EP2982011B1

EP2982011B1 - Steckverbindungsvorrichtung

Info

Publication number: EP2982011B1
Application number: EP14714754.0A
Authority: EP
Inventors: Ralf Geske
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: CN105103377A; JP2017195202A; CN105103377B; CN108054529A; WO2014161965A1; US20160056552A1; US9806442B2; JP2016518003A; JP6496782B2; EP2982011A1; DE102013103446A1; EP3301759A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungsvorrichtung zur Verbindung eines Kabels mit einer Leiterplatte.
Die Herstellung einer Verbindung eines Kabels mit einer Leiterplatte ist bei der Installation elektrischer Anlagen, bei der Montage von elektronischen Geräten oder bei der Verbindung von elektronischen Schaltungen mit externen Komponenten, wie Sensoren, eine häufig gestellte Aufgabe.
In der Regel wird diese Aufgabe über die Verwendung einer Steckverbindungsvorrichtung gelöst, wobei aufgrund vielfach unterschiedlicher Anforderungen eine Vielzahl von unterschiedlichen Steckverbindungsvorrichtungen bekannt ist.
Bei der Entwicklung einer Steckverbindungsvorrichtung sind neben einer Vielzahl von Parametern wie Kontaktanzahl, elektrische Belastbarkeit (Strom, Spannung), mechanische Belastbarkeit, Anzahl der Steckspiele, IP-Schutzklasse, Isolation, etc. auch die Baugröße und die Richtung, in welcher die Steckverbindung in Relation zur Leiterplatte zu öffnen oder zu schließen ist, von nicht unerheblicher Bedeutung.
Vielfach lassen beengte räumliche Verhältnisse, wie beim Aufbau kompakter elektronischer Geräte, nur wenige mechanische Freiheitsgerade zu. Die Richtung, in der eine Steckverbindungsvorrichtung zu betätigen ist, ist daher vielfach vorgegeben.
Im Stand der Technik werden daher Steckverbindungsvorrichtungen bei ansonsten nahezu identischer Ausführung bisweilen in verschiedenen Varianten für verschiedene Steckrichtungen angeboten.
Ein Konstrukteur kann je nach Installationssituation auf verschiedene Steckverbindungsvorrichtungen zurückgreifen, zum Beispiel auf im Bezug zur Leiterplatte horizontal oder auf im Bezug zur Leiterplatte vertikal zu betätigende Varianten. Je nach erforderlicher Betätigungsrichtung greift ein Konstrukteur in unterschiedlichen Situationen auf unterschiedliche Produkte zurück, wobei die Hersteller wiederum entsprechend unterschiedliche Produkte anbieten. In der Kette von der Herstellung bis zur Verwendung verursacht eine Vielzahl von Varianten eines Bauteils deutlich höhere Kosten als sie von einem universell verwendbarem Bauteil verursacht würden.
Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Steckverbindungsvorrichtung anzugeben, die unabhängig von ihrem Material eine sichere Fixierung von Stecker und Grundleiste im gesteckten Zustand gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Gegenstands des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüche bis 4 angegeben.
Erfindungsgemäß ist also eine Steckverbindungsvorrichtung vorgesehen mit einem Stecker und einer Grundleiste, die mittels Steckverbindung in einer vorbestimmten Steckrichtung miteinander mechanisch und elektrisch kontaktierbar sind, wobei zur mechanischen Fixierung der Steckverbindungsvorrichtung im gesteckten Zustand eine Rastlasche und eine Rastnase vorgesehen sind, die miteinander verrastbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastlasche nur an einer Seite angebunden ist und die dabei auf dieser Seite gebildete Biegeachse in einem derartigen Winkel zur Steckrichtung steht, der geringer als 45° ist.
