Industrienorm ISO TS 16750, insbesondere ISO TS 16750-3, ausgestaltet sein. ISO 16750 definiert eine Norm für mechanische Belastungsanforderungen für Geländefahrzeuge. Zum Erreichen der Vibrationsrobustheit kann die Verbindungsanordnung ferner ausgelegt sein, die Norm IEC 60512-4 zu erfüllen, insbesondere zumindest eine der Untererfordernisse nach IEC 68.2.6 (vibration sinusoidal), IEC 68-2-27 und IEC 68-2-29 (multiple shocking), IEC 68-2-64 (broad band noise), IEC-68-2-64 (vibration in cold atmosphere) und IEC-68-2-50 und IEC-68-2-51 (vibration in warm atmosphere) zu erfüllen.
  • Unter einer Einsteckbarkeit bzw. Entfernbarkeit des Steckelements "von Hand" kann im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden werden, dass die Einsteck- und Entfernkräfte selbst bei Vorsehen mehrerer Kontaktelemente, zum Beispiel mindestens fünf Kontaktelemente (insbesondere mindestens zehn Kontaktelemente), ausreichend gering sind, dass sie durch die Muskelkraft eines durchschnittlichen erwachsenen menschlichen Benutzers aufgebracht werden können.
  • Der Begriff "unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements von der Leiterplatte" kann insbesondere die Bedeutung haben, dass die Sicherung zuverlässig vermeidet, dass ein unerwünschtes Abnehmen des Steckelements durch einen Benutzer erfolgt. Dieser Begriff soll aber auch zum Ausdruck bringen, dass ein unerwünschtes Lösen der Verbindung durch motorinduzierte Vibrationen oder dergleichen vermieden wird. Der Begriff "Abziehen" umfasst daher insbesondere ein aktives Ziehen und ein durch äußere Einflüsse bedingtes Lösen ohne Beteiligung eines Benutzers.
  • Das Steck- oder Kontaktelement kann metallisches Material der durchkontaktierten Hülse bzw. Bohrung in der Leiterplatine lokal verdrängen oder einfach daran anliegen. IEC-68-2-52 beschreibt einen Salzsprühtest (Salt-Spray) für korrosionsfeste Verbindungen, der bei der Metallverdrängung erfüllt wird. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung kann eingerichtet sein, einen Test gemäß IEC-68-2-52 zu bestehen.
  • Somit kann in einer Verbindungsanordnung ein Steckelement mit hochstromfähigen Kontaktelementen bereitgestellt werden, das selbst die hohen elektrischen Anforderungen aus dem Automotive-Bereich problemlos erfüllen kann. Das Steckelement kann durch einen menschlichen Benutzer händisch direkt in die entsprechende Bohrlöcher der Leiterplatte eingesteckt werden, ohne dass zwischen Steckelement und Leiterplatte ein separater Stecksockel erforderlich wäre, wie dies bei konventionellen hochstromfähigen Verbindungsanordnungen der Fall ist.
  • Gleichzeitig kann trotz des einfachen und intuitiven Einsteckens des Steckelements direkt in die Leiterplatte eine hohe Vibrationsrobustheit dadurch gewährleistet werden, dass eine rigide mechanische Sicherung vorgesehen wird, die im eingesteckten Zustand ein unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements von der Leiterplatte, zum Beispiel hervorgerufen durch hohe Vibrationskräfte, zuverlässig verhindert. Durch ein getrenntes Vorsehen der vibrationsrobusten mechanischen Sicherung einerseits und der hochstromfähigen händisch steckbaren Kontaktelemente andererseits können die scheinbar widersprüchlichen Anforderungen erfüllt werden, ein Ein- und Abstecken durch einen Benutzer kraftarm und somit händisch zu erlauben und gleichzeitig die Anordnung aus Steckelement und Leiterplatte selbst bei robusten äußeren Bedingungen ohne Beeinträchtigung der Funktion betreiben zu können. Durch ein funktionelles und strukturelles Trennen der Vibrationssicherung von der Hochstromkontaktierung kann auch ein reversibles, das heißt mehrmaliges Anund Abstecken zwischen Steckelement und Leiterplatte erlaubt werden, ohne dass eine plastische Deformation oder dergleichen der Steck- oder Kontaktelemente auftreten kann. Gegenüber konventionellen hochstromfähigen Verbindungsanordnungen können bei einer erfindungsgemäßen Direktsteckanordnung separate Stecksockel eingespart werden, was zu Platzspar- und Kostenvorteilen führt und elektrische Verluste bzw. Signalverzerrungen aufgrund eines verkürzten Übermittlungsweges bzw. der weggefallenen Kontaktstelle reduziert oder eliminiert. Gegenüber konventionellen Niederstromsystemen wie der EP 1,069,651 A1 stellt die Erfindung einen Paradigmenwechsel dar, da das gleichzeitige Erfüllen von Hochstromfestigkeitsund Vibrationsfestigkeits-Anforderungen mit der dortigen Architektur unmöglich ist und zudem bei gleichzeitigen Kontaktieren mehrerer Kontaktelemente eine händische Benutzbarkeit nicht erlaubt. Dagegen kann erfindungsgemäß eine hochstromfähige Direktstecktechnik zum unmittelbaren Anbringen von Leiterplatten an einem Steckelement ohne das Vorsehen von Stecksockeln oder dergleichen erreicht werden, so dass bis auf eventuelle optionale Lötbauteile sowie mögliche rein mechanische Befestigungselemente nur noch die Leiterplatte selbst erforderlich ist. Somit kann eine hohe elektrische Stromtragfähigkeit mit einer hohen mechanischen Festigkeit und damit einer hohen Haltekraft kombiniert werden, die zum Beispiel durch ein leicht ver- und entriegelbares mechanisches Sicherungssystem erreichbar sein kann. Erst durch diese mechanische Zusatzverriegelung, die an Steckelement und/oder an Leiterplatte vorgesehen sein kann, können die genannten Effekte in Kombination erreicht werden.
  • Im Weiteren werden zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen der Verbindungsanordnung gemäß der Erfindung beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für das Fahrzeug, die Verwendung der Erfindung. Wenngleich diese Ausgestaltungen anhand mehrerer Kontaktelemente beschrieben werden, wird ausdrücklich betont, dass jede dieser Ausgestaltungen auch bei Vorsehen von genau einem Kontaktelement eingesetzt werden kann. Auch das Vorsehen von genau einer Bohrung in der Leiterplatte, korrespondierend zu genau einem Kontaktelement, ist möglich.
  • Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung kann insbesondere vorteilhaft für Automotive-Applikationen eingesetzt werden, das heißt in Kraftfahrzeugen aller Art, Mähdreschern, Straßenbaumaschinen, der Fahrzeugtechnik, der Bahntechnik, der Luftfahrttechnik, Erntemaschinentechnik oder in anderen Bereichen der Geländefahrzeuge oder der Landwirtschaft. Die Hochstromfähigkeit der Verbindungsanordnung kann es erlauben, Ströme von 5 bis 25 Ampere und mehr pro Einzelpin der Kontaktelemente zu ermöglichen, und zwar unter Anlegen einer Vibrationslast. Somit kann die Verbindungsanordnung vorteilhaft als Automotive-Verbindungsanordnung ausgestaltet werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Verrastmechanismus oder allgemeiner ausgedrückt ein mechanischer Sicherungsmechanismus durch den Steckerkörper bereitgestellt sein. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein solcher Verrastmechanismus (zum Beispiel realisiert als Widerhaken oder durch andere Mittel) leiterplattenseitig bereitgestellt sein. Erfindungsgemäß kann aufgrund des Eliminierens eines Sockels und einer folglichen Direktsteckung zwischen Leiterplatte und Steckelement Material eingespart werden, eine elektrische Schnittstelle wegfallen und somit eine bessere Qualität bei niedrigeren Kosten erreicht werden. Insbesondere können elektrische Komponenten, wie zum Beispiel Kabelbäume, direkt an der Leiterplatte angeflanscht werden. Insgesamt kann mit der Verbindungsanordnung eine Stromfestigkeit von zum Beispiel 70 bis 100 Ampere, insbesondere bis zu 150 Ampere und mehr, erreicht werden. Pro Kontaktelement kann zum Beispiel eine Stromlast von 10 bis 15 Ampere getragen werden, zum Beispiel über eine Batterieeinspeisung.
