EP4026203B1

EP4026203B1 - Kartenrandsteckverbinder

Info

Publication number: EP4026203B1
Application number: EP20767966.3A
Authority: EP
Inventors: Marc Lindkamp; Rainer BUSSMAN
Original assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2024-10-09
Anticipated expiration: 2040-08-26
Also published as: WO2021043370A1; CN114731004A; DE102019123829A1; US20220336979A1; US12095186B2; EP4026203A1; CN114731004B

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kartenrandsteckverbinder nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1, sowie einem Sensor, welcher einen Kartenrandsteckverbinder gemäß Anspruch 1 aufweist.
Derartige Kartenrandsteckverbinder werden unter Anderem benötigt, um die Verbindung zwischen Leiterkarten und elektrischen Leitern, beispielsweise ein als Signalleitung für einen Sensor genutztes Kabel, herzustellen.

Stand der Technik

Besonders in dem Bereich der Sensorik sind Kartenrandsteckverbinder zum Verbinden von Kabeln und in einem Sensorgehäuse eingesetzten Leiterkarten bekannt.
Üblicherweise werden im Bereich der Einbausensoren Kabel, bzw. dazugehörige Adern, an dafür vorgesehene Kontaktflächen auf einer Leiterkarte aufgelötet. Diese Vorgehensweise ist antiquiert, zeitaufwendig, fehleranfällig und erschwert einen Automatisierungsprozess.
Die DE 10 2013 112 560 A1 schlägt einen Kartenrandsteckverbinder vor, bestehend aus einem Isolierkörper und zumindest einem elektrischen Kontakt, wobei der zumindest eine elektrische Kontakt in dem Isolierkörper aufgenommen ist, wobei der Isolierkörper zwei Kontaktseiten aufweist, eine erste Kontaktseite, an welcher der zumindest eine elektrische Kontakt einen Stift- oder Buchsenkontakt bildet, sowie eine zweite Kontaktseite welche einen Schlitz ausweist, wobei der zumindest eine elektrische Kontakt im Schlitz zumindest einen Kontaktarm bildet, wobei der zumindest eine Kontaktarm in den Schlitz ragt, wobei an der zweiten Kontaktseite des Isolierkörpers eine Blende vorgesehen ist.
Zwar ermöglicht die Lösung das Vergießen des vorgeschlagenen Kartenrandsteckverbinders, und den Einsatz von Klemmkontakten, benötigt jedoch durch die mittig des Kartenrandsteckverbinders ausgerichteten Klemmkontakte den Einsatz einer kostspieligen, doppelt bestückten Leiterkarte, da einseitig bestückte Leiterkarten üblicherweise zu hoch ausbauen, um gemeinsam mit dem vorgeschlagenen Kartenrandsteckverbinder in einem Sensorgehäuse verbaut werden zu können. Weiterhin beachtet diese Lösung nicht, dass Sensoren, insbesondere Einbausensoren, oftmals vorteilhafterweise mit eigenem, abgehenden Kabel ausgeführt werden.
Die US 5,766,023 A eröffnet einen elektrischen Verbinder zum Verbinden einer ersten Leiterkarte mit einer zweiten Leiterkarte, wobei der Verbinder ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseelement, das mit einem zweiten Gehäuseelement verbunden ist umfasst, wobei das erste Gehäuseelement Kontaktstifte aufweist, die sich durch dieses hindurch erstrecken, und das zweite Gehäuseelement einen Aufnahmebereich aufweist, in dem sich erste Enden der Kontaktstifte befinden; und einen Kontaktstreifen mit einem Träger aus elastischem, leitfähigem Material, einer Isolierschicht auf dem Träger und Signalleitern auf der Isolierschicht, wobei der Kontaktstreifen in dem Aufnahmebereich des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Signalleiter einige der ersten Enden der Kontaktstifte berühren und sich auch durch Öffnungen in einer Seite des Gehäuses zur Verbindung mit einer der gedruckten Leiterplatten erstrecken.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kartenrandsteck-verbinder anzubieten, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine kompakte und kostengünstige Möglichkeit eröffnet, um insbesondere preiswerte, einseitig bestückte Leiterkarten mit insbesondere als Kabel ausgeführten Leitern sicher und schnell zu verbinden.