Erfindungswesentlich ist, dass zwischen der Steckrichtung und der Biegeachse nur ein geringer Winkel besteht, nämlich jedenfalls ein Winkel, der kleiner als 45° ist. Dabei wird als Biegeachse eine fiktive Achse bezeichnet, um die die Rastlasche beim Steckvorgang aufgrund der mit der Rastlasche in Kontakt kommenden Rastnase nach außen verbogen wird. Tatsächlich wird in der Praxis regelmäßig keine linienförmige Biegeachse vorkommen, sondern eine Verbiegung der Rastlasche über einen gewissen ausgedehnten Abschnitt. Zur Erläuterung der Erfindung wird der Einfachheit halber jedoch von einer Biegeachse gesprochen, der auch eine genau definierte Orientierung zukommt, so dass von einem Winkel zwischen Biegeachse und vorbestimmter Steckrichtung gesprochen werden kann.
Wie zuvor dargestellt, soll dieser Winkel erfindungsgemäß gering sein; ein Winkel von weniger als 45° ist grundsätzlich geeignet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Winkel jedoch noch kleiner, vorzugsweise geringer als 10°, und ganz besonders bevorzugt ist ein Winkel von 0 vorgesehen. Das bedeutet, dass die Biegeachse parallel zur Steckrichtung verläuft.
In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass die Rastnase derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie beim Steckvorgang nur am Rand des freien Endes der Rastlasche mit dieser in Kontakt kommt. Während die Anordnung der Rastnase erfindungsgemäß grundsätzlich frei ist, solange es zu einer Verrastung mit der Rastlasche kommt, hat diese bevorzugte Ausgestaltung den folgenden Vorteil:
Wenn die Rastnase nur am Rand, also am freien Ende der Rastlasche mit dieser in Kontakt kommt und sie dort nach außen drängt, kommt es auch nur zu einer solchen Verbiegung der Rastlasche, die durch die Höhe der Rastnase bestimmt ist. Im Stand der Technik, bei dem die Einsteckrichtung regelmäßig senkrecht zur Biegeachse verläuft, ist eine derart geringe Auslenkung nicht möglich. Hier wird nämlich die Rastnase weit in die Rastlasche hineingeführt, so dass dadurch eine wesentlich größere Verbiegung der Rastlasche erfolgt, die Rastlasche also viel weiter aufgebogen wird. Daher ist es gemäß dem vorliegend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, für die Steckverbindungsvorrichtung, insbesondere für die Rastlasche, auch ein relativ sprödes Material zu verwenden, wie LCP mit eine Glasfaseranteil von 30 %.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin zur Verrastung der Rastnase mit der Rastlasche eine Öffnung vorgesehen, die hinter der Rastlasche angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei die Öffnung zum Auslenkende der Rastlasche hin offen. Außerdem ist bevorzugt, dass die Öffnung in ihrem dem offenen Ende gegenüberliegenden Ende wenigstens zur Rastlasche hin zumindest teilweise abgerundet ist. Dies bewirkt eine mechanische Verstärkung der Rastlasche und kann ein Abreißen der Rastlasche verhindern.
Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die Rastlasche grundsätzlich am Stecker und die Rastnase dementsprechend grundsätzlich an der Grundleiste vorgesehen sein kann. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Rastlasche an der Grundleiste und die Rastnase am Stecker vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1: ein Beispiel einer Grundleiste einer Steckverbindungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2: das Beispiel aus Fig. 1 in Verbindung mit einer Leiterplatte in einer vertikalen Ausrichtung,
Fig. 3: das Beispiel aus Fig. 1 in Verbindung mit einer Leiterplatte in einer horizontalen Ausrichtung,
Fig. 4: das Beispiel aus Fig. 2 in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung,
Fig. 5: das Beispiel aus Fig. 3 in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung,
Fig. 6: ein zweites Beispiel einer Grundleiste einer Steckverbindungsvorrichtung in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung und Montage in vertikaler Ausrichtung,
Fig. 7: das Beispiel aus Fig. 6 bei Montage in horizontaler Ausrichtung,
Fig. 8: ein Ausführungsbeispiel der Grundleiste der erfindungsgemäßen Steckverbindungsvorrichtung in horizontaler Ausrichtung aus Sicht der Steckrichtung,
Fig. 9: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steckverbindungsvorrichtung in geöffneter Position,