  • Die Kontaktelemente oder Pins können elastisch und reversibel steckbar vorgesehen werden und zum Beispiel mit Kräften von höchstens 10 Newton steckbar sein. Damit kann eine zuverlässige Kontaktierung mit der bohrlochseitig vorgesehenen Gegenkontaktierung erreicht werden und eine gute Handhabbarkeit realisiert werden. Zum Beispiel eignet sich die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung für Automobilanwendungen, zum Beispiel bei Traktoren oder Bussen, wobei erfindungsgemäß eine mechanische Befestigung des Steckers und der Platine durch die mechanische Sicherung getrennt von der elektrischen Übertragung an die Platine erfordern kann. Derartige Verbindungen können starke Ströme übertragen und hohe mechanische Belastungen aushalten. Gleichzeitig sind sie von Hand mehrfach steckbar. Somit können hohe Befestigungskräfte bei geringen Einbring- und Auszugskräften erreicht werden, zum Beispiel wenn ein Traktor auf dem Feld von einem Benutzer repariert werden soll. Wenn die Kontaktelemente zueinander einen definierten Abstand aufweisen, kann der erfindungsgemäße Stecker normiert werden und dadurch für viele Anwendungen nutzbar gemacht werden. Bei der Verbindungsanordnung können die Mehrzahl von steckbaren Kontaktelementen parallel zueinander verlaufend angeordnet werden. Dadurch kann eine lineare platzsparende Geometrie erreicht werden, die gleichzeitig eine Kontaktierung von vielen Einzelkontakten mit entsprechenden Gegenstücken an einer Leiterplatte ermöglicht. Mehrere solcher Reihen von Kontaktelementen können kombiniert werden, zum Beispiel parallel zueinander angeordnet werden. Alternativ zu einer solchen Geometrie ist aber auch eine zum Beispiel zweidimensionale, zum Beispiel matrixförmige, Versteckung möglich, bei der Kontaktelemente in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Durch eine solche geordnete Struktur kann auch ein normierbarer Stecker geschaffen werden, der sich dann für viele Anwendungen eignet.
  • Die Verbindungsanordnung kann mit einer Positionierhilfe zum Ausrichten des Steckelements gegenüber der Leiterplatte unmittelbar vor dem Einstecken der Kontaktelemente ausgestattet sein. Eine solche Positionierhilfe kann es einem Benutzer intuitiv erleichtern, das Einstecken zwischen Steckelement und Leiterplatte in korrekter Weise vorzunehmen und somit elektrische Fehlfunktionen zu vermeiden.
  • Die Verbindungsanordnung kann mit einem Anschlag zur Begrenzung des Einschiebens der Kontaktelemente in die Leiterplatte versehen sein. Ein solcher Anschlag oder Abstandshalter kann einen Mindestabstand zwischen Leiterplatte und Steckelement definieren, und somit zum Beispiel das Ausbilden unerwünschter elektrischer Kontakte oder den Übersprung eines elektrischen Signals über einen dünnen Spalt verhindern.
  • Alle Kontaktelemente des Steckelements können identisch ausgebildet und identisch angeordnet sein. Durch diese Maßnahme kann ein Normstecker bereitgestellt werden, der auf der Gegenseite mit einem entsprechend normierten Leiterplattensystem kombiniert werden kann.
  • Bei der Verbindungsanordnung können die Kontaktelemente mindestens in den innerhalb der durchkontaktierten Bohrung anzuordnenden Bereichen in einer Richtung quer zur Steckrichtung nachgiebig ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann beim Einführen der Kontaktelemente in die zugehörigen Bohrlöcher der Leiterplatte eine Kraft auf die Kontaktelemente einwirken, welche diese in die Kontaktlöcher hinein zwingt. Somit können die Kontaktelemente unter einer leichten Vorspannung stehen, wenn diese in das Kontaktloch eintauchen. Durch diese Vorspannung kann eine sichere elektrische Kontaktierung mit den Gegenkontakten im Bohrlochinneren ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen solche Kontaktkräfte, welche beim Einführen benutzerseitig zunächst zu überwinden sind, klein genug sein, um auch beim gleichzeitigen Einstecken mehrerer solcher Kontakte durch einen Benutzer eine mechanische Handhabbarkeit nicht zu gefährden, das heißt die Einsteckkräfte nicht zu groß werden zu lassen. Ferner kann die Auslenkungscharakteristik der zum Beispiel federartig ausgestalteten Kontaktelemente reversibel ausgeführt sein, das heißt beim Entfernen des Steckelements aus der Leiterplatte zu einem elastischen Rückfedern führen. Dadurch kann das Steckelement mehrfach verwendet werden und wird nicht durch einmalige Benutzung zerstört. Eine plastische Deformation kann durch die nachgiebige Ausbildung der Kontaktelemente und durch das Vorsehen der Kontaktelemente als zwei gekrümmte Federelemente mit einem Abstand voneinander vermieden werden.
  • Demzufolge ist es bevorzugt, wenn die Kontaktelemente zwei zwischen sich einen Zwischenraum freilassende Schenkel aufweisen. Deren voneinander abgewandte Außenseiten können optional zum Beispiel konvex gekrümmt ausgebildet sein. Durch eine solche Krümmung kann ein unerwünschtes Spreizen der Schenkel bei Kontakt mit einer planen Fläche vermieden werden. Bei Verwendung von Gabelkontakten kann eine elastische Steckbarkeit erreicht werden.
  • Im eingesteckten Zustand der Kontaktelemente können die beiden Schenkel vor der Leiterplatte beginnen. Es kann ein Teilbereich der Schenkel außerhalb des Bohrlochs verbleiben, selbst wenn das Steckelement und die Leiterplatte miteinander versteckt sind.
  • Das Steckelement kann ein an dem Ende eines oder mehrerer Kabel angeordneter Stecker sein, insbesondere ein Steckverbinder eines Kabelbaums. Als Kabelbaum kann eine Bündelung von einzelnen Leitungen verstanden werden, die Signale und/oder Arbeitsströme übertragen. Erfindungsgemäß ist es möglich, solche Kabelbäume als Teil von Automotive-Systemen, das heißt in der Fahrzeugtechnik, oder im Maschinenbau, einzusetzen.
  • Das Steckelement kann an einem ein elektronisches Bauteil enthaltendes Gehäuse angeordnet sein, beispielsweise ein Relais oder einer Sicherung. Alternativ ist aber auch eine gehäusefreie Konfiguration des Steckelements möglich, bei dem dieses lediglich als Blechelement vorgesehen ist (das zum Beispiel mit einem Lack elektrisch isoliert werden kann, um einen Benutzer vor hohen Strömen zu schützen).
  • Das Steckelement kann ein Teil einer Halterung für ein elektronisches Bauteil bilden, beispielsweise ein Relais oder eine Sicherung. Somit kann ein solches elektrisches Bauteil an dem Steckelement, ausgebildet als Halterung, befestigt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können alle Kontaktelemente eines Steckelements einstückig aus einem Stück Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt sein. Eine solche integrale Ausführung des Steckelements aus einen Blechstück führt zu besonders geringen Kosten. Alternativ kann ein Steckelement aber auch aus mehreren Komponenten gebildet werden, zum Beispiel um weitere Funktionen zu integrieren.
  • Die mechanische Sicherung des Steckelements und die Leiterplatte können mit einer mechanischen Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750-3 (insbesondere in der Fassung ISO 16750-3:2007) verbunden werden. Anders ausgedrückt kann die Ausgestaltung der mechanischen Sicherung derart sein, dass eine entsprechend konfigurierte Verbindungsanordnung die Tests, die in ISO 16750, insbesondere in ISO 16750-3, (in der am Einreichungstag der Europäischen Patentanmeldung EP 09163009.5, das heißt am 17.06.2009 , gültigen Fassung) definiert sind, erfolgreich absolviert werden können.
  • Die Ausgestaltung von erfindungsgemäßen Vorrichtungen kann in Übereinstimmung mit der ISO 16750 erfolgen, insbesondere in den Fassungen ISO 16750-1:2006, ISO 16750-2:2006, ISO 16750-3:2007, ISO 16750-4:2006 und ISO 16750-5:2003.
  • Zum Beispiel kann die mechanische Sicherung das Steckelement und die Leiterplatte mit einer mechanischen Befestigungskraft von mindestens ungefähr 100 Newton, insbesondere von mindestens ungefähr 200 Newton, weiter insbesondere von mindestens ungefähr 300 Newton verbinden. Solche Befestigungskräfte können ausreichend sein, um eine ausreichende Vibrationsfestigkeit zu ermöglichen.
  • Die Bohrungen und die in sie einsteckbaren Kontaktelemente können eine elektrische Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750-2 (in der am Einreichungstag der Europäischen Patentanmeldung EP 09163009.5, das heißt am 17.06.2009 , gültigen Fassung) bereitstellen. Die Bohrungen und die in sie einsteckbaren Kontaktelemente können insbesondere eine elektrische Belastungsfähigkeit gemäß ISO 16750-2 in der Fassung ISO 16750-2:2006 haben. Anders ausgedrückt können die Kontaktelemente mechanisch und elektrotechnisch so ausgestaltet werden, dass die elektrischen Belastungstests gemäß der genannten Industrienorm erfolgreich absolviert werden.