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung besteht aus einem Kartenrandsteckverbinder zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen zumindest einem elektrischen Leiter und zumindest einer Leiterkarte. Hierbei weist der Kartenrandsteckverbinder ein Gehäuse auf, welches zumindest ein Kontaktelement aufnimmt und zumindest eine Kavität aufweist. Die zumindest eine Kavität nimmt sowohl den Leiter, als auch die Leiterkarte zumindest teilweise auf. Dabei umfasst das Kontaktelement die Leiterkarte federelastisch auf und kontaktiert diese. Weiterhin wird durch das Kontaktelement der Leiter federelastisch kontaktiert und gegen das Gehäuse geklemmt. In diesem Zusammenhang meint "kontaktieren" insbesondere die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung. Folglich bedeutet das, der Kartenrandsteckverbinder ist dazu ausgelegt, den Randbereich einer Leiterkarte, bzw. Platine zu umfassen. Gleichzeitig wird durch das Kontaktelement eine elektrische Verbindung zwischen einer Leiterkarte und einem Leiter hergestellt. Üblicherweise handelt es sich bei einem Leiter um wenigstens ein Kabel, welches zumindest eine Ader aufweist. An dem Kontaktelement ist ein Fortsatz ausgeformt, welcher formschlüssig oder kraftschlüssig die Position des Kontaktelements im Gehäuse sichert. Anders ausgedrückt wird dem Kontaktelement ein Ausläufer angeformt, welcher mit dem Gehäuse des Kartenrandsteckverbinders interagiert. Dazu könnte dem Kontaktelement beispielsweise ein Haken angeformt sein, welcher verhindert, dass das Kontaktelement unbeabsichtigt aus dem Gehäuse gelangt. Ähnlich geschickt könnte eine Ausnehmung im Kontaktelement sein, welche mit einer Rastnase im Gehäuse in Eingriff gebracht wird. Alternative Verbindungsmöglichkeiten sind natürlich denkbar. Dadurch kann die Montage von Produkten, in denen der Kartenrandsteckverbinder eingesetzt wird, erheblich vereinfacht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Kontaktelement einteilig ausgeformt. Durch ein einteiliges Kontaktelement wird die Herstellung des Kartenrandsteckverbinders vereinfacht. Gleichzeitig bleiben die Produktionskosten gering. Insbesondere bei dem Einsatz mehrerer Kontaktelemente in einem Kartenrandsteckverbinder ergibt sich durch die Ausführung einteiliger Kontaktelemente ein Vorteil bezüglich der Herstellung.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Kontaktelement die Leiterkarte sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite federelastisch klemmend auf und kontaktiert die Leiterkarte so. Hiermit ist gemeint, dass das Kontaktelement zumindest in einem Bereich als Klammer ausgeführt ist. Das als Klammer ausgeführte Kontaktelement wirkt also zumindest im gesteckten Zustand der Leiterkarte beidseitig mit je einer Kraft gegen die Leiterkarte. Anders gesagt, der oberhalb der Leiterkarte positionierte Klammerarm wirkt mit einer Kraft gegen die Leiterkarte. Gleichzeitig wirkt der unterhalb der Leiterkarte positionierte Klammerarm mit einer Kraft gegen die Leiterkarte. Damit wird sichergestellt, dass auch unter Vibration oder ähnlichen Umwelteinflüssen der elektrische Kontakt sichergestellt wird.
Eine sinnvolle Ausführungsform sieht einen Kartenrandsteckverbinder vor, dessen Kontaktelement zumindest grundsätzlich die Form eines kleingeschriebenen, griechischen Buchstaben "Epsilon" (ε) aufweist. Dabei werden zwei Ausläufer des Kontaktelements als Klammer ausgeführt, welche die Leiterkarte klemmend umfassen. Der dritte Ausläufer ist erfindungsgemäß an der zuvor beschriebenen Klammer angeformt. Dieser Ausläufer ermöglicht es, einen Leiter, insbesondere ein Kabel, gegen das Gehäuse zu drücken und somit den elektrischen Kontakt sicher herzustellen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, das Kontaktelement derart auszuformen, dass sowohl die Leiterkarte als auch der Leiter werkzeuglos mit dem Kontaktelement verbindbar sind. Dazu müssen jedoch, je nach Ausführung des Leiters gegebenenfalls Vorkehrungen getroffen werden. Bei dem Einsatz eines massiven Leiters ist es möglich, ein abisoliertes Leiterende direkt in die zylindrische Vertiefung einzuführen. Als massiver Leiter ist hier beispielsweise die einteilig ausgeführte Ader eines Kabels, vergleichbar mit Gebäudeinstallationskabeln, zu verstehen. Bevorzugt wird hier ein grundsätzlich flexibles Kabel eingesetzt, dessen zumindest eine Ader aus mehreren Litzen gebildet wird. Die Litzen der Ader werden einen Ends mit Aderendhülsen gesichert. Durch die Sicherung der zumindest einen Ader mit einer Aderendhülse kann das Leiterende idealerweise mit geringem Kraftaufwand in eine Vorgesehene Öffnung eingeschoben werden. Hier wird die Aderendhülse dann durch das Kontaktelement gegen das Gehäuse gedrückt. Dadurch wird zum einen der Leiter im Gehäuse des Kartenrandsteckverbinders gesichert. Zum anderen wird der elektrische Kontakt sicher hergestellt.