EP4285447A1 - Elektrisches gerät, geräteanschlussteil für das elektrische gerät sowie verfahren zur herstellung eines elektrischen gerätes - Google Patents

Elektrisches gerät, geräteanschlussteil für das elektrische gerät sowie verfahren zur herstellung eines elektrischen gerätes

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Publication number
EP4285447A1
EP4285447A1 EP22710480.9A EP22710480A EP4285447A1 EP 4285447 A1 EP4285447 A1 EP 4285447A1 EP 22710480 A EP22710480 A EP 22710480A EP 4285447 A1 EP4285447 A1 EP 4285447A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection part
contact
device connection
electrical
plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22710480.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Bussmann
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.)
Harting Electronics GmbH and Co KG
Original Assignee
Harting Electronics GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harting Electronics GmbH and Co KG filed Critical Harting Electronics GmbH and Co KG
Publication of EP4285447A1 publication Critical patent/EP4285447A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/502—Bases; Cases composed of different pieces
    • H01R13/504—Bases; Cases composed of different pieces different pieces being moulded, cemented, welded, e.g. ultrasonic, or swaged together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/73—Means for mounting coupling parts to apparatus or structures, e.g. to a wall
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/18—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for manufacturing bases or cases for contact members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
    • H01R43/24—Assembling by moulding on contact members

Definitions

  • Electrical device device connection part for the electrical device and method for producing an electrical device
  • the invention is based on an electrical device according to the generic type of independent claim 1 .
  • the invention is based on a device connection part for the electrical device.
  • the invention is based on a method for producing an electrical device, which is in particular the aforementioned electrical device.
  • the electrical device can be used to receive analog and/or digital electrical signals and to process and/or transform and/or forward them.
  • the electrical device can be a connection device for a data network, particularly preferably a so-called “I/O link module”, which is also referred to below as an I/O connection box.
  • the device connection part forms a device housing part, in particular a device housing upper shell, of a device housing of the electrical device and is required, among other things, to carry its plug connector as part of the electrical device and thus enable its electrical plug contacts to be led out of the electrical device, e.g. as an interface to a external traffic.
  • the device connection part can serve as a network interface for components connected in this way and for this purpose provides a large number of plug connectors in order to connect the components connected to it, for example, to the data network associate.
  • the device can connect field devices such as sensors and actuators in particular via its connectors via the data network to a control device, for example.
  • An angled connector is shown in the document DE 10 2010 051 954 B3. This is fixed on a printed circuit board on the connection side and pushed "floating" into a shielding sleeve in a front panel insert on the connector side.
  • the disadvantage here is the increased installation effort and a more difficult ground connection, which in this case is carried out via a separate shield spring.
  • the device housing is sealed against moisture and dirt This makes it at least more difficult.It is also particularly problematic that unavoidable plugging and unplugging forces act directly on the printed circuit board connections when a mating connector is plugged in.
  • the structure and function of I/O connection boxes in the network are known from the publications DE 10 2018 104 843 A1, WO 2016/155685 A1 and DE 10 2008 060 006 B4.
  • the object of the invention is therefore to reduce the assembly effort required to integrate a large number of plug connectors as built-in plug connectors into the electrical device when producing an electrical device, in particular a connection device for a data network.
  • said plurality of plug connectors can be at least four, preferably at least six, particularly preferably at least eight and in particular even ten or even more.
  • An electrical device has a device housing, at least one circuit carrier, which is preferably a printed circuit board, and a variety of connectors, each having a contact carrier with multiple continuous contact chambers and multiple electrical Have plug contacts.
  • the plug contacts are at least partially received in a respective contact chamber of the respective contact carrier and held therein, preferably fixed therein, in particular latched.
  • the circuit carrier has a plurality of conductor tracks and, in particular, has a plurality of plated-through holes which are electrically conductively connected thereto, i.e. through-openings with an electrically conductive coating.
  • the plug-in contacts each have a plug-in area at their plug-side end, which can be designed as a pin or socket contact, for example, and also have a connection area at their connection-side end in order to make electrical contact with the conductor tracks of the circuit carrier.
  • the connection area can preferably be designed as a connection pin, and in particular as a press-in pin (“press-in”) or alternatively as a soldering pin or at least have one.
  • the plug-in contacts are electrically conductively connected to conductor tracks of the circuit carrier, in particular pressed with their press-in pin into the vias and/or inserted with their soldering pin through the through-openings of the circuit carrier and soldered to their electrical coating.
  • the electrical device has a device connection part.
  • This device connection part forms a device housing part, that is to say it is part of the device housing and, together with a preferably one-piece housing base part, can form said device housing of the electrical device.
  • the device connection part forms at least one outer wall, preferably an upper shell of the device housing.
  • Said plurality of connectors can be at least four, preferably at least six, particularly preferably at least eight and in particular even ten or even more.
  • the device connection part is designed in one piece as a device housing part together with said contact carriers.
  • the electrical device is preferably a connection device for a data network and in particular an I/O connection box.
  • the electrical device advantageously has at least one data network connection for this purpose.
  • the device connection part consists of an electrically insulating material, in particular plastic. Furthermore, the device connection part has the multiplicity of contact carriers, each of which belongs to a plug connector. These contact carriers are also made of an electrically insulating material and are preferably made of plastic. The contact carriers are each provided for holding the associated electrical plug contacts and each have the said continuous contact chambers into which the electrical plug contacts can be inserted and in which they can preferably be fixed and in particular latched.
  • the electrical plug-in contacts are used on the connection side to be electrically conductively connected to the conductor tracks of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, of the electrical device and, on the other hand, with their plug-in area, serve to make contact on the plug-side with electrical counter-contacts of a counter-connector plugged or to be plugged into the respective plug-in connector.
  • the device connection part has an essentially flat connection section on which the contact carriers are formed at their respective position.
  • the device connection part can preferably be produced together with the contact carriers as a one-piece injection molded part, in particular in a single injection molding process.
  • the plug contacts can be overmoulded or shot into the contact chambers of the contact carrier after the injection molding process in a separate process step, in particular by machine. The latter is particularly advantageous due to the lower production costs.
  • a method for producing an electrical device which is in particular the aforementioned electrical device, provides at least the following steps:
  • Method step B can preferably be carried out in a single injection molding process.
  • the circuit carrier can preferably be a printed circuit board.
  • method step B several, ie at least two, preferably at least three, ie for example four or even more device connection parts are produced in the injection molding process and measured in method step C.
  • method step D a statistical evaluation of the measurement results can take place and form the basis for determining the suitable connection positions.