  • Insbesondere kann jedes der einsteckbaren Kontaktelemente für eine elektrische Belastungsfähigkeit von mindestens ungefähr 5 Ampere, insbesondere von mindestens ungefähr 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens ungefähr 20 Ampere ausgelegt sein. Bei Vorsehen mehrerer Pins (die elektrisch voneinander getrennt betreibbar sein können) kann somit insgesamt eine Stromtragfähigkeit von zum Beispiel 70 Ampere und mehr erreicht werden. Jedes der einsteckbaren Kontaktelemente kann mit einer Steckkraft von höchstens ungefähr 10 Newton zum Einstecken in eine der Bohrungen ausgelegt sein. Somit kann zum Beispiel beim Vorsehen von fünf Kontaktelementen, die von einem Benutzer simultan in eine Leiterplatte einzustecken sind, eine Steckkraft von 50 Newton erforderlich sein, die ein Benutzer noch problemlos aufbringen kann.
  • Gemäß der Erfindung sind die mechanische Sicherung und die einsteckbaren Kontaktelemente als voneinander getrennte und getrennt an dem Steckelement angebrachte Komponenten vorgesehen. Mit anderen Worten können eine mechanische Sicherungskomponente und die einsteckbaren Kontaktelemente von einem direkten unmittelbaren mechanischen Angrenzen aneinander frei sein und können auch elektrisch voneinander entkoppelt sein. Durch das vollständige Trennen der mechanischen und elektrischen Kontaktierung können gerade die a priori als widersprüchlich erscheinenden Erfordernisse einer geringen Einsteckkraft in Kombination mit einer hohen Haltekraft erreicht werden.
  • Das Steckelement der Verbindungsanordnung ist mit der mechanischen Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements von der Leiterplatte versehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann das Steckelement allein eine Struktur aufweisen, mit der die Sicherung bewerkstelligt wird (zum Beispiel einen Befestigungshebel, ein männliches Verschlussteil mit Widerhaken, etc.). In einer solchen Ausgestaltung kann die Leiterplatte ganz frei von Sicherungselementen sein bzw. lediglich eine Aufnahmebohrung zum Aufnehmen einer Sicherung des Steckelements oder eine Oberfläche haben, an der eine Sicherung des Steckelements angreifen kann.
  • Alternativ kann die Leiterplatte mit der mechanischen Sicherung versehen sein. Bei dieser Ausgestaltung kann die Leiterplatte allein eine Struktur aufweisen, mit der die Sicherung bewerkstelligt wird (zum Beispiel einen Befestigungshebel, ein männliches Verschlussteil mit Widerhaken, etc.). In einer solchen Ausgestaltung kann das Steckelement ganz frei von Sicherungselementen sein bzw. lediglich eine Aufnahmebohrung zum Aufnehmen einer Sicherung der Leiterplatte oder eine Oberfläche haben, an der eine Sicherung der Leiterplatte angreifen kann. Es ist auch möglich, dass sowohl die Leiterplatte als auch das Steckelement jeweils eine strukturelle Komponente aufweisen, die der Sicherung dienen.
  • Eine von den durchkontaktierten Bohrungen freie Oberfläche der Leiterplatte kann mit einem Baugruppenschutzmerkmal versehen sein. Insbesondere kann diese Oberfläche mit Schutzmaterial (zum Beispiel einem Lack oder einem Verkapselungsvolumen) beschichtet oder vergossen sein. Herkömmlich werden Baugruppen oft mechanisch durch ein Gehäuse bzw. chemisch durch Dünnschichtlackierungen geschützt. Ein Komplettverguss einer Baugruppe als Alternative zur Gehäusebeschichtung ist herkömmlich oft umständlich und damit unwirtschaftlich, weil es bei herkömmlichen Vorsehen von Stecksockeln zwischen Leiterplatte und Steckelement oftmals eine dreidimensionale Kontur (durch die bestückten Komponenten und vor allem die Stecksockel) zu berücksichtigen gilt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Direktstecktechnik ist ein vereinfachter Baugruppenschutz möglich, da nur noch eine zweidimensionales Beschichtungsaufgabe besteht. Die Leiterplatte kann nämlich im Wesentlichen flach sein und nur die Bohrlöcher und deren Kontaktierungen aufweisen. Allenfalls flache Lötbauteile können darauf vorhanden sein. Mit anderen Worten ist es mit der Direktstecktechnologie auch möglich, komplette Gehäuse (und die erforderlichen Werkzeuge) einzusparen, indem die Baugruppen vergossen bzw. beschichtet und damit mechanisch bzw. chemisch vollständig geschützt wären. Während herkömmlich ein aufwendiges Abkleben von dreidimensionalen Komponenten vor dem Vergießen oder Lackieren einer 3D-Oberfläche oder ein aufwendiges selektives Beschichtungsverfahren erforderlich ist, könnte erfindungsgemäß mit einer einfachen Maske der Bereich der Kontaktlochbohrungen und der darin enthaltenen Kontaktierungen abgedeckt werden und ein vollständiger verbleibender Oberflächenabschnitt der Leiterbahnen mit einer Lackierung besprüht oder einem Verguss ausgestattet werden. Ein entsprechendes Verfahren zum Bilden eines Baugruppenschutzes ist erfindungsgemäß bereitgestellt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann mindestens eine zusätzliche Bohrung der Leiterplatte vorgesehen sein, die mit dem Baugruppenschutzmaterial versehen ist, insbesondere beschichtet oder vergossen, ist. Zum Beispiel können nicht zu bestückende Bohrungen und/oder Bohrungen, die zum Ausbilden von Lötverbindungen vorgesehen sind, von Baugruppenschutzmaterial bedeckt sein.
  • Um die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung insbesondere für vibrationsanfällige und hochstromerfordernde Automotive-Applikationen und dergleichen nutzbar zu machen, kann zusätzlich oder alternativ zu der Erfüllung der oben genannten Industrienormen die Verbindungsanordnung auch so ausgestaltet sein, dass diese mit der IEC-60512-6 (schnelle Temperaturzyklen nach Einpressnorm) verträglich ist, insbesondere auch gemäß IEC-68-2-14 (dry heat) verträglich ist. Es ist auch möglich, dass die Verbindungsanordnung in Einklang mit Tests mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen nach der Einpressnorm IEC-60512-6 und IEC-60512-11-1 ausgestaltet ist (vgl. hierzu insbesondere IEC 68-2-1 (coldness), IEC 68-2-2 (dry heat) und IEC 68-2-30 (damp heat, cyclic)). Die Verbindungsanordnung kann auch in Einklang mit einem Industrieklimatest gemäß IEC 60512-11-7 (IEC 68-2-52 (salt spray, cyclic) bzw. IEC 68-2-60 (corrosive gas (H2S, NO2, SO2) ausgestaltet sein.
  • Die hochstromfähigen Kontaktelemente können insbesondere aus Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen wie beispielsweise Messing oder Bronze hergestellt sein. Der ohmsche Widerstand eines solchen Kontaktelements kann im Bereich zwischen 10 µΩ und 10 mΩ liegen, bevorzugt zwischen 100 µΩ und 1 mΩ. Eine Länge der Kontaktelemente, durch welche der elektrische Strom hindurchfließt, kann in einem Bereich zwischen 1 mm und 100 mm liegen, bevorzugt zwischen 2 mm und 50 mm. Eine Dicke der Kontaktelemente, durch welche der elektrische Strom hindurchfließt, kann in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 6 mm liegen, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 3 mm. Eine Querschnittsfläche der Kontaktelemente kann in einem Bereich zwischen 0,01 mm2 und 30 mm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,2 mm2 und 25 mm2. Die vibrationsrobuste mechanische Sicherung kann aus einem der folgenden Materialien hergestellt werden: Stahl, Hartkunststoff, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen wie beispielsweise Messing oder Bronze. Die vibrationsrobuste mechanische Sicherung kann ausgestaltet sein, Vibrationskräfte wie in den oben genannten Normen aushalten zu können.
  • Bei der Verbindungsanordnung können die Kontaktelemente als Krimpkontakte ausgestaltet sein. Mit einer Krimpverbindung ist ein stabiles, flexibles und mit vertretbarem Aufwand realisierbares Verbinden mit einem Draht oder Kabel ermöglicht. Unter Crimpen oder Bördeln versteht man ein Fügeverfahren, bei dem zwei Komponenten durch plastische Verformung miteinander verbunden werden.