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht vor, das Gehäuse derart auszuformen, dass die Kontaktierung von der Leiterkarte sowie dem Leiter zumindest größtenteils innerhalb des Gehäuses erfolgt. Anders gesagt erfolgt die Herstellung der elektrischen Verbindung innerhalb der grundlegenden Form von dem Gehäuse des Kartenrandsteckverbinders. Dementsprechend werden die Leiter, idealerweise mit Aderendhülsen versehene Kabeladern, in das Gehäuse eingeführt. Ebenso werden zumindest die dafür vorgesehenen Kontaktflächen einer Leiterkarte innerhalb des Gehäuses von dem entsprechenden Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung kontaktiert.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, die zumindest eine Kavität zur Aufnahme der Leiterkarte als eine nutähnliche Aussparung auszuformen. Insbesondere eine durchgehende Nut vereinfacht die Verbindung mit Leiterkarten, deren Breite größer ist als die Breite des Gehäuses des Kartenrandsteckverbinders. Dadurch ist der erfindungsgemäße Kartenrandsteckverbinder unproblematisch mit verschiedenen Ausführungen von Leiterkarten verbindbar. Zum Vereinfachen des Steckvorgangs empfiehlt es sich, die Nut an zumindest einer nach außen gerichteten Kante abzufasen.
In einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eine Kavität zur Aufnahme des Leiters als grundsätzlich zylindrische Vertiefung ausgeformt. Damit wird sichergestellt, dass einzuführende Leiter, insbesondere durch eine Aderendhülse verstärkt, von dem Kontaktelement erfasst werden. Hierdurch wird die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Kontaktelement und Leiter gewährleistet. Zur einfachen Montage wird auch hier eine Fase entlang der zum Kabelverlauf gerichteten, grundsätzlich kreisrunden Öffnung der Kavität vorgeschlagen.
Eine weiterentwickelte Ausführungsform sieht einen Sensor zur Erfassung eines physikalischen Merkmals vor. Dieser Sensor weist ein Sensorgehäuse auf und zumindest eine in dem Sensorgehäuse angeordnete Leiterkarte. Dabei wird ein Kartenrandsteckverbinder gemäß Anspruch 1 innerhalb des Sensorgehäuses eingesetzt. Dadurch wird die Verbindung von der Leiterkarte zu einem aus dem Sensorgehäuses führenden Leiter hergestellt. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders wird die Montage erheblich vereinfacht. Denkbar wäre durch diese neue und einfache Anwendungsmöglichkeit auch ein modular aufgebauter Sensor. Hierzu könnte ein standardisiertes Sensorgehäuse für verschiedene Sensorarten und die dafür benötigten, verschiedenen Leiterkarten genutzt werden. Auch die vom Sensor abgehenden Leiter können in großer Stückzahl vorkonfektioniert werden. Diese Möglichkeiten ermöglichen einen günstigen und unkomplizierten Fertigungsprozess. Darüber hinaus bestünde sogar die Möglichkeit, feldkonfektionierbare Sensoren anzubieten. Damit ist gemeint, dass Sensoren als Bausatz angeboten werden können. Diese können vom Endnutzer vor Ort am Einsatzort bedarfsgerecht zusammengesetzt/ montiert werden, ohne übermäßige Zeiteinbußen erwarten zu müssen. Weiterhin kann durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders eine gewisse Modularität geschaffen werden. Wird ein Sensor beispielsweise mit Steckkontakten zur Verbindung mit einem Steckverbinder ausgeführt, so lässt sich ein Modul herstellen, dass die gewünschten Steckkontakte in einem benötigten Steckgesicht aufnimmt. Auf der zum Sensorinneren gerichteten Seite weist dieses Modul sodann passende Leiterelemente aus, welch in den Kartenrandsteckverbinder gesteckt werden können. Dort werden die Leiterelemente von dem Kontaktelement zunächst lösbar fixiert und stellen die elektrisch Leitende Verbindung zwischen Steckkontakten für einen Gegensteckverbinder und Leiterkarte im Sensorgehäuse her.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein erfindungsgemäßer Kartenrandsteckverbinder in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2: Eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders;
Fig. 3: Ein Sensorgehäuse mit eingefügtem, erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinder;

Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Zum Teil werden für gleiche, aber gegebenenfalls nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Verschiedene Ansichten gleicher Elemente könnten unterschiedlich skaliert sein. Richtungsangaben wie "links", "rechts", "oben" und "unten" sind mit Bezug auf die jeweilige Figur zu verstehen und können in den einzelnen Darstellungen gegenüber dem dargestellten Objekt variieren.
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders 1. Dabei wird eine Aderendhülse als Beispiel für einen Leiter 2 verwendet. Darüber hinaus wird ein Abschnitt einer Leiterkarte 3 mit einer dazugehörigen Kontaktfläche 3.1 gezeigt. Das Gehäuse 4 ist grundsätzlich rechteckig ausgeformt und weist in der dargestellten Ausführungsform abgerundete Ecken/ Kanten auf. Das erfindungsgemäße Kontaktelement 5 wird mit drei federelastisch ausgebildeten Ausläufern 5.1, 5.2 und 5.3 ausgeführt. Dazu weist das Kontaktelement 5 einen Fortsatz 5.4 auf. Der Fortsatz 5.4 wird formschlüssig mit einem Durchbruch im Gehäuse 4 in Eingriff gebracht. Darüber hinaus zeigt die Figur 1 eine Kavität 6, welche eine Aussparung 6' aufweist, welche die Aufnahme einer Leiterkarte 3 ermöglicht. Ebenfalls ersichtlich wird die grundsätzlich zylindrische Vertiefung 6" zur Aufnahme eines Leiters 2. Die Ausläufer 5.1 und 5.2 stellen dabei eine elektrisch leitende Verbindung mit der Leiterkarte 3 her, indem die Ausläufer 5.1 und 5.2 des Kontaktelements 5 die Kontaktfläche 3.1 beidseitig mit jeweils einer der Leiterkarte 3 zugewandten Kraft beaufschlagen. Der dritte Ausläufer 5.3 des Kontaktelements 5 ist oberhalb der, eine Klemme bildenden, Ausläufer 5.1 und 5.2 angeordnet. Dadurch erinnert die Form an eine Abwandlung des kleingeschriebenen, griechischen Buchstaben "Epsilon" (ε). Ebenfalls wird der klemmende Einsatz des Ausläufers 5.3 des Kontaktelements 5 deutlich. Der Ausläufer 5.3 kontaktiert den Leiter 2, ausgeführt als Aderendhülse und wirkt mit einer gegen den Leiter wirkende Kraft auf diese ein. Durch die Wirkrichtung der Kraft wird der Leiter 2 an die Innenwand der zylindrisch ausgeführten Vertiefung 6" des Gehäuses 4 gedrückt und somit sicher in Position gehalten. Gleichzeitig wird die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem dargestellten Leiter 2 und dem Kontaktelement 5, bzw. dem Ausläufer 5.3 gewährleistet.
Die Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinder 1 in einer perspektivischen Ansicht. Dazu werden vier abgefaste zylindrische Vertiefungen 6" dargestellt, welche dazu ausgelegt sind, die beispielhaft als Leiter 2 gezeigten Aderendhülsen zumindest zum Großteil aufzunehmen. Die eingesetzten Kontaktelemente 5 sind in dieser Ansicht lediglich durch die aus dem Gehäuse 4 hervorstehenden Fortsätze 5.4 zu erkennen. Auf der den zylindrischen Vertiefungen 6" gegenüberstehenden Seite des Gehäuses 4 lässt sich eine nutenförmige Aussparung 6` erkennen. Diese Aussparung 6` ermöglicht die Aufnahme von Leiterkarten 3, auch wenn die Breite der Leiterkarten 3 die Breite des Gehäuses 4 überschreitet.
Einen bevorzugten Einsatz des erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders 1 zeigt die Figur 3. Dabei handelt es sich um das Sensorgehäuse 10 eines Sensors 11. Deutlich wird insbesondere die Einsatzmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Kartenrandsteckverbinders 1. Der Kartenrandsteckverbinder 1 befindet sich an einem als Kabelabgang 11.2 vorgesehenen Ende des Sensorgehäuses 11. Dabei ist der Kartenrandsteckverbinder 1 so orientiert, dass die zylindrischen Vertiefungen 6" in Richtung Kabelabgang 11.2 gerichtet sind. Entsprechend umgekehrt befindet sich die Aussparung 6' mit einer darin befindlichen Leiterkarte 3 in Richtung Sensorende 11.2 ausgerichtet.
Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutierten Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.