  • the measurement accuracy can be less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly preferably less than 0.25 mm and in particular less than 1.25 mm, for example less than 1 mm or even more precisely, for example less than 0.75 mm or even be less than 0.05 mm.
  • a great advantage of the invention consists in facilitating assembly during the manufacture of the electrical device. Finally, it is not necessary to position a large number of contact carriers individually on the circuit carrier and to mount a separate connector housing in an outer wall of the device housing for each individual contact carrier.
  • An essential advantage of the invention is that there is no need for variable tolerance compensation between the circuit carrier and the device housing and in particular between the individual contact carriers connected to the circuit carrier via their plug contacts and the device housing.
  • An additional advantage is that insertion and removal forces that arise when inserting and removing a mating connector are kept away from the circuit carrier, in particular the printed circuit board.
  • a further advantage of the invention is that particularly good and uncomplicated assembly and sealing of the device housing is made possible with the simultaneous integration of a large number of plug connectors.
  • the process is particularly advantageous because conventional and economically viable injection molding processes are generally not suitable for achieving the level of precision required for circuit board assembly using the so-called "press-in process” or a suitable soldering process. Finally, these contacting methods require very precisely positioned vias on the circuit carrier.
  • soldering pin of the respective plug contact it is necessary for assembly reasons to insert the soldering pin of the respective plug contact through the through opening of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, in order to solder it from the rear, i.e. from the side facing away from the contact carrier.
  • the electrical contacting of the plug-in contacts with the circuit carrier can preferably be implemented using the solder-free press-in method or alternatively using the soldering method.
  • the circuit carrier has the aforesaid vias at its contact points, so that the plug contacts, as already mentioned, can be pushed through with their soldering pins on the connection side and soldered to the rear of the circuit carrier.
  • the accuracy of this positioning can be said to be less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly preferably less than 0.25 mm and in particular less than 1.25 mm, for example less than 0.1 mm or even more precisely, for example less than 0.75 or even below 0.05 mm.
  • the circuit carrier which is in particular a printed circuit board, is attached to the device connection part.
  • the device connection part can have a fastening device.
  • the device connection part can be made in one piece together with this fastening device.
  • the fastening device can be molded onto the device connection part and in particular can be produced together with it in the said injection molding process. This has the advantage of reduced manufacturing costs.
  • the fastening device can consist of several fastening pins.
  • the fastening pins can have a conical, in particular conical, extending clamping section at their end.
  • the clamping section can also be designed in the shape of a cross cone.
  • the circuit carrier, in particular the printed circuit board can have an associated, for example circular, clamping recess.
  • the fastening pins can penetrate with their conical clamping section into the respective clamping recess of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, and clamp therein and thus hold and fasten the printed circuit board in its appropriate position on the device connection part.
  • This variant is particularly advantageous because the installation effort is extremely low.
  • fastening pins can be molded onto the device connection part and, in particular, can be produced in an injection molding process together with the further device connection part as a one-piece injection molded part.
  • the fastening device in particular the fastening pin
  • the fastening device can be one or more separate parts.
  • the fastening device can consist of spacer bolts, the length of which corresponds to the respective requirement. The distance can thus be varied with little effort, without having to change the injection molding tool.
  • the use of the fastening pins has the advantage of facilitating assembly. In particular, the following two steps can take place simultaneously in method step F:
  • connection areas of the plug contacts are inserted through the plated-through holes of the respective circuit carrier and thereby pressed in or subsequently soldered and at the same time
  • the device connection part When assembling the electrical devices, the device connection part can be attached to the housing base part of the device housing or placed on it and sealed to it and together with the housing base part form the device housing of the electrical device.
  • the circuit carrier which is preferably attached to the device connection part, can be arranged in or on the device housing.
  • This method is particularly advantageous because the positioning of the through-openings on the circuit carrier, in particular on the printed circuit board, is fundamentally possible with much greater precision in terms of production engineering—or at least with significantly less accuracy in terms of the desired accuracy Effort connected - is than the positioning of the contact carrier on the device connection part.
  • the device connection part can also cover at least 10%, preferably at least 15%, in particular at least 20%, preferably at least 25% of the entire device housing surface and can thus form at least a complete device housing wall, in particular a device housing cover and particularly preferably the said device housing upper shell.
  • connection section takes up the majority, i.e. more than half, in particular more than 66% and preferably even more than 75% and particularly preferably even more than 80% of the surface of the device connection part.
  • the device connection part can have an edge or curve and thereby also form at least part of a respective side wall of the device housing, in particular running at right angles to the connection section. This is particularly advantageous for the stability and sealing of the device housing. Furthermore, this also provides a further simplification of the assembly, because the number of individual parts of the device housing can be reduced.
  • the contact carriers are countersunk at their respective position on the connection section of the device connection part.
  • the device connection part has an in particular essentially hollow-cylindrical indentation at the respective positions at which the contact carriers are located.
  • the device connection part can have at least one lock for the mating connector, for example a locking element such as a continuous or interrupted locking edge and/or an undercut and/or have an internal thread as a screw thread.
  • the screw-in thread can optionally be continuous or segmented.
  • the contact carrier can be arranged countersunk within this recess.
  • it can be continuously connected to the further device connection part via a connecting web, in particular a ring-shaped connection web, which is integrally formed on the device-side end of the depression so as to run around it on the inside.
  • the contact carriers are part of circular connectors. These can be so-called “M12” circular connectors, but other circular connectors with other thread sizes can of course also be used, for example so-called “M8" circular connectors.
  • M means that the locking mechanism of these circular connectors may be a so-called “metric” screw-in thread, whereby the diameter of the respective screw-in thread can be designated in integer metric units (in this case millimeters).
  • an M12 thread has a diameter of 12 mm and an M8 thread has a diameter of 8 mm.
  • circular connectors with screw-in threads of other diameters which can also be given in inches, for example, can also be used.
  • the connectors can also have other locking mechanisms as an alternative or in addition to the threaded connection, for example latching lugs, latching lugs and/or undercuts, e.g. for latching mating connectors that have a push-pull latching mechanism or similar.
  • the device connection device has, preferably in its connection section, additional circular installation openings for installing additional plug connectors, which are used, for example, for the power supply and/or a network connection or some other application and can be flexibly adapted and exchanged according to the respective application.