  • Die Krimpkontakte können einen krimpfähigen Krimpabschnitt (zum Befestigen eines Drahts oder Kabels) und einen elastisch steckbaren Abschnitt (zum Direktstecken auf eine Leiterplatte) aufweisen.
  • Der krimpfähige Krimpabschnitt und der elastisch steckbare Abschnitt können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Der krimpfähige Krimpabschnitt kann mit einer dünneren Materialstärke gebildet sein als der elastisch steckbare Abschnitt. Damit ist es möglich, einerseits aufgrund des Vorsehens eines ausreichend dünnen Materials (zum Beispiel mit einer Stärke von 0,4 mm, beispielsweise aus Bronze) eine gute Krimpverbindung zu erreichen, und andererseits mit einem dickeren Material (zum Beispiel mit einer Stärke von 0,8 mm, beispielsweise aus K55 bzw. K88) eine gute Elastitzität bei hoher Stromtragfähigkeit zu erreichen. Vorteilhaft ist es, wenn sich der Kontakt aus zwei unterschiedlichen Bereichen zusammensetzt:
    • einem aus Bronze bestehenden Bereich für die Crimpzone mit einer Dicke von 0,4mm
    • einem aus K55 oder K88 bestehenden Bereich für die Steckzone mit einer Dicke von 0,8mm.
  • Die Steckzone ist dicker wegen der erforderlichen mechanischen Stabilität und der Stromübertragung in der Durchkontaktierung der Leiterplatte.
  • Die vibrationsrobuste mechanische Sicherung kann als mindestens ein Rastclips ausgebildet sein, der zum Eingreifen in eine korrespondierend ausgebildete Rastaufnahmeöffnung der Leiterplatte eingerichtet sein kann. Der Stecker kann dabei einfach handhabbar in die Platine gesteckt und verriegelt werden. Ein Toleranzausgleich der Platinendicke kann über eine Tiefenfräsung an der Unterseite der Platine/Leiterplatte erfolgen.
  • Alternativ oder ergänzend kann die vibrationsrobuste mechanische Sicherung als mindestens ein Schraubenelement ausgebildet sein, das zum Eingreifen in eine korrespondierend ausgebildete Gewindebuchse der Leiterplatte eingerichtet sein kann. Die Gewindebuchsen können mit der Platine verschraubt werden. Dickentoleranzen der Platinen können über die Einschraubtiefe ausgeglichen werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die vibrationsrobuste mechanische Sicherung als mindestens eine Spreizniet ausgebildet sein, die zum Eingreifen in eine korrespondierend ausgebildete Nietaufnahmeöffnung der Leiterplatte eingerichtet ist. Hierbei kann ein Nietbolzen eingedrückt und variabel verspreizt werden. Toleranzen der Platinendicke können ausgeglichen werden. Es können eine aktive und eine inaktive Spreizniet vorgesehen sein, um die Handhabbarkeit zu verbessern.
  • Bei der Verbindungsanordnung können die Kontaktelemente (insbesondere in Kombination mit der Leiterplatte) ausgestaltet sein, dass beim Stecken der Kontaktelemente von Hand in die Bohrungen die Kontaktelemente nur (bzw. ausschließlich) im elastischen Bereich deformiert werden. Somit kann beim Stecken des Kontakts von Hand die Kontaktfeder auch tatsächlich nur im elastischen Bereich deformiert werden. Als elastischer Bereich kann der Bereich angesehen werden, in dem Auslenkung und Rückstellkraft zueinander direkt proportional sind. Als elastischer Bereich kann der Bereich angesehen werden, in dem keine plastische Deformation auftritt.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Die bei einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale sollen auch bei den anderen Ausführungsformen gelten. in der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    ein hochstromfähiges und vibrationsrobustes Steckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor der endgültigen Fertigstellung;
    Fig. 2
    eine hochstromfähige und vibrationsrobuste Verbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 3
    schematisch die Ansicht eines Blechzuschnitts zur Herstellung eines hochstromfähigen und vibrationsrobusten Steckelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 4
    schematisch die Seitenansicht des Steckelements gemäß Fig. 3;
    Fig. 5
    die Stirnansicht des Steckelements der Fig. 4;
    Fig. 6
    im vergrößerten Maßstab die Anordnung der Kontaktelemente bei einem hochstromfähigen und vibrationsrobusten Steckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 7
    schematisch einen Stecker als hochstromfähiges und vibrationsrobustes Steckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 8
    die Anordnung eines Gehäuses mit hochstromfähigen Kontaktelementen einer vibrationsrobusten Verbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    Fig. 9 bis 11
    eine Querschnittsansicht einer Verbindungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und illustrieren ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausbilden eines Baugruppenschutzes;
    Fig. 12, 13
    Steckelemente gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung;
    Figur 14
    die Seitenansicht eines Steckelements gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vor der endgültigen Fertigstellung;
    Figur 15
    perspektivisch die Anordnung zweier Steckelemente gemäß der Erfindung auf einer Leiterplatte;
    Figur 16
    die Ansicht eines Blechzuschnitts zur Herstellung eines Steckelements gemäß der Erfindung;
    Figur 17
    die Seitenansicht des Steckelements gemäß der Erfindung;
    Figur 18
    die Stirnansicht des Steckelements der Figur 17 gemäß der Erfindung;
    Figur 19
    in vergrößertem Maßstab die Anordnung der Kontaktelemente bei einem Steckelement gemäß der Erfindung;
    Figur 20
    schematisch einen Stecker als Steckelement gemäß der Erfindung;
    Figur 21
    die Anordnung eines Gehäuses mit Kontaktelementen der Erfindung;
    Fig. 22 bis
    Fig. 29 vibrationsrobuste Verbindungsanordnungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
    Fig. 30 bis Fig. 32
    Kontaktelemente der Verbindungsanordnungen gemäß Fig. 22 bis Fig. 29.
  • Im Weiteren werden bezugnehmend auf Fig. 1 bis Fig. 13 Steckelemente und Verbindungsanordnungen gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt ein Steckelement für eine solche Verbindungsanordnung mit insgesamt sieben steckbaren und jeweils hochstromfähigen Kontaktelementen 5. Diese sind an einer in Fig. 1 nicht gezeigten Leiterplatte mit durchkontaktierten Bohrungen anbringbar. Diese Bohrungen sind in einer geometrischen Anordnung angebracht, die einer Anordnung der Kontaktelemente 5 des Steckelements gemäß Fig. 1 entspricht. Somit sind die Bohrungen und die in sie einsteckbaren Kontaktelemente 5 aufeinander abgestimmt. Aufgrund der Dimension gemäß Fig. 1 (die in Millimeter angegeben sind) und aufgrund des Ausbildens dieser leitfähigen Strukturen aus niederohmigem Kupfermaterial sind die Kontaktelemente 5 hochstromfähig, das heißt sind zum Leiten eines Stroms von mindestens 10 Ampere eingerichtet. Das Steckelement kann von Hand durch Einstecken der Kontaktelemente 5 in die Bohrungen der Leiterplatte verbunden und von Hand entfernt werden. Hierfür ist eine Kraft von maximal 10 Newton pro Kontaktelement 5 ausreichend.
  • Aufgrund der Dimensionierung, der materiellen Ausgestaltung und der mechanischen Robustheit der mechanischen Sicherungselemente 7 ist das Steckelement gemäß Fig. 1 vibrationsrobust und erfüllt insbesondere die Anforderungen der Industrienorm ISO 16750-3. Die mechanischen Sicherungselemente 7 verhindern ein unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements 5 von der Leiterplatte und schützen auch vor einem unerwünschten Lösen der elektrischen Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen 5 und den Kontaktierungen in den Bohrungen der Leiterplatte, selbst wenn das Steckelement gemäß Fig. 1 und die zugehörige Leiterplatte in einem landwirtschaftlichen Fahrzeug implementiert sind, das Vibrationen des Motors und Vibrationen aufgrund der Bewegung dieses Fahrzeugs in einem unebenen Gelände auszuhalten hat.
  • Gemäß Fig. 1 sind die mechanischen Sicherungselemente 7 als gegenüber den Kontaktelementen 5 separate mechanische Komponenten vorgesehen, was ein kraftarmes händisches Einstecken und gleichzeitig ein vibrationsfestes Befestigen ermöglicht. Die Anordnung der Sicherungselemente 7 dient ebenfalls als Positionierhilfe zum korrekten Ausrichten des Steckelements gegenüber der Leiterplatte vor dem Einstecken der Kontaktelemente 5 in die Bohrungen, so dass ein falsches Einstecken vermieden werden kann.