Fig. 10: das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 in geschlossener Position,
Fig. 11: das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 im ungesteckten Zustand weiter im Detail hinsichtlich Rastnase und Rastlasche,
Fig. 12: das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 während des Steckvorgangs,
Fig. 13: das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 und 12 in gestecktem Zustand,
Fig. 14: den Stecker zuvor schon gezeigten Stecker mit seinen mittels eines Werkzeugs betätigbaren Federöffnern in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 15: den Stecker aus Fig. 14 in einer Seitenansicht und
Fig. 16: den Stecker aus den Fig. 14 und 15 teilweise im Schnitt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Grundleiste einer Steckverbindung, die nicht Teil der Erfindung ist, in perspektivischer Darstellung. Das Ausführungsbeispiel weist einen geschnitten dargestellten Lötstift 3, einen Steckbereich 4 und einen Kontaktbereich 5 auf. Der Steckbereich 4 liegt offen und ist von einem Stecker kontaktierbar. Der Lötstift 3 ist J-förmig ausgebildet. In seinem Kontaktbereich 5 weist der im Schnitt dargestellte Lötstift 3 die beiden Kontaktzonen 6 und 7 auf. Diese Kontaktzonen 6 und 7 liegen in einem rechten Winkel zu einander auf unterschiedlichen Seiten der Grundleiste 2 und schließen mit den Seitenflächen der Grundleiste 2 jeweils bündig ab. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Kontaktfläche 7 von vier Lötstiften 3 zu erkennen. Es ist für jeweils eine Ader eines mehradrigen Kabels je ein Lötstift 3 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt das Beispiel aus Figur 1 in Verbindung mit einer Leiterplatte in einer vertikalen Ausrichtung. Die Ausnehmungen in der Grundleiste 2 nehmen die Lötstifte 3 auf, so dass eine bündige Standfläche für eine vertikale Ausrichtung auf der Leiterplatte 8 gebildet wird. In der Kontaktzone 6 steht der Lötstift 3 mit der Leiterplatte 8 in Kontakt, so dass dieser dort mit einer (nicht gezeigten) Leiterbahn der Leiterplatte 8 in SMD-Montagetechnik elektrisch kontaktierend verbindbar ist.
Fig. 3 zeigt das Beispiel aus Fig. 1 und Fig. 2 in Verbindung mit einer Leiterplatte 8 in einer horizontalen Ausrichtung. Die Ausnehmungen in der Grundleiste 2 nehmen die Lötstifte 3 auf, so dass eine bündige Standfläche auch für eine horizontale Ausrichtung auf der Leiterplatte 8 gebildet wird. In dieser Ausrichtung steht der Lötstift 3 in der Kontaktzone 7 mit der Leiterplatte in Kontakt, so dass dieser dort mit einer (nicht gezeigten) Leiterbahn der Leiterplatte 8 in SMD-Montagetechnik elektrisch kontaktierend verbindbar ist.
Fig. 4 zeigt das Beispiel aus Figur 2 in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung, wobei zusätzlich die Spitze eines Ankerstiels 9 eines Lötankers ersichtlich ist, der zur mechanischen Befestigung der Grundleiste 2 auf der Leiterplatte 8 dient und durch eine Bohrung der Leiterplatte 8 hindurchgeführt wird.
Fig. 5 zeigt das Beispiel aus Fig. 3 in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung, wobei auch hier die Spitze des Ankerstiels 9 eines Lötankers ersichtlich ist.
Fig. 6 zeigt ein zweites Beispiel einer Grundleiste einer Steckverbindung, die nicht Teil der Erfindung ist, in seitlicher, parallel zur Steckrichtung geschnittener Darstellung und Montage in vertikaler Ausrichtung. Das Ausführungsbeispiel weist einen geschnitten dargestellten Lötstift 3 mit einem Steckbereich 4 und einen Kontaktbereich 5 auf. Der Steckbereich 4 liegt offen und ist von einem Stecker kontaktierbar. Der Lötstift 3 ist T-förmig, der Kontaktbereich 5 des Lötstifts 3 ist L-förmig ausgebildet. In diesem Kontaktbereich 5 weist der im Schnitt dargestellte Lötstift 3 die beiden Kontaktzonen 6 und 7 auf. Diese liegen jeweils in dem Abschnitt des L-förmigen Kontaktbereichs, in denen der Lötstift 3 die Leiterplatte 8 bei entsprechender Ausrichtung der Grundleiste 2 berühren würde. Bei der Ausrichtung in dieser Figur 6 berührt der Lötstift 3 die Leiterplatte 8 in der Kontaktzone 6. Die Kontaktzonen 6 und 7 liegen in einem rechten Winkel zu einander auf unterschiedlichen Seiten der Grundleiste 2 und sind geeignet, die Leiterplatte 8 zu durchstoßen.
Fig. 7 zeigt das Beispiel aus Figur 6 bei Montage in horizontaler Ausrichtung, wobei bei der Ausrichtung in dieser Figur 7 der Lötstift 3 die Leiterplatte 8 in der Kontaktzone 7 berührt. Darüber hinaus ist hier die Spitze des Ankerstiels 9 eines Lötankers ersichtlich, der in der Darstellung der Figur 6 durch den Lötstift 3 verdeckt wird.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Grundleiste 2 der erfindungsgemäßen Steckverbindungsvorrichtung in horizontaler Ausrichtung aus Sicht der Steckrichtung. Die Figur 8 zeigt exemplarisch eine Grundleiste 2 zur Verbindung eines mehradrigen Kabels mit einer Leiterplatte 8, wobei aus der Ausführungsform in Figur 8 die Spitzen von vier Lötstiften 3 zur Kontaktierung eines vieradrigen Kabels ersichtlich sind. An den seitlichen Enden quer zur Steckrichtung weist die Grundleiste 2 Aufnahmen 11 zur Aufnahme von Lötankern auf. Der Ankerstiel 9 eines Lötankers weist einen rechteckigen Querschnitt auf und kann in die rechteckig ausgebildeten durchgehenden Öffnungen 11 eingeführt, beziehungsweise hindurchgeführt werden. Beide Seiten der Grundleiste 2 weisen jeweils zwei dieser Öffnungen auf, je eine für eine vertikale und eine horizontale Ausrichtung der Grundleiste 2. In Figur 8 sind nur die frei liegenden Öffnungen für eine vertikale Ausrichtung gut zu erkennen. Die Öffnungen für die horizontale Ausrichtung sind aus dieser Perspektive nicht ersichtlich und zudem jeweils durch einen Ankerstiel eines Lötankers 9 ausgefüllt, welcher jeweils durch die Öffnung der Grundleiste 2 sowie die Leiterplatte 8 hindurchragt. Die Arme des Ankerkopfes 10 des Lötankers halten die Grundleiste 2 auf der Leiterplatte 8 fest.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steckverbindungsvorrichtung in geöffneter Position. Aus der perspektivischen Darstellung sind zudem der Ankerstiel 9 sowie der Ankerkopf 10 der beidseitig montierten Lötanker ersichtlich.
Fig. 10 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 9 in geschlossener Position und bei horizontaler Montageausrichtung auf einer Leiterplatte 8.
Aus den Fig. 11, 12 und 13 ist schließlich ersichtlich, wie eine mechanische Fixierung von Stecker 1 und Grundleiste 2 miteinander erfolgt. Dazu weist der Stecker 1 zumindest auf einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten, ein Rastnase 12 auf, die in einer Öffnung hinter einer an der Grundleiste 2 befestigten Rastlasche 14 verrasten kann. Das besondere dieser Rastverbindung besteht nun darin, dass die in Fig. 12 mit einer gepunkteten Linie angedeutete Biegeachse 13, um die die Rastlasche 14 nach außen aufgebogen wird, parallel zu der in derselben Figur gezeigten Steckrichtung 15 verläuft. Wie weiter oben im Einzelnen dargelegt, ist auf diese Weise eine nur geringe Aufbiegung der Rastlasche erforderlich, so dass Stecker 1 und Grundleiste 2 sowie insbsondere die Rastlasche 14 auch aus einem relativ spröden Material hergestellt sein können, ohne einen Materialbruch befürchten zu müssen.