Kartenrandsteckverbinder

Bezugszeichenliste

1: Kartenrandsteckverbinder
2: Elektrischer Leiter

3: Leiterkarte
3.1: Kontaktfläche

4: Gehäuse

5: Kontaktelement
5.1, 5.2, 5.3: Kontaktbereiche
5.4: Fortsatz

6: Kavität
6`: Nutförmige Aussparung
6": Zylindrische Vertiefung

10: Sensor

11: Sensorgehäuse
11.1: Kabelabgang
11.2: Sensorende

Claims

Kartenrandsteckverbinder (1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen zumindest einem elektrischen Leiter (2), ausgeführt als Kabel, welches zumindest eine Ader aufweist, und zumindest einer Leiterkarte (3), wobei der Kartenrandsteckverbinder (1) ein Gehäuse (4) aufweist, welches zumindest ein Kontaktelement (5) aufnimmt und zumindest eine Kavität (6) aufweist, welche sowohl den Leiter (2), als auch die Leiterkarte (3) zumindest teilweise in das Gehäuse (4) aufnimmt, wobei das Kontaktelement (5) sowohl die Leiterkarte (3) federelastisch umfasst und kontaktiert als auch den Leiter (2) federelastisch gegen das Gehäuse (4) klemmt und kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kontaktelement (5) ein Fortsatz (5.4) ausformt ist, wobei der Fortsatz (5.4) durch Formschluss oder Kraftschluss die Position des Kontaktelements (5) im Gehäuse (4) sichert.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (5) einteilig ausgeformt ist.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (5) die Leiterkarte (3) sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite federelastisch klemmend umfasst und kontaktiert.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (5) zumindest grundsätzlich die Form eines kleingeschriebenen, griechischen Buchstaben "Epsilon" (ε) aufweist und wobei zwei federelastische Kontaktbereiche (5.1, 5.2) eine Kontaktfläche (3.1) der Leiterkarte (3) umfassen und kontaktieren.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktelement (5) derart ausgeformt ist, dass sowohl die Leiterkarte (3) als auch der Leiter (2) werkzeuglos mit dem Kontaktelement (3) verbindbar sind.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (4) derart ausgeformt ist, dass die Kontaktierung der Leiterkarte (3) sowie dem Leiter (2) zumindest größtenteils innerhalb des Gehäuses (4) erfolgt.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Kavität (6) zur Aufnahme der Leiterkarte (3) als eine nutähnliche Aussparung (6') ausgeformt ist.
Kartenrandsteckverbinder (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Kavität (6) zur Aufnahme des Leiters als grundsätzlich zylindrische Vertiefung (6") ausgeformt ist.
Sensor (10) zur Erfassung eines physikalischen Merkmals mit einem Sensorgehäuse (11) und zumindest einer in dem Sensorgehäuse (11) angeordneten Leiterkarte (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Kartenrandsteckverbinder (1) gemäß Anspruch 1 innerhalb des Sensorgehäuses (11) eingesetzt ist und die Verbindung von der Leiterkarte (3) zu einem aus dem Sensorgehäuse (11) führenden Leiter (2) herstellt.