  • Anschläge 6, die gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel separat von den Kontaktelementen 5 und den mechanischen Sicherungselementen 7 vorgesehen sind, begrenzen das Einschieben der Kontaktelemente 5 in die Leiterplatte. Alle Komponenten des Steckelements gemäß Fig. 1 sind einstückig aus einem Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt, wobei das Blech eine Dicke von mindestens 2 mm, vorzugsweise von mindestens 3 mm aufweist.
  • Der Blechzuschnitt gemäß Fig. 1 enthält eine Oberkante 1 und eine gegenüberliegend angeordnete Unterkante 2. Beide Kanten 1, 2 sind parallel zueinander ausgebildet. Rechts und links ist das Steckelement durch eine Seitenkante 3, 4 begrenzt. An der der Leiterplatte zugeordneten Unterkante 2 sind die Kontaktelemente 5 ausgebildet, die sich über die Unterkante 2 nach unten erstrecken und parallel zueinander verlaufen. Die Sicherungselemente 7 haben an ihren Außenseiten Widerhaken 14. Parallel zu den Seitenkanten 3, 4 weist der Blechzuschnitt Biegelinien 9 auf, in deren Verlängerung schmale Schlitze 10 angeordnet sind. Schlitze 10 sollen die Biegung erleichtern. In dem Mittelteil sind zwei von der Oberkante 1 ausgehende Schlitze 11 ausgebildet. Dadurch wird zwischen den beiden Schlitzen 11 eine Zunge 12 gebildet, die geringfügig nach innen, das heißt in Richtung zwischen die zwei äußeren Flügel (ähnlich wie mit Bezugszeichen 13 in Fig. 14 gezeigt), gebogen wird.
  • Fig. 2 zeigt eine Verbindungsanordnung gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt ein Substrat 50, an dessen Unterseite die Kontaktelemente 5 vorgesehen sind, welche mittels Durchkontaktierungen 51 mit einer Oberseite des Substrats 50 verbunden sind. Wie in Fig. 2 schematisch mit Bezugszeichen 52 angedeutet ist, kann hier ein elektrisches Peripheriegerät angeschlossen werden, das entweder elektrische Ströme über die Kontaktierungselemente 51, 5 an Kontaktierungen 53 in Bohrungen 54 einer Leiterbahn 28 anlegt oder diese Signale von Leiterbahn 28 empfängt. Wenn nämlich das in Fig. 2 oben gezeigte Steckelement durch Bewegung in Pfeilrichtung 57 in die Leiterplatte 28 eingesteckt wird, werden die Kontaktelemente 5 in Bohrungen 54 der Leiterplatte 28 eingeführt und stellen automatisch den elektrischen Kontakt zu dem jeweiligen Kontaktierungselement 53 innerhalb des jeweiligen Bohrlochs 54 her. Simultan werden die gemäß Fig. 2 an der Leiterplatte 28 angebrachten vibrationsrobusten mechanischen Sicherungselemente 7 in entsprechende Nuten 55 in dem Substrat 50 des Steckelements untergebracht, womit eine feste Verriegelung erfolgt.
  • Wie in Fig. 2 in gestrichelten Linien angedeutet ist, können ergänzend oder alternativ zu den vibrationsrobusten mechanischen Sicherungen 7 händisch verschwenkbare Klammerelemente an der Leiterplatte 28 angebracht werden, welche seitlich schwenkbar sind und an einer Oberseite des Substrats 50 angreifen können, um die vibrationsrobuste mechanische Sicherung bereitzustellen oder zu verstärken.
  • Fig. 3 zeigt schematisch einen Blechzuschnitt, aus dem durch Biegen ein hochstromfähiges und vibrationsrobustes Steckelement gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt werden kann. Wie in Fig. 1 sind auch hier die mechanischen Sicherungselemente 7 an dem Steckelement angebracht. Blechabschnitte 78 und 15 dienen dazu, um ein Kabel herum angelegt und von dort verpresst zu werden. Der Blechzuschnitt der Fig. 3 wird in einer Weise gebogen, dass zwei Reihen von Kontaktelementen 5 parallel zueinander verlaufen.
  • Dies ist von der Seite in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die Fig. 5 zeigt die Anordnung des fertig gebogenen Blechelements von rechts in Fig. 4. Die Blechteile 78 sind hoch gebogen, so dass hier ein Kabel eingelegt werden kann, das dann mit dem Blechzuschnitt verpresst wird.
  • Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Steckelements gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die vorgenommenen Bemaßungen in Kombination mit dem Vorsehen des gezeigten Blechs aus Kupfer in Einklang mit den Anforderungen der Hochstromfähigkeit und der Vibrationsfestigkeit sind.
  • Die Kontaktelemente 5 enthalten zwei Schenkel 16, zwischen denen ein Schlitz 17 gebildet ist. Die Schenkel 16 beginnen an der Unterkante 2 des Steckelements zunächst mit parallelen Seitenkanten 18. Kurz unterhalb der erwähnten Oberflächenebene 19 verlaufen die voneinander abgewandten Außenkanten 20 der beiden Schenkel konvex nach außen gekrümmt. Dieser Form folgen auch die einander zugewandten Innenseiten 21 der Schenkel 16. Die Enden der Schenkel 16 weisen voneinander einen Abstand auf. Auf diese Weise können sich die Schenkel 16 der Kontaktelemente 5 nach innen verformen, also in einer Richtung, die quer zur Steckrichtung 57 der Kontaktelemente 5 verläuft. Während die Fig. 1 ein Steckelement zeigt, das als Teil einer Halterung für ein Bauteil dient, und Fig. 3 bis Fig. 6 Steckelemente, die als Stecker für ein einziges Kabel ausgebildet sein können, zeigt die Fig. 7 ein Steckelement, bei dem die Kontaktelemente 5 aus einem Gehäuse 22 herausragen. In dem Gehäuse 22 sind Verbindungen mit mehreren Kabeln 23 zu den einzelnen Kontaktelementen 5 untergebracht. Es handelt sich hier also um einen Stecker mit einer Vielzahl von Kabeln 23.
  • An den beiden voneinander abgewandten Seiten des Gehäuses 22 sind metallische (insbesondere aus Edelstahl bestehende) Hebel 24 angeformt, die sich um die Anformstelle 25 verkippen lassen. Mit ihren vorderen Enden 26 greifen diese Hebel 24 durch die Durchgangsöffnungen 27 der Leiterplatte 28 hindurch. An diesem Ende 26 ist jeder Hebel 24 mit einem Widerhaken versehen, der ein Herausziehen aus dem Loch 27 der Leiterplatte 28 verhindert. Die beiden Hebel 24 sind in die dargestellte Stellung vorgespannt, in der die Widerhaken an der Rückseite der Leiterplatte 28 anliegen. Zum Herausziehen des Steckers müssen die beiden Hebel 24 so verkippt werden, dass die Widerhaken durch die Löcher 27 hindurch passen. Die Verkippung kann dadurch geschehen, das an dem der Leiterplatte 28 abgewandten Ende 29 der Hebel 24 nach innen gedrückt wird.
  • Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Gehäuse 30 mit einer Reihe von Kontaktelementen 5 versehen ist, die ebenso aufgebaut sind wie in Fig. 7 dargestellt. Wiederum sind metallische (insbesondere aus Edelstahl bestehende) Hebel 24 an den beiden Seiten des Gehäuses 30 angeformt, die die gleiche Aufgabe haben wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7. Hier stehen die Kontaktelemente 5 mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen innerhalb des Gehäuses 30 in Verbindung. Es kann sich um einfache oder auch kompliziertere elektronische Bauteile handeln, beispielsweise auch um ganze Schaltungen.
  • Da die Hebel 24 mit ihren vorderen Enden 26 deutlich über die vorderen Enden der Kontaktelemente 5 vorstehen, und da die vorderen Enden spitz zulaufen, bilden diese vorderen Enden der Hebel 24 eine Positionierhilfe, mit deren Hilfe das Steckelement gegenüber den Durchgangsöffnungen. 27 so ausgerichtet werden kann, dass die Kontaktelemente 5 die ihnen zugeordneten Bohrungen sofort finden.
  • Fig. 7 und Fig. 8 zeigen die folgenden Dimensionierungen: Dicke d kann zum Beispiel mindestens 3 mm betragen, Länge I mindestens 4 mm und Höhe h mindestens 30 mm, womit die erforderliche Vibrationsfestigkeit erreichbar ist.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 9 bis Fig .11 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei dem die Leiterplatte 28 mit einem Baugruppenschutzmaterial, zum Beispiel einem elektrisch isolierenden und mechanisch schützenden Lack überzogen wird.
  • In Fig. 9 ist angedeutet, wie ein Sicherungselement 7 und ein Kontaktelement 5 eines ansonsten nicht im Detail gezeigten Steckelements bezüglich der Leiterplatte 28 angeordnet sind, nämlich in einer Weise, dass Sicherungselemente 7 mit den entsprechenden Sicherungsbohrungen 60 der Leiterplatte 28 fluchten und Kontaktelemente 5 mit Bohrungen 54 fluchten. Diese sind jeweils im Inneren mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung 53 versehen, um bei eingeführten Kontaktelementen 5 eine elektrisch leitfähige Verbindung zu dem jeweiligen Kontaktelement 5 herbeizuführen.
  • Ferner ist in Fig. 9 schematisch angedeutet, vgl. Bezugszeichen 61, dass an einer oder an beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Leiterplatte 28 diese elektrisch leitfähige Bahnen aufweisen kann, mittels welchen einzelne der Bohrlochkontaktierungen 53 bzw. sonstige Komponenten elektrisch gekoppelt werden können. Fig. 9 zeigt auch, dass erfindungsgemäß keine separaten Steckbuchsen vorgesehen werden müssen, was zu einer im Wesentlichen planaren Oberfläche der Leiterbahnen 28 führt.
  • In Fig. 10 ist gezeigt, dass eine Maske 65 (zum Beispiel eine geeignet strukturierte bzw. gelöcherte dünne Platte) auf oder über die Leiterbahn 28 angeordnet werden kann, welche so beschaffen ist, dass ein nachfolgendes flächiges Lackieren (zum Beispiel mittels Sprühens, siehe Bezugszeichen 66) die gesamte Oberfläche der Leiterplatte 28 erfasst und mit einer Lackschicht 67 bedeckt, mit Ausnahme der Bohrlöcher 54 und der daran vorgesehenen Bohrlochkontaktierung 53 sowie optional der Sicherungslöcher 60.
  • Wie in Fig. 11 gezeigt, kann dadurch im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Leiterplatte 28 mit einer planen zweidimensionalen Lackschicht 67 überzogen werden, mit Ausnahme der Bohrlöcher 54 und der daran vorgesehenen Bohrlochkontaktierung 53 sowie optional der Sicherungslöcher 60.
  • In ähnlicher Weise wie in Fig. 9 bis Fig. 11 gezeigt kann auch ein maskenbasiertes Vergießen der Leiterplatte 28 mit einem Vergussmaterial durchgeführt werden.
  • Fig. 12 zeigt ein Steckelement gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Fig. 1 ähnelt, bei dem aber die Abstandshalter 6 und die Sicherungselemente 7 integral vorgesehen sind, das heißt das gemeinsame physische Struktur und unmittelbar aneinander angrenzend.
  • Fig. 13 unterscheidet sich von Fig. 1 im Wesentlichen dadurch, dass hier nun die Kontaktelemente 5 und die Abstandshalter 6 einstückig, einstoffig bzw. integral ausgestattet sind.
  • Im Weiteren werden exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
  • Die Fig. 14 zeigt einen noch ebenen Blechzuschnitt, wie er nach dem Ausstanzen aussieht. Dieser Blechzuschnitt soll später ein Steckelement bilden. Er enthält eine Oberkante 1 und eine gegenüberliegend angeordnete Unterkante 2. Beide Kanten sind parallel zueinander ausgebildet. Rechts und links ist das Steckelement der Figur durch eine Seitenkante 3, 4 begrenzt. An der der Leiterplatte zugeordneten Unterkante 2 sind insgesamt sieben Kontaktelemente 5 ausgebildet, die sich über die Unterkante 2 nach unten erstrecken und die parallel zueinander verlaufen. Zusätzlich zu den Kontaktelementen 5 enthält der Zuschnitt der Fig. 14 an seiner Unterkante 2 zwei Abstandselemente 6 und vier Sicherungselemente 7. Die Sicherungselemente 7 sind länger ausgebildet als die Kontaktelemente 5. Sie haben an ihren Außenseiten Widerhaken B.
  • Die Abstandselemente 6 bilden an ihrer Unterseite einen Anschlag. Ihre Länge, gerechnet von der Unterkante 2 des Blechzuschnitts aus, ist kürzer als die der Kontaktelemente 5.
  • Parallel zu den Seitenkanten 3, 4 weist der Blechzuschnitt Biegelinien 9 auf, in deren Verlängerung schmale Schlitze 10 angeordnet sind. Die Schlitze 10 sollen die Biegung erleichtern.
  • Aus der dargestellten ebenen Position wird der Blechzuschnitt der Fig. 14 dadurch umgewandelt, dass die rechten und linken Bereiche außerhalb der beiden Biegelinien um diese Biegelinien um 90 Grad gebogen werden. Dadurch entstehen zwei einen Mittelteil umgebenden parallel zueinander verlaufende Flügel. Diese Form ist aus der Fig. 15 ersichtlich. In dem Mittelteil sind zwei von der Oberkante 1 ausgehende Schlitze 11 ausgebildet. Dadurch wird zwischen den beiden Schlitzen 11 eine Zunge 12 gebildet, die geringfügig nach innen, das heißt in Richtung zwischen die beiden äußeren Flügel 13, gebogen wird. In dieser Position wird das Steckelement mit der Leiterplatte dadurch verbunden, dass die an der Unterseite 2 des Steckelements vorhandenen Sicherungselemente 7 und die Kontaktelemente 5 in in der gleichen Anordnung angeordnete durchkontaktierte Löcher eingeschoben werden. Da die Sicherungselemente 7 länger sind als die Kontaktelemente 5, gelangen zunächst die Sicherungselemente 7 in die vier zugeordneten Löcher, wobei die schräge Form an der Vorderseite der Sicherungselemente 7 das Einführen erleichtert. Sobald die Sicherungselemente 7, die gleichzeitig Positionierhilfen darstellen, in die Löcher eingegriffen haben, sind die Kontaktelemente 5 gegenüber den ihnen zugeordneten durchkontaktierten Bohrungen ausgerichtet, so dass sie jetzt in die durchkontaktierten Bohrungen eingeschoben werden können. Die Einschiebebewegung wird dadurch begrenzt, dass die Unterseite der Abstandselemente 6 auf der Oberseite der Leiterplatte aufliegt. Dabei liegen dann ebenfalls die an der Außenseite im Bereich der Seitenkanten 3, 4 vorhandenen Anschläge 14 auf der Oberseite der Leiterplatte an.
  • Wie man der Fig. 15 entnehmen kann, sind zwei derartige Steckelemente einander gegenüberliegend angeordnet. Sie bilden zwischen sich einen Raum, in dem beispielsweise eine Batterie eingesetzt werden kann, die durch die Flügel 13 und den Mittelteil mechanisch begrenzt gehalten wird, und bei der die Kontaktierung durch die Zungen 12 erreicht wird.
  • Die Fig. 16 zeigt einen Blechzuschnitt, aus dem durch Biegen ein weiteres Steckelement hergestellt werden kann. Der Blechzuschnitt enthält an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten jeweils sechs Kontaktelemente 5, welche die gleiche Form aufweisen wie die Kontaktelemente 5 der Ausführungsform nach Fig. 14. An den Enden der Stelle, wo die Kontaktelemente 5 angeordnet sind, sind wieder Abstandselemente 6 gebildet, die einen Anschlag für das Einschieben bilden. An der rechten Seite des Blechzuschnitts sind Blechabschnitte 14 und 15 ausgebildet, die dazu dienen, um ein Kabel herum angelegt und dort verpresst zu werden. Der Blechzuschnitt der Fig. 16 wird in der Weise gebogen, dass die beiden Reihen von Kontaktelementen 5 parallel zueinander verlaufen, so dass alle Kontaktelemente 5 parallel zueinander verlaufen. Dies ist von der Seite in Fig. 17 dargestellt. Die Fig. 18 zeigt die Anordnung des fertig gebogenen Blechelements von rechts in Fig. 17. Die Blechteile 14 sind hoch gebogen, so dass jetzt hier ein Kabel eingelegt werden kann, das dann mit dem Blechzuschnitt verpresst wird.
  • Einzelheiten der Kontaktelemente 5 und der Abstandselemente 6 gehen aus Fig. 19 hervor, die eine vergrößerte Darstellung der Kontaktelemente 5 der Fig. 17 darstellt.
  • Die in Fig. 19 nach unten gerichteten Enden der Abstandselemente 6 bilden die Linie, die nach dem Einstecken des Steckelements in die Leiterplatte der Oberfläche der Leiterplatte entspricht. Die Kontaktelemente 5 enthalten zwei Schenkel 16, zwischen denen ein Schlitz 17 gebildet ist. Die Schenkel 16 beginnen an der Unterkante 2 des Steckelements zunächst mit parallelen Seitenkanten 18. Kurz unterhalb der erwähnten Oberflächenebene 19 verlaufen die voneinander abgewandten Außenkanten 20 der beiden Schenkel konvex nach außen gekrümmt. Dieser Form folgen auch die einander zugewandten Innenseiten 21 der Schenkel 16. Die Enden der Schenkel 16 weisen voneinander einen Abstand auf. Auf diese Weise können sich die Schenkel 16 der Kontaktelemente 15 nach innen verformen, also in einer Richtung, die quer zur Steckrichtung der Kontaktelemente 5 verläuft. Die Steckrichtung ist in Fig. 17 und Fig. 19 von oben nach unten gerichtet.
  • Während die Fig. 14 und Fig. 15 ein Steckelement zeigen, das als Halterung für ein Bauteil dient, und die Fig. 16 bis Fig. 19 ein Steckelement, das als Stecker für ein einziges Kabel ausgebildet ist, zeigt die Fig. 20 jetzt ein Steckelement, bei dem die Kontaktelemente 5 aus einem Gehäuse 22 herausragen. In dem Gehäuse 22 sind Verbindungen mit mehreren Kabeln 23 zu den einzelnen Kontaktelementen 5 untergebracht. Es handelt sich hier also um einen Stecker mit einer Vielzahl von Kabeln 23.
  • An den beiden voneinander abgewandten Seiten des Gehäuses 22 sind aus Kunststoff bestehende Hebel 24 angeformt, die sich um die Anformstelle 25 verkippen lassen. Mit ihren vorderen Enden 26 greifen diese Hebel 24 durch die Durchgangsöffnungen 27 der Leiterplatte 28 hindurch. An diesem Ende 26 ist jeder Hebel 24 mit einem Widerhaken versehen, der ein Herausziehen aus dem Loch 27 der Leiterplatte 28 verhindert. Die beiden Hebel 24 sind in diese dargestellte Stellung vorgespannt, in der die Widerhaken an der Rückseite der Leiterplatte 28 anliegen. Zum Ausziehen des Steckers müssen die beiden Hebel so verdreht werden, dass die Widerhaken durch die Löcher 27 hindurch passen. Die Verkippung kann dadurch geschehen, das an dem der Leiterplatte 28 abgewandten Ende 29 der Hebel 24 nach innen gedrückt wird.
  • Fig. 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wo ein Gehäuse 30 mit einer Reihe von Kontaktelementen 5 versehen ist, die ebenso aufgebaut sind wie in Fig. 19 dargestellt. Wiederum sind Hebel 24 an den beiden Seiten des Gehäuses 30 angeformt, die die gleiche Aufgabe haben wie bei der Ausführungsform nach Fig. 20. Hier stehen die Kontaktelemente 5 mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen innerhalb des Gehäuses 30 in Verbindung. Es kann sich um einfache oder auch kompliziertere elektronische Bauteile handeln, beispielsweise auch um ganze Schaltungen.
  • Da die Hebel 24 mit ihren vorderen Enden 26 deutlich über die vorderen Enden der Kontaktelemente 5 vorstehen, und da die vorderen Enden spitz zulaufen, bilden diese vorderen Enden der Hebel 24 eine Positionierhilfe, mit deren Hilfe das Steckelement gegenüber den Durchgangsöffnungen. 27 so ausgerichtet werden kann, dass die Kontaktelemente 5 die ihnen zugeordneten Bohrungen sofort finden.
  • Zum Verbinden von Steckelementen mit Leiterplatten wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte durchkontaktierte Bohrungen und das Steckelement den durchkontaktierten Bohrungen entsprechende in diese einschiebbare Kontaktelemente aufweist. Die Kontaktelemente und die durchkontaktierten Bohrungen sind in ihren Abmessungen so aufeinander abgestimmt, dass das Steckelement von Hand mit den Kontaktelementen in die durchkontaktierten Bohrungen eingeschoben werden kann. Das Steckelement kann ebenfalls von Hand wieder von der Leiterplatte entfernt werden. Damit trotz der mit geringer Kraft herstellbaren Verbindung eine ausreichende Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen und der Wand der durchkontaktierten Bohrungen hergestellt werden kann, ist vorgesehen, dass die Kontaktelemente in einer Richtung quer zu Schieberichtung federnd beziehungsweise nachgiebig ausgebildet sind.
  • Im Weiteren werden bezugnehmend auf Fig. 22 bis Fig. 29 vibrationsrobuste Verbindungsanordnungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen des ersten Aspekts der Erfindung beschrieben. Fig. 30 bis Fig. 32 zeigen zugehörige Kontaktelemente für die Verbindungsanordnungen gemäß Fig. 22 bis Fig. 29.
  • Fig. 22 zeigt eine Verbindungsanordnung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Verbindungsanordnung 100 enthält ein Steckelement 102 und eine Leiterplatte 28. Das Steckelement 102 enthält, wie in Fig. 23 besser gezeigt sind, ein Gehäuse 104 mit einer matrixartigen Anordnung von Leitungsaufnahmen 106 zum Aufnehmen von nicht gezeigten elektrischen Leitungen. Die Leiterplatte 28 enthält durchkontaktierte Bohrungen 54 in einer korrespondierend ebenfalls matrixförmigen Anordnung. Das Steckelement 102 enthält ferner eine Mehrzahl von ebenfalls matrixförmig angeordneten steckbaren federartigen Kontaktelementen 108, die - bzw. deren Spitzen - eine reversible Auslenkungscharakteristik aufweisen. Mit anderen Worten können die Kontaktelemente 108 mehrfach in die durchkontaktierten Bohrungen 54 eingeführt und aus diesen wieder entfernt werden, ohne dass sich deren reversible, hooksche, nicht plastisch verformende Federcharakteristik verändert.
  • Die Bohrungen 54 und die in sie einsteckbaren Kontaktelemente 108 sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich das Steckelement 102 von Hand durch Einstecken der Kontaktelemente 108 in die Bohrungen 54 mit der Leiterplatte 28 verbinden und danach auch wieder von Hand entfernen lässt.
  • Gemäß dem in Fig. 22 bis Fig. 24 gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung 100 sind die Kontaktelemente 108 als Krimpkontakte ausgestaltet. Diese Kontaktelemente 108 enthalten einen krimpfähigen Kontaktabschnitt 110 und einen elastisch steckbaren Abschnitt 112, der an dem krimpfähigen Krimpabschnitt 110 angebracht ist. Der krimpfähige Krimpabschnitt 110 weist gegenüber dem elastisch steckbaren Abschnitt 112 ein unterschiedliches Material auf und kann auch aus einer anderen Materialstärke gebildet sein als der elastisch steckbare Abschnitt 112.
  • Gemäß dem in Fig. 22 bis Fig. 24 gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbindungsanordnung 100 ist die vibrationsrobuste mechanische Sicherung als ein Paar von Rastklipsen 114 ausgebildet, die an gegenüberliegenden lateralen Endabschnitten des Gehäuses 104 angebracht sind. Die Rastklipse 114 sind mittels eines korrespondierenden Paars von Griffstücken 116 in einem oberen Endabschnitt des Gehäuses 104 von einem Benutzer von Hand betätigbar. Die Rastklipse 114 sind zum Eingreifen in korrespondierend ausgebildete Rastaufnahmeöffnungen 116 der Leiterplatte 28 eingerichtet.
  • Fig. 22 zeigt die Verbindungsanordnung 100 in einem zusammengesteckten Zustand, wohingegen Fig. 23 die Verbindungsanordnung 100 in einem voneinander getrennten Zustand zeigt. Fig. 24 zeigt die Verbindungsanordnung 100 in einer Querschnittsansicht. In dieser ist gezeigt, wie die elastisch steckbaren Abschnitte 112 von dem korrespondierenden Bohrungen 54 elastisch federnd aufgenommen sind, wobei gleichzeitig ein zuverlässiger elektrischer Kontakt hergestellt ist.
  • Mit der Verbindungsanordnung 100 gemäß Fig. 22 bis 24 ist somit eine Direktsteckung unter Verwendung von Rastklipsen 114 ermöglicht. Das Steckelement 102 wird in die Platine 28 gesteckt und dort mittels der Rastklipse 114 verriegelt. Ein Toleranzausgleich der Platinendecke kann über eine Tiefenfräsung an der Unterseite der Platine oder Leiterplatte 28 erfolgen.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 25 und Fig. 26 eine Verbindungsanordnung 130 gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem ersten Betriebszustand (Fig. 25) beschrieben, in welchem ein Steckelement 132 in eine Leiterplatte 28 eingesteckt ist, und bezugnehmend auf Fig. 26 in einem Zustand beschrieben, in dem das Steckelement 132 nicht in die Leiterplatte 28 eingesteckt ist.
  • Gemäß Fig. 25 und Fig. 26 ist eine vibrationsrobuste mechanische Sicherung als ein Paar von Schraubenelementen 134, angeordnet an lateral gegenüberliegenden unteren Endabschnitten des Gehäuses 104, ausgebildet und zum Eingreifen in eine jeweils korrespondierend ausgebildete Gewindebuchse 136 der Leiterplatte 28 eingerichtet. Anders ausgedrückt ist in die Leiterplatte 28 an zwei Stellen jeweils eine Gewindebuchse 136 eingepresst, welche ein Innengewinde aufweist, das mit einem Außengewinde des jeweiligen Schraubenelements 134 korrespondiert. Mittels drehenden Betätigens von Betätigungselementen 138 in einem oberen Endabschnitt des Gehäuses 104 kann somit das Steckelement 132 nach Einstecken in die Leiterplatte 28 an dieser händisch fest verschraubt werden. Die Gewindebuchsen 136 können mit der Platine oder Leiterplatte 28 ebenfalls verschraubt oder alternativ verpresst sein. Dickentoleranzen der Platine oder Leiterplatte 28 können über eine Einschraubtiefe ausgeglichen werden.
  • Fig. 27 bis Fig. 29 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Verbindungsanordnung 150 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem wiederum eine Vibrationsrobustheit und optional eine Hochstromfähigkeit ermöglicht ist.
  • Fig. 27 zeigt ein Steckelement 152 in einer Leiterplatte 28 im eingesteckten Zustand, wohingegen gemäß Fig. 28 das Einsteckelement 152 in einem nicht eingesteckten Zustand bezüglich der Leiterplatte 28 gezeigt ist. Fig. 29 zeigt einen partiellen Querschnitt durch die Verbindungsanordnung 150, anhand welchem die federnd elastische Aufnahmecharakteristik der elektrisch steckbaren Abschnitte 112 des Steckelements 152 erkannt werden kann.
  • Gemäß Fig. 27 bis Fig. 29 ist die vibrationsrobuste mechanische Sicherung unter Verwendung eines Paars von Spreiznieten 154, 154' realisiert, die mittels Betätigungselementen 138 betätigt werden können und in korrespondierend vorgesehene Nietaufnahmeöffnungen 156 in der Leiterplatte 28 befestigend eingeführt werden können. Somit ist gemäß Fig. 27 bis Fig. 29 die Direktsteckung mittels Spreiznieten 154, 154' realisiert, wobei die jeweiligen Nietbolzen eingedrückt und variabel verspreizt werden können. Toleranzen der Platinendicke, das heißt der Dicke der Leiterplatte 28, können ausgeglichen werden. Fig. 28 zeigt eine aktive Spreizniet 154 sowie eine inaktive Spreizniet 154'. In dem Inneren des Gehäuses 104 sind die zugehörigen Spreiznietbolzen angeordnet.
  • Fig. 30 bis Fig. 32 zeigen eine Detailansicht der als Krimpkontakte ausgestalteten Kontaktelemente 108.
  • Fig. 30 zeigt, dass der krimpfähige Krimpabschnitt 110 und der elastisch steckbare Abschnitt 112 miteinander mechanisch und elektrisch unter Verwendung einer kombinierten Präge- und Nietverbindung 170 realisiert ist. Zur Realisierung des elastisch steckbaren Abschnitts 112 ist wiederum ein Gabelkontakt für Bohrungen mit einem Durchmesser von 2,3 mm bis 2,5 mm vorgesehen. Als Material für den elastisch steckbaren Abschnitt 112 kann z.B. Wieland K55 oder Wieland K88 mit einer Materialdicke von 0,8 mm verwendet werden. Der krimpfähige Krimpabschnitt 110 enthält eine Krimpzone 172 für eine Kabelaufnahme mit einer Querschnittsfläche zwischen 1,5 mm2 und 2,5 mm2. Als Material für den krimpfähigen Krimpabschnitt 110 kann zum Beispiel Bronze CuSn6 mit einer Materialdicke von 0,4 mm verwendet werden.
  • Die eigentlichen Kontaktierungselemente des elektrisch steckbaren Abschnitts 112 weisen zwei zwischen sich einen Zwischenraum 174 freilassende Schenkel 16 auf, deren voneinander abgewandte Außenseiten 20 konvex gekrümmt ausgebildet sind. Fig. 30 zeigt, dass die Abschnitte 110, 112 in einem Überlappungsbereich 176 überlappen und dort mittels der Präge- und Nietverbindung 170 miteinander verbunden sind.
  • Fig. 31 zeigt eine andere räumliche Ansicht und Fig. 32 zeigt eine Seitenansicht des Kontaktelements 108.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims (12)

  1. Verbindungsanordnung, mit
    1.1 einem Steckelement, das
    1.2 mindestens ein steckbares federartiges Kontaktelement (5), insbesondere eine Mehrzahl von steckbaren federartigen Kontaktelementen (5), mit einer reversiblen Auslenkungscharakteristik aufweist, sowie mit
    1.3 einer Leiterplatte (28) mit durchkontaktierten Bohrungen,
    1.4 die in einer der Anordnung des Kontaktelements (5) oder der Kontaktelemente (5) des Steckelements entsprechenden Anordnung angeordnet sind, wobei
    1.5 die Bohrungen und das in sie einsteckbare Kontaktelement (5) oder die in sie einsteckbaren Kontaktelemente (5) derart aufeinander abgestimmt sind, dass 1.6 sich das Steckelement von Hand durch Einstecken des Kontaktelements (5) oder der Kontaktelemente (5) in die Bohrungen mit der Leiterplatte (28) verbinden und von Hand entfernen lässt;
    1.7 sowie mit einer vibrationsrobusten mechanischen Sicherung (7) gegen ein unbeabsichtigtes Abziehen des Steckelements von der Leiterplatte (28) vorgesehen ist;
    wobei das Kontaktelement (5) und die vibrationsrobuste mechanische Sicherung (7) getrennt voneinander vorgesehen sind,
    wobei das Kontaktelement (5) oder die Kontaktelemente (5) zwei zwischen sich einen Zwischenraum (17) freilassende Schenkel (16) aufweist oder aufweisen; wobei das Kontaktelement (5) oder die Kontaktelemente (5) als zwei gekrümmte Federelemente mit einem Abstand voneinander vorgesehen wird oder werden, wobei der Zwischenraum mindestens in dem Bereich, in dem die jeweiligen Kontaktelemente nach dem Einstecken innerhalb einer der Bohrungen angeordnet
    sind, vorhanden ist, wobei die Enden der Schenkel (16) den Zwischenraum (17) zwischen sich aufweisen.
  2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von steckbaren Kontaktelementen (5) parallel zueinander verlaufen.
  3. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Anschlag (6) zur Begrenzung des Einschiebens des Kontaktelements (5) oder der Kontaktelemente (5) in die Leiterplatte (28).
  4. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kontaktelement (5) oder die Kontaktelemente (5) mindestens in dem innerhalb der durchkontaktierten Bohrungen anzuordnenden Bereich in einer Richtung quer zur Steckrichtung nachgiebig ausgebildet ist oder sind.
  5. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die voneinander abgewandten Außenseiten (20) der Schenkel (17) konvex gekrümmt ausgebildet sind.
  6. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der alle Kontaktelemente (5) eines Steckelements einstückig aus einem Stück Blech durch Stanzen und Biegen hergestellt sind.
  7. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes einsteckbare Kontaktelement (5) für eine elektrische Belastungsfähigkeit von mindestens 5 Ampere, insbesondere von mindestens 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens 20 Ampere ausgelegt ist.
  8. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jedes einsteckbare Kontaktelement (5) mit einer Steckkraft von höchstens 10 N in eine der Bohrungen einsteckbar ausgelegt ist.
  9. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (5) oder die Kontaktelemente (108) als Krimpkontakte ausgestaltet ist oder sind.
  10. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktelemente (5) ausgestaltet sind, dass beim Stecken des Kontaktelements (5) oder der Kontaktelemente (5) von Hand in die Bohrungen das Kontaktelement (5) oder die Kontaktelemente (5) nur im elastischen Bereich deformiert wird oder werden.
  11. Fahrzeug, aufweisend eine Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10.
  12. Verwendung einer Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-10 zum Übertragen eines elektrischen Stroms von mindestens 5 Ampere, insbesondere von mindestens 10 Ampere, weiter insbesondere von mindestens 20 Ampere, zwischen einem Kontaktelement (5) der Steckverbindung und der daran befestigten Leiterplatte (28).
EP14198976.4A 2008-12-03 2009-12-02 Verbindungsanordnung an Leiterplatten Active EP2899812B1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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