  • FIG. 1a shows a perspective view of a device connection part with eight contact carriers formed thereon
  • 2a shows the device connection part with a section running through two of the contact carriers
  • FIG. 2b shows an enlargement of a section of the device connection part with a contact carrier shown in section
  • 2c shows a plug contact
  • 2d shows the aforementioned contact carrier with the plug contact accommodated in one of its contact chambers
  • 3a shows a printed circuit board
  • 3b shows a housing base part
  • 3d shows an electrical device 134
  • Fig. 4a shows the electrical device with a section through two
  • 5a shows a sectional representation of the electrical device with a sectional plane running through the contact carrier
  • 5b shows a sectional view of the electrical device with a sectional plane running through the fastening pins.
  • FIG. 1a shows an oblique plan view of a device connection part 1 with eight contact carriers 18 arranged countersunk in a flat connection section 11 of the device connection part 1.
  • “Recessedly arranged” means that the contact carriers 18 are located in hollow-cylindrical recesses 12 explained below.
  • the contact carriers 18 are essentially cylindrical and each have a plurality of continuous contact chambers 180.
  • connection section 11 which are provided for the installation of additional connectors.
  • additional connectors can, for example, be the power supply and/or a network connection or any other application. They are provided as separate parts and can be flexibly adapted and exchanged for the electrical device in accordance with the respective application.
  • the device connection part 1 is shown with a view of its device inside. From this view it is clear that the contact carriers 18--apart from their continuous contact chambers 180--are designed to be closed not only on the connection side, but also on the device side.
  • the device connection part 1 also has several fastening pins 13 molded onto it on the inside of the device as well as a peripheral collar 14 on the outer edges of the connection section 11. With the collar 14 and the connection section 11, the device connection part 1 forms an upper shell of the device housing 140 shown below.
  • FIG. 2a shows a detail of an illustration of the device connection part 1 in an oblique top view with a section through two of its contact carriers 18, the section running through a middle one of the contact chambers 180.
  • connection section 11 shows an enlarged detail from this.
  • the contact carriers 18 sunk into the connection section 11 are continuously connected to the further device connection part 1 via an annular connecting web 15 formed circumferentially on the inside of the device-side end of the hollow-cylindrical depression 12 .
  • the internal thread 17 provided as a screw-in thread can be clearly seen. This is formed on the inside of the cylindrical outer surface of the depression 12 and is used to lock a mating connector that is inserted or is to be inserted.
  • 2c shows a plug-in contact 2 to be inserted into the contact chamber with a plug-in area 21 and a connection area 23.
  • the plug-in area 21 is designed as a contact socket, but in another embodiment it could just as well be a contact pin.
  • connection area 23 has a soldering pin.
  • connection area is designed as a press-in (press-in) connection instead.
  • the plug contact 2 is then a press-in contact, which is also referred to as a press-in contact.
  • This press-in variant allows a much less complex assembly and is therefore very advantageous.
  • FIG. 2d shows how the plug contact 2 is inserted into the contact carrier 18.
  • FIG. In particular, it can be shot into the contact chamber 180 by machine during mass production and, in particular, can latch in the contact chamber 180 of the contact carrier 18 .
  • a locking collar or locking undercut can be arranged in the depression for locking a mating connector instead of the thread.
  • Fig. 3a shows a circuit carrier, which is designed as a printed circuit board 3, with four clamping recesses 30 arranged therein.
  • Fig. 3b shows a housing base part 4 with a peripheral Base collar 41 .
  • 3c shows the housing base part 4 with the printed circuit board 3 and the device connection part 1 as individual components.
  • 3d shows the aforementioned components 1, 3, 4 with plug contacts 2 inserted into the contact chambers 180 of the contact carrier 18 (but covered by the contact carrier 18 and therefore not visible in this illustration) in the assembled state.
  • an electrical device 134 is formed, with the housing connection part 1 and the device base part 4 forming the device housing 140 together.
  • the side walls of the device housing 140 running vertically in the drawing are formed partly by the collar 14 of the device connection part 1 and partly by the base collar 41 of the housing base part 4 .
  • said further separately designed connectors can optionally be built into the mounting openings 10 of the device connection part 1, for example as a power connection and/or as a network connection.
  • FIG. 4a shows the electrical device 134 with a section through two contact carriers 18.
  • the plug contact 2 thus shown is inserted into the middle contact chamber 180 and held therein and reaches through the printed circuit board with its connection area 23 (not explicitly designated here for reasons of space).
  • the printed circuit board 3 has a plated-through hole, which is designed as an electrically conductive through-hole with a coating on the inside.
  • FIG. 4b shows an enlarged section with a contact carrier 18 from the previous illustration.
  • connection area 23 of the plug-in contact 2 is also explicitly provided with its reference number.
  • This can be designed as a soldering contact and be soldered to the associated plated-through hole of the printed circuit board 3 .
  • it can also be designed as a press-in (ie press-in) contact and, in the press-in method, already be electrically conductively connected to the printed circuit board 3 in a final and operationally reliable manner by being pressed into the through-connection.
  • FIG. 5 b shows the electrical device 134 in a further sectional view, the sectional plane here running through two of the fastening pins 13 of the device connection part 1 .
  • the type of attachment of the circuit board 3 to the device connection part 1 - and thus in the device housing 140 - can be seen particularly well.
  • the fastening pins 13 have an end region with a conical clamping section, in which they thus taper conically towards their end. With this conical clamping section they penetrate into the respective clamping recess 30 of the printed circuit board 3 and jam therein. As a result, the printed circuit board 3 is held and fastened in its final position on the device connection part 1 and thus in the device housing 140 .
  • This fastening method is particularly advantageous because the associated installation effort is extremely low.
  • both the connection areas 23 of the plug contacts 2 can be plugged into the plated-through holes of the printed circuit board 3 and the printed circuit board 3 can be attached to the device connection part 1 at the same time with a single action.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Elektrisches Gerät (134), aufweisend ein Gerätegehäuse (140) und mindestens einen Schaltungsträger (3) mit elektrischen Leiterbahnen sowie eine Vielzahl an Steckverbindern, welche jeweils einen Kontaktträger (18) mit mehreren durchgehenden Kontaktkammern (180) und mehrere elektrische Steckkontakte (2) aufweisen, wobei die Steckkontakte (2) an ihrem steckseitigen Ende jeweils einen Steckbereich (21) zum steckseitigen Verbinden mit den Gegenkontakten eines mit dem jeweiligen Steckverbinder gesteckten Gegensteckers besitzen und an ihrem anschlussseitigen Ende jeweils einen Anschlussbereich (23) aufweisen, an dem sie elektrisch leitend mit den Leiterbahnen des Schaltungsträgers (3) verbunden sind, und wobei die Steckkontakte (2) zumindest bereichsweise in je einer Kontaktkammer (180) des jeweiligen Kontaktträgers (18) aufgenommen und darin gehalten sind, wobei das elektrische Gerät (134) weiterhin ein Geräteanschlussteil (1) besitzt, welches ein Gehäuseteil des Gerätegehäuses (140) bildet, wobei das Geräteanschlussteil (1) zusammen mit den Kontaktträgern (18) einstückig ausgeführt ist.