Aus den Fig. 14, 15 und 16 ist schließlich im Detail ersichtlich, wie in dem Stecker 1 vorgesehne Federöffner 16 gemäß einem Beispiel einer Grundleiste einer Steckverbindung, die nicht Teil der Erfindung ist, ausgestaltet sind.
Der Stecker 1 weist ein Gehäuse 17 und in dem Gehäuse 17 vorgesehene und nicht weiter dargestellte Anschlussfedern zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern auf. Die Federöffner 16 sind mit einem Werkzeug 18, vorliegend einem Schraubendreher, betätigbar, um die jeweilige Anschlussfeder zu öffnen. In die Kabeleinführtrichter 19 ist jeweils ein Leiter einführbar, und der Leiter kann damit zur jeweiligen Anschlussfeder hin geführt werden. Die Betätigungsrichtung eines jeweiligen Federöffners 16 und die Einführungsrichtung eines zugeordneten Kabeleinführtrichters 19 verlaufen parallel zueinander.
Wie insbesondere Fig. 14 entnehmbar, grenzen die Federöffner 16 und die zugeordneten Kabeleinführtrichter 19 aneinander an. Die Federöffner 16 weisen jeweils eine Betätigungsfläche 20 für das Werkzeug auf, wobei die Betätigungsfläche 20 von einer U-förmigen Wandung 21 umgeben ist, was insbesondere Fig. 16 entnehmbar ist. Über die Betätigungsfläche 20 kann auf den Federöffner 16 Druck zum Öffnen der Feder ausgeübt werden, und die U-förmige Wandung 21 stellt einen sicherer Halt des Werkzeugs 18 auf dem Federöffner 16 sicher, da die U-förmige Wandung 21 an drei Seiten eine Anschlag für das Werkzeug 18 bietet.
Wie den Fig. 14, 15 und 16 entnehmbar, ist weiterhin vorgesehen, dass die Öffnung der U-förmigen Wandung 21 auf der dem Kabeleinführtrichter 19 abgewandten Seite liegt. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass das Werkzeug 18 bei einem möglichen Verrutschen nicht den Kabeleinführbereich über dem Kabeleinführtrichter 19 verdeckt kann.

Bezugszeichenliste

Stecker	1
Grundleiste	2
Lötstift	3
Steckbereich des Lötstifts	4
Lötbereich des Lötstifts	5
Erste Kontaktzone	6
Zweite Kontaktzone	7
Leiterplatte	8
Lötanker, Ankerstiel	9
Lötanker, Ankerkopf	10
Aufnahme	11
Rastnase	12
Biegeachse	13
Rastlasche	14
Steckrichtung	15
Federöffner	16
Gehäuse	17
Werkzeug	18
Kabeleinführtrichter	19
Betätigungsfläche	20
U-förmige Wandung	21

Claims

Steckverbindungsvorrichtung, mit einem Stecker (1) und einer mit einer Leiterplatte (8) verbindbaren Grundleiste (2), die mittels Steckverbindung in einer vorbestimmten Steckrichtung (15) miteinander mechanisch und elektrisch kontaktierbar sind, wobei zur mechanischen Fixierung der Steckverbindungsvorrichtung im gesteckten Zustand eine Rastlasche (14) und eine Rastnase (12) vorgesehen sind, die miteinander verrastbar sind, wobei zur Verrastung der Rastnase (12) mit der Rastlasche (14) eine Öffnung vorgesehen ist, die hinter der Rastlasche (14) in der Steckrichtung (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastlasche (14) nur an einer Seite angebunden ist und die dabei auf dieser Seite gebildete Biegeachse (12) in einem derartigen Winkel zur Steckrichtung (15) steht, der geringer als 45° ist, wobei die Biegeachse (12) parallel zur Steckrichtung (15) verläuft.
Steckverbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnase (12) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie beim Steckvorgang nur am Rand des freien Endes der Rastlasche (14) mit dieser in Kontakt kommt.
Steckverbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Auslenkende der Rastlasche (14) hin offen ist.
Steckverbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in ihrem dem offenen Ende gegenüberliegenden Ende wenigstens zur Rastlasche (14) hin zumindest teilweise abgerundet ist.