Description

Elektrisches Gerät, Geräteanschlussteil für das elektrische Gerät sowie Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Gerätes
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1 .
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Geräteanschlussteil für das elektrische Gerät.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Gerätes, bei dem es sich insbesondere um das vorgenannte elektrische Gerät handelt.
Das elektrische Gerät kann dazu dienen, analoge und/oder digitale elektrische Signale zu empfangen und sie zu verarbeiten und/oder zu transformieren und/oder weiterzuleiten. Insbesondere kann es sich bei dem elektrischen Gerät um ein Anschlussgerät für ein Datennetzwerk, besonders bevorzugt um ein sogenanntes „I/O-Link-Modul“, das im Folgenden auch als I/O-Anschlussbox bezeichnet wird, handeln.
Das Geräteanschlussteil bildet ein Gerätegehäuseteil, insbesondere eine Gerätegehäuseoberschale, eines Gerätegehäuses des elektrischen Gerätes und wird unter anderem benötigt, um als Bestandteil des elektrischen Gerätes dessen Steckverbinder zu tragen und so ein Hinausführen dessen elektrischer Steckkontakte aus dem elektrischen Gerät zu ermöglichen, z.B. als Schnittstelle an einen externen Datenverkehr. Das Geräteanschlussteil kann auf diese Weise angeschlossenen Komponenten als Netzwerkschnittstelle dienen und stellt dazu eine Vielzahl von Steckverbindern bereit, um die daran angeschlossenen Komponenten z.B. mit dem Datennetzwerk zu verbinden. Das Gerät kann über seine Steckverbinder insbesondere Feldgeräte wie Sensoren und Aktoren über das Datennetzwerk beispielsweise mit einer Kontrolleinrichtung verbinden.
Stand der Technik
Bei der Konstruktion von elektrischer Geräte existiert durch den Einbau von Steckverbindern in deren Gerätegehäuse grundsätzlich das Problem der Fertigungstoleranzen der beteiligten Bauelemente. Insbesondere verstärkt sich dies, wenn sich die Toleranzen konstruktionsbedingt aufsummieren. Dadurch können nämlich ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zwischen einem Schaltungsträger (z.B. einer Leiterkarte) des elektrischen Gerätes, an den die Steckverbinder mit ihren Steckkontakten angeschlossen sind, und dem Gerätegehäuse mechanische Spannungen entstehen, welche den Schaltungsträger belasten und langfristig seine Funktion gefährden.
Die Druckschrift EP 3 240 382 B1 geht darauf in einem Teilaspekt durch die schwimmende Lagerung eines Schaltungsträger im Gerätegehäuse ein. Diese Methode ist aber nicht für den Einbau einer Vielzahl von Steckverbindern in das Gerätegehäuse geeignet, da die einzelnen Steckverbinder unterschiedliche Toleranzen besitzen können.
In der Druckschrift DE 10 2010 051 954 B3 ist ein gewinkelter Steckverbinder gezeigt. Dieser ist anschlussseitig auf einer Leiterkarte fixiert und steckseitig „schwimmend" in eine abschirmende Hülse in einen Frontplatteneinsatz eingeschoben. Nachteilig dabei ist der erhöhte Montageaufwand sowie eine erschwerte Masseanbindung, die in diesem Fall über eine separate Schirmfeder erfolgt. Die Abdichtung des Gerätegehäuses gegen Feuchtigkeit und Schmutz ist dadurch zumindest erschwert. Besonders problematisch ist weiterhin, dass auf diese Weise beim Stecken eines Gegensteckers unvermeidliche Steck- und Ziehkräfte direkt auf die Leiterkartenanschlüsse wirken. Weiterhin sind I/O Anschlussboxen in ihrem Aufbau und ihrer Funktion im Netzwerk aus den Druckschriften DE 10 2018 104 843 A1 , WO 2016/155685 A1 und DE 10 2008 060 006 B4 bekannt.
Im Stand der Technik entsteht aufgrund der Bauteilbedingten Fertigungstoleranzen ein erhöhter Aufwand bei der Montage einer Vielzahl von Steckverbindern in einem elektrischen Gerät, beispielsweise in einem Anschlussgerät für ein Datennetzwerk.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung den folgenden Stand der Technik recherchiert: US 2002/0 142 672 A1 , US 7,753,740 B2 und DE 102 56 374 B3.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, bei der Herstellung eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Anschlussgerätes für ein Datennetzwerk, den Montageaufwand zu verringern, der nötig ist, um eine Vielzahl von Steckverbindern als Einbausteckverbinder in das elektrische Gerät zu integrieren.
Dabei kann die besagte Vielzahl von Steckverbindern mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, besonders bevorzugt mindestens acht und insbesondere sogar zehn oder gar mehr betragen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Ein elektrisches Gerät besitzt ein Gerätegehäuse, mindestens einen Schaltungsträger, bei dem es sich bevorzugt um eine Leiterkarte handelt, sowie eine Vielzahl von Steckverbindern, die jeweils einen Kontaktträger mit mehreren durchgehenden Kontaktkammern sowie mehrere elektrische Steckkontakte aufweisen. Die Steckkontakte sind zumindest bereichsweise in je einer Kontaktkammer des jeweiligen Kontaktträgers aufgenommen und darin gehalten, bevorzugt darin fixiert, insbesondere verrastet.
Der Schaltungsträger besitzt mehrere Leiterbahnen und besitzt insbesondere mehrere damit elektrisch leitend verbundene Durchkontaktierungen, d.h. elektrisch leitend beschichtete Durchgangsöffnungen.
Die Steckkontakte weisen jeweils an ihrem steckseitigen Ende einen Steckbereich auf, der beispielsweise als Stift- oder Buchsenkontakt ausgeführt sein kann, und weisen weiterhin an ihrem anschlussseitigen Ende einen Anschlussbereich auf, um elektrisch mit den Leiterbahnen des Schaltungsträgers zu kontaktieren. Der Anschlussbereich kann bevorzugt als Anschlussstift, und insbesondere als Einpressstift („Press-In“) oder alternativ als Lötstift ausgeführt sein oder zumindest einen solchen aufweisen.
Mit ihrem Anschlussbereich sind die Steckkontakte elektrisch leitend mit Leiterbahnen des Schaltungsträgers verbunden, insbesondere mit ihrem Einpressstift in die Durchkontaktierungen eingepresst und/oder mit ihrem Lötstift durch die Durchgangsöffnungen des Schaltungsträgers gesteckt und an deren elektrischer Beschichtung verlötet.
Das elektrische Gerät besitzt ein Geräteanschlussteil. Dieses Geräteanschlussteil bildet einen Gerätegehäuseteil, ist also Bestandteil des Gerätegehäuses und kann gemeinsam mit einem bevorzugt einstückigen Gehäusebasisteil das besagte Gerätegehäuse des elektrischen Gerätes bilden. Insbesondere bildet das Geräteanschlussteil zumindest eine Außenwand, bevorzugt eine Oberschale des Gerätegehäuses. Die besagte Vielzahl von Steckverbindern kann mindestens vier, bevorzugt mindestens sechs, besonders bevorzugt mindestens acht und insbesondere sogar zehn oder gar mehr betragen.
Erfindungsgemäß ist das Geräteanschlussteil als Gerätegehäuseteil zusammen mit den besagten Kontaktträgern einstückig ausgeführt.
Bei dem elektrischen Gerät handelt es sich bevorzugt um ein Anschlussgerät für ein Datennetzwerk und insbesondere um eine I/O- Anschlussbox. Vorteilhafterweise besitzt das elektrische Gerät dazu zumindest einen Datennetzwerkanschluss.
Das Geräteanschlussteil besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff. Weiterhin besitzt das Geräteanschlussteil die Vielzahl an Kontaktträgern, die jeweils zu einem Steckverbinder gehören. Diese Kontaktträger sind ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet und bestehen bevorzugt aus Kunststoff. Die Kontaktträger sind jeweils zum Halten der dazugehörigen elektrischen Steckkontakte vorgesehen und weisen dazu jeweils die besagten durchgehenden Kontaktkammern auf, in welche die elektrischen Steckkontakte einführbar und in denen sie bevorzugt fixierbar und insbesondere verrastbar sind. Die elektrischen Steckkontakte dienen dazu, anschlussseitig mit den Leiterbahnen des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterkarte, des elektrischen Gerätes elektrisch leitend verbunden zu werden und dienen anderseits mit ihrem Steckbereich dem steckseitigen Kontaktieren mit elektrischen Gegenkontakten eines mit dem jeweiligen Steckverbinder gesteckten oder zu steckenden Gegensteckers. Das Geräteanschlussteil besitzt einen im Wesentlichen flächigen Anschlussabschnitt, an den die Kontaktträger an ihrer jeweiligen Position angeformt sind. Bevorzugt kann das Geräteanschlussteil gemeinsam mit den Kontaktträgern als einstückiges Spritzgussteil, insbesondere in einem einzigen Spritzgussvorgang, hergestellt sein. Die Steckkontakte können dabei umspritzt werden oder nach dem Spritzgussvorgang in einem separaten Verfahrensschritt, insbesondere maschinell, in die Kontaktkammern der Kontaktträger eingeschossen werden. Letzteres ist aufgrund des geringeren Herstellungsaufwandes besonders vorteilhaft.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Gerätes, bei dem es sich insbesondere um das vorgenannte elektrische Gerät handelt, sieht zumindest folgende Schritte vor:
A. Herstellen eines Spritzgusswerkzeuges für eine Serie von Geräteanschlussteilen;
B. Spritzgießen zumindest eines Geräteanschlussteils als einstückiges Spritzgussteil, das sowohl einen Anschlussabschnitt als auch in ihrer jeweiligen Position daran angeformte Kontaktträger aufweist;
C. Ausmessen der Relativposition der Kontaktträger des zumindest einen Geräteanschlussteils zueinander;
D. Ermitteln der geeigneten Anschlusspositionen auf dem Schaltungsträger aus den in Verfahrensschritt C ermittelten Messdaten und Erstellen mindestens eines Schaltungsträgers, mit Leiterbahnen und elektrisch leitend damit verbundenen Durchkontaktierungen an den ermittelten Anschlusspositionen.
Bevorzugt kann der Verfahrensschritt B in einem einzigen Spritzgussvorgang durchgeführt werden. Bei dem Schaltungsträger kann es sich bevorzugt um eine Leiterkarte handeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden in Verfahrensschritt B mehrere, also mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, also beispielsweise vier oder gar mehr Geräteanschlussteile im Spritzgussverfahren hergestellt und in Verfahrensschritt C ausgemessen. In Verfahrensschritt D kann eine statistische Auswertung der Messergebnisse stattfinden und der Ermittlung der geeigneten Anschlusspositionen zugrunde liegen.
In Verfahrensschritt C kann die Messgenauigkeit unter 1 mm, bevorzugt unter 0,5 mm, besonders bevorzugt unter 0,25 mm und insbesondere unter 1 ,25 mm, also beispielsweise unter 1 mm oder noch genauer, also z.B. unter 0,75 mm oder sogar unter 0,05 mm liegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.
Ein großer Vorteil der Erfindung besteht in einer Montageerleichterung bei der Herstellung des elektrischen Gerätes. Schließlich braucht nicht eine Vielzahl an Kontaktträgern einzeln an dem Schaltungsträger positioniert zu werden und zu jedem einzelnen Kontaktträger ein separates Steckverbindergehäuse in eine Außenwand des Gerätegehäuses montiert zu werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Notwendigkeit eines variablen Toleranzausgleichs zwischen dem Schaltungsträger und dem Gerätegehäuse und insbesondere zwischen den einzelnen, mit dem Schaltungsträger über ihre Steckkontakte verbundenen Kontaktträgern und dem Gerätegehäuse entfällt.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass Steck- und Ziehkräfte, die beim Stecken und Ziehen eines Gegensteckers entstehen, von dem Schaltungsträger, insbesondere der Leiterkarte, ferngehalten werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine besonders gute und unaufwändige Montage und Abdichtung des Gerätegehäuses bei gleichzeitiger Integration einer Vielzahl von Steckverbindern ermöglicht ist. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil übliche und wirtschaftlich sinnvolle Spritzgussverfahren in der Regel nicht geeignet sind, um eine Genauigkeiten zu erzielen, welche für die Leiterkartenbestückung im sogenannten „Press-In Verfahren“ oder in einem geeigneten Lötverfahren erforderlich ist. Schließlich benötigen diese Kontaktierungsverfahren sehr exakt positionierte Durchkontaktierungen des Schaltungsträgers.
Bei einem geeigneten Lötverfahren ist es aus montagetechnischen Gründen notwendig, den Lötpin des jeweiligen Steckkontaktes durch die Durchgangsöffnung des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterkarte, zu stecken, um sie rückwärtig, d.h. von der dem Kontaktträger abgewandten Seite aus, zu verlöten.
Die besagten Press-In Verfahren dienen der lötfreien Leiterkartenkontaktierung durch metallische elektrische Steckkontakte und sind dem Fachmann beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2013 209 407 A1 sowie aus zahlreichen vergleichbaren Veröffentlichungen und der Praxis wohlbekannt.
Zur Weiterführung des Herstellungsprozesses der elektrischen Geräte dienen die folgenden Schritte:
E. Spritzgießen der Geräteanschlussteile mit dem Spritzgusswerkzeug und Bestücken der Kontaktträger mit Steckkontakten sowie Herstellen der Schaltungsträger, insbesondere der Leiterkarten, gemäß der ermittelten Anschlusspositionen aus dem Verfahrensschritt D;
F. anschlussseitiges elektrisches Kontaktieren der Steckkontakte mit dem Schaltungsträger, insbesondere der Leiterkarte, und Befestigen des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterkarte, an dem Geräteanschlussteil; G. Zusammenfügen der Geräteanschlussteile mit je einem Gehäusebasisteil des Gerätegehäuses, wobei der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterkarte, in dem Gerätegehäuse angeordnet wird.
Wie bereits angedeutet, lässt sich in dem Verfahrensschritt F das elektrische Kontaktieren der Steckkontakte mit dem Schaltungsträger bevorzugt im lötfreien Press-In Verfahren oder alternativ im Lötverfahren realisieren. Bei dem Lötverfahren besitzt der Schaltungsträger an seinen Kontaktpunkten die besagten Durchkontaktierungen, so dass die Steckkontakte, wie bereits erwähnt, mit ihren Lötpins anschlussseitig hindurchgesteckt und rückwärtig an dem Schaltungsträger verlötet werden können. In jeder dieser beiden Varianten ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsöffnungen des Schaltungsträgers möglichst exakt positioniert sind. Insbesondere kann der Exaktheit dieser Positionierungen die besagte Genauigkeit von unter 1 mm, bevorzugt unter 0,5 mm, besonders bevorzugt unter 0,25 mm und insbesondere unter 1 ,25 mm, also beispielsweise unter 0,1 mm oder noch genauer, also z.B. unter 0,75 oder sogar unter 0,05 mm liegen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schaltungsträger, bei dem es sich insbesondere um eine Leiterkarte handelt, an dem Geräteanschlussteil befestigt. Dazu kann das Geräteanschlussteil eine Befestigungseinrichtung besitzen. Das Geräteanschlussteil kann gemeinsam mit dieser Befestigungseinrichtung einstückig ausgeführt sein. Die Befestigungseinrichtung kann an das Geräteanschlussteil angeformt und insbesondere gemeinsam mit diesem in dem besagten Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dies hat den Vorteil eines verringerten Herstellungsaufwandes.
Die Befestigungseinrichtung kann aus mehreren Befestigungszapfen bestehen. Die Befestigungszapfen können an ihrem Ende einen konisch, insbesondere kegelförmig, verlaufenden Klemmabschnitt aufweisen. In einer möglichen Ausgestaltung kann Klemmabschnitt auch kreuzkegelförmig ausgeführt sein. Der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterkarte, kann eine dazugehörige, z.B. kreisrunde, Klemmausnehmung aufweisen. Beim anschlussseitigen Einpressen oder zum Verlöten der Steckkontakte an der Leiterkarte werden üblicherweise die Anschlussbereiche der Steckkontakte durch die Durchkontaktierungen der Leiterkarte gesteckt. Gleichzeitig können die Befestigungszapfen mit ihrem konischen Klemmabschnitt in die jeweilige Klemmausnehmung des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterkarte, eindringen und darin verklemmen und die Leiterkarte so in ihrer geeigneten Position am Geräteanschlussteil halten und befestigen. Diese Variante ist besonders vorteilhaft, weil der Montageaufwand äußerst gering ist.
Dies Befestigungszapfen können an das Geräteanschlussteil angeformt und insbesondere in einem Spritzgussvorgang zusammen mit dem weiteren Geräteanschlussteil als einstückiges Spritzgussteil hergestellt sein.
In einer anderen Ausgestaltung kann es sich bei der Befestigungseinrichtung, insbesondere den Befestigungszapfen, um ein oder mehrere separate Teile handeln. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen dem Geräteanschlussteil und dem Schaltungsträger, insbesondere der Leiterkarte, nicht durch das Geräteanschlussteil vorgegeben ist. Beispielsweise kann die Befestigungseinrichtung aus Distanzbolzen bestehen, deren Länge der jeweiligen Anforderung entspricht. Somit kann der Abstand mit geringem Aufwand variiert werden, ohne das Spritzgusswerkzeug ändern zu müssen. Die Verwendung der Befestigungszapfen hat den Vorteil einer Montageerleichterung. Insbesondere können erfahren in Verfahrensschritt F die folgenden beiden Schritte gleichzeitig erfolgen:
F1 .) zur elektrischen Kontaktierung werden die Anschlussbereiche der Steckkontakte durch die Durchkontaktierungen des jeweiligen Schaltungsträgers gesteckt und dabei eingepresst oder anschließend verlötet und gleichzeitig
F2.) dringen an das Geräteanschlussteil angeformte oder angebrachte Befestigungszapfen in je eine dazugehörige Klemmausnehmung des jeweiligen Schaltungsträgers ein und verklemmen daran.
Bei der Montage der elektrischen Geräte kann das Geräteanschlussteil an das Gehäusebasisteil des Gerätegehäuses angesetzt oder darauf aufgesetzt und abdichtend daran befestigt werden und zusammen mit dem Gehäusebasisteil das Gerätegehäuse des elektrischen Gerätes bilden. Gleichzeitig kann der, bevorzugt am Geräteanschlussteil befestigte Schaltungsträger in oder an dem Gerätegehäuse angeordnet werden.
Sollte einmal ein neues oder weiteres Spritzgusswerkzeug für die selbe Bauform des Geräteanschlussteils benötigt werden, etwa um die Stückzahlen zu erhöhen, können dennoch dieselben Schaltungsträger, insbesondere Leiterkarten, weiterverwendet werden. Schließlich bleibt die sogenannte „Schwindung“ der erzeugten Spritzgussteile bei gleichen Spritzgusswerkzeugen ebenfalls gleich. Dabei versteht man unter dem Begriff „Schwindung“ die Verringerung der Abmessungen des Spritzgussteils gegenüber den Abmessungen des Hohlraums des Spritzgusswerkzeugs.
Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil die Positionierung der Durchgangsöffnungen am Schaltungsträger, insbesondere an der Leiterkarte, fertigungstechnisch grundsätzlich wesentlich genauer möglich - oder in der angestrebten Genauigkeit zumindest mit deutlich weniger Aufwand verbunden - ist, als die Positionierung der Kontaktträger am Geräteanschlussteil.
Das Geräteanschlussteil kann weiterhin als Bestandteil des Gerätegehäuses mindestens 10%, bevorzugt mindestens 15%, insbesondere mindestens 20%, bevorzugt mindestens 25% der gesamten Gerätegehäuseoberfläche abdecken und kann damit zumindest eine komplette Gerätegehäusewand, insbesondere einen Gerätegehäusedeckel und besonders bevorzugt die besagte Gerätegehäuseoberschale bilden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung nimmt der Anschlussabschnitt den Großteil, d.h. mehr als die Hälfte, insbesondere mehr als 66 % und bevorzugt sogar mehr als 75 % und besonders bevorzugt sogar mehr als 80 % der Oberfläche des Geräteanschlussteils, ein. Zu mindestens einem, bevorzugt mehreren Enden hin kann das Geräteanschlussteil eine Kante oder Rundung aufweisen und dadurch zusätzlich auch zumindest einen Teil einer jeweiligen, insbesondere rechtwinklig zum Anschlussabschnitt verlaufenden Seitenwand des Gerätegehäuses bilden. Dies ist für die Stabilität und Abdichtung des Gerätegehäuses besonders vorteilhaft. Weiterhin liefert dies auch eine weitere Vereinfachung der Montage, weil dadurch die Anzahl der Einzelteile des Gerätegehäuses reduziert werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Kontaktträger an ihrer jeweiligen Position am Anschlussabschnitt des Geräteanschlussteils versenkt angeformt. Dies ist nicht nur aus mechanischen Gründen, beispielsweise zur Platzersparnis, von Vorteil, sondern entspricht beispielsweise beim Einsatz in I/O-Anschlussboxen („I/O-Link-Modulen“) den üblichen Gepflogenheiten der Automatisierungstechnik. Dazu ist es vorteilhaft, wenn das Geräteanschlussteil an den jeweiligen Positionen, an denen sich die Kontaktträger befinden, jeweils eine insbesondere im wesentlichen hohlzylindrische Vertiefung aufweist. An dieser Vertiefung, insbesondere der Innenwand ihres Hohlzylinders, kann das Geräteanschlussteil jeweils zumindest eine Verriegelung für den Gegenstecker, beispielsweise ein Rastelement wie eine durchgehende oder unterbrochene Rastkante und/oder einen Hinterschnitt besitzen und/oder ein Innengewinde als Einschraubgewinde aufweisen. Das Einschraubgewinde kann gegebenenfalls durchgehend oder segmentiert sein.
Innerhalb dieser Vertiefung kann der Kontaktträger versenkt angeordnet sein. Beispielsweise kann er mit dem weiteren Geräteanschlussteil über einen am geräteseitigen Ende der Vertiefung innenseitig umlaufend daran angeformten, insbesondere ringförmigen Verbindungssteg durchgehend verbunden sein.
Die Kontaktträger sind dabei Bestandteil von Rundsteckverbindern. Dabei kann es sich um sogenannte „M12“-Rundsteckverbinder handeln, aber es können selbstverständlich auch andere Rundsteckverbinder mit anderen Gewindegrößen Anwendung finden, beispielsweise sogenannte „M8“- Rundsteckverbinder.
Dabei bedeutet die Bezeichnung „M“, dass es sich bei dem Verriegelungsmechanismus dieser Rundsteckverbinder gegebenenfalls um sogenannte „metrische“ Einschraubgewinde handelt, wobei der Durchmesser des jeweiligen Einschraubgewindes in ganzzahligen metrischen Einheiten (in diesem Fall Millimeter) bezeichenbar ist. Ein M12-Gewinde zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass sein Durchmesser 12 mm beträgt und ein M8-Gewinde zeichnet sich dadurch aus, dass sein Durchmesser 8 mm beträgt. Selbstverständlich können aber auch Rundsteckverbinder mit Einschraubgewinden anderer Durchmesser, die z.B. auch in Zoll angegeben sein können, Verwendung finden.
In zusätzlichen Ausgestaltungen können die Steckverbinder alternativ oder ergänzend zur Gewindeverschraubung auch anderen Verriegelungsmechanismen aufweisen, beispielsweise Rastnasen, Rastnasen und/oder Hinterschnitte, z.B. zur Verrastung von Gegensteckern, die einen Push-Pull Verrastungsmechanismus aufweisen o.ä.
In einer bevorzugten Weiterbildung besitzt die Geräteanschschlussvorrichtung, bevorzugt in ihrem Anschlussabschnitt, zusätzlich weitere kreisrunde Montageöffnungen zum Einbau weiterer Steckverbinder, die beispielsweise der Stromversorgung und/oder einer Netzwerkanbindung oder irgendeiner anderen Anwendung dienen und der jeweiligen Anwendung entsprechend flexibel anpassbar und austauschbar sind.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 a eine perspektivische Darstellung eines Geräteanschlussteils mit acht daran angeformten Kontaktträgern;
Fig. 1 b, c das Geräteanschlussteil aus anderen Ansichten;
Fig. 2a das Geräteanschlussteil mit einem durch zwei der Kontaktträger verlaufenden Schnitt;
Fig. 2b eine Vergrößerung eines Ausschnitts des Geräteanschlussteils mit einem in dem Schnitt dargestellten Kontaktträger;
Fig. 2c einen Steckkontakt; Fig. 2d den vorgenannten Kontaktträger mit dem in eine seiner Kontaktkammern aufgenommenen Steckkontakt;
Fig. 3a eine Leiterkarte;
Fig. 3b ein Gehäusebasisteil;
Fig. 3c das Geräteanschlussteil zusammenmit dem
Gehäusebasisteil und der Leiterkarte;
Fig. 3d ein elektrisches Gerät 134;
Fig. 4a das elektrische Gerät mit einem Schnitt durch zwei
Kontaktträger;
Fig. 4b einen Ausschnitt aus der vorangegangenen Darstellung;
Fig. 5a eine Schnittdarstellung des elektrischen Gerätes mit einer durch die Kontaktträger verlaufenden Schnittebene;
Fig. 5b eine Schnittdarstellung des elektrischen Gerätes mit einer durch die Befestigungszapfen verlaufenden Schnittebene.
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.
Die Fig. 1 a zeigt in einer schrägen Draufsicht ein Geräteanschlussteil 1 mit acht in einem flächigen Anschlussabschnitt 11 des Geräteanschlussteils 1 versenkt angeordneten Kontaktträgern 18. Dabei bedeutet „versenkt angeordnet“, dass sich die Kontaktträger 18 in im Folgenden erläuterten, hohlzylindrischen Vertiefungen 12 befinden. Die Kontaktträger 18 sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und besitzen jeweils mehrere durchgehende Kontaktkammern 180.
Weiterhin sind im Anschlussabschnitt 11 drei kreisrunde Montageöffnungen 10 angeordnet, die zum Einbau weiterer Steckverbinder vorgesehen sind. Diese weiteren Steckverbinder können beispielsweise der Stromversorgung und/oder einer Netzwerkanbindung oder auch irgendeiner anderen Anwendung dienen. Sie sind als separate Teile vorgesehen und sind dieser jeweiligen Anwendung entsprechend für das elektrische Gerät flexibel anpassbar und austauschbar.
In den Fig. 1 b und 1 c ist das Geräteanschlussteil 1 mit Blick auf seine Geräteinnenseite gezeigt. Aus dieser Ansicht wird deutlich, dass die Kontaktträger 18 - abgesehen von ihren durchgehenden Kontaktkammern 180 - nicht nur anschlussseitig, sondern auch geräteseitig geschlossen ausgeführt sind.
Das Geräteanschlussteil 1 besitzt weiterhin geräteinnenseitig mehrere daran angeformte Befestigungszapfen 13 sowie an den Außenkanten des Anschlussabschnitts 11 einen umlaufenden Kragen 14. Durch den Kragen 14 und den Anschlussabschnitt 11 bildet das Geräteanschlussteil 1 eine Oberschale des im Folgenden gezeigten Gerätegehäuses 140 aus.
Die Fig. 2a zeigt einen Ausschnitt einer Darstellung des Geräteanschlussteils 1 in schräger Draufsicht mit einem Schnitt durch zwei seiner Kontaktträger 18, wobei der Schnitt durch eine mittlere der Kontaktkammern 180 verläuft.
Die Fig. 2b zeigt daraus einen vergrößerten Ausschnitt. In dieser Darstellung ist besonders gut zu sehen, dass die versenkt in den Anschlussabschnitt 11 angeformten Kontaktträger 18 mit dem weiteren Geräteanschlussteil 1 über einen am geräteseitigen Ende der hohlzylindrischen Vertiefung 12 innenseitig umlaufend daran angeformten, ringförmigen Verbindungssteg 15 durchgehend verbunden sind.
Außerdem ist als Einschraubgewinde vorgesehenes Innengewinde 17 gut zu erkennen. Dieses ist an der zylindrischen Außenfläche der Vertiefung 12 innenseitig angeformt und dient der Verriegelung eines gesteckten oder zu steckenden Gegensteckers. Die Fig. 2c zeigt einen in die Kontaktkammer einzufügenden Steckkontakt 2 mit einem Steckbereich 21 und einem Anschlussbereich 23. Der Steckbereich 21 ist als Kontaktbuchse ausgeführt, doch es könnte sich in einer anderen Ausführung genauso gut um einen Kontaktstift handeln.
Der Anschlussbereich 23 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Lötstift auf.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Anschlussbereich stattdessen als Press-In (Einpress-) Anschluss ausgeführt. Bei dem Steckkontakt 2 handelt es sich dann um einen Einpresskontakt, der auch als Press-In Kontakt bezeichnet wird. Diese Press-In Variante gestattet eine wesentlich weniger aufwändige Montage und ist daher sehr vorteilhaft.
In der Fig. 2d ist gezeigt, wie der Steckkontakt 2 in den Kontaktträger 18 eingefügt ist. Insbesondere kann er dazu bei der Massenfertigung maschinell in die Kontaktkammer 180 eingeschossen werden und insbesondere in der Kontaktkammer 180 des Kontaktträgers 18 verrasten.
Weiterhin ist noch einmal gut zu sehen, wie der Kontaktträger 18 in dem im flächigen Anschlussabschnitt 1 1 versenkt, nämlich innerhalb einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Vertiefung 12, angeordnet ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann in der Vertiefung zur Verriegelung eines Gegensteckers statt des Gewindes ein Rastkragen oder Rasthinterschnitt angeordnet sein.
Die Fig. 3a zeigt einen Schaltungsträger, der als eine Leiterkarte 3 ausgeführt ist, mit vier darin angeordneten Klemmausnehmungen 30.
Die Fig. 3b zeigt ein Gehäusebasisteil 4 mit einem umlaufenden Basiskragen 41 .
Die Fig. 3c zeigt das Gehäusebasisteil 4 mit der Leiterkarte 3 und dem Geräteanschlussteil 1 als einzelne Komponenten.
Die Fig. 3d sind die vorgenannten Bauelemente 1 ,3,4 mit in die Kontaktkammern 180 der Kontaktträger 18 eingefügten (aber in dieser Darstellung durch die Kontaktträger 18 verdeckten und daher nicht zu sehenden) Steckkontakten 2 in zusammengesetztem Zustand gezeigt. Dadurch ist ein elektrisches Gerät 134 gebildet, wobei das Gehäuseanschlussteil 1 und das Gerätebasisteil 4 gemeinsam das Gerätegehäuse 140 bilden. Die in der Zeichnung vertikal verlaufenden Seitenwände des Gerätegehäuses 140 werden dabei zum einen Teil durch den Kragen 14 des Geräteanschlussteils 1 und zum anderen Teil durch den Basiskragen 41 des Gehäusebasisteils 4 gebildet. Außerdem können in die Montageöffnungen 10 des Geräteanschlussteils 1 optional die besagten weiteren separat ausgeführten Steckverbinder (nicht gezeigt) eingebaut werden, beispielsweise als Stromanschluss und/oder als Netzwerkanschluss.
Die Fig. 4a zeigt das elektrische Gerät 134 mit dem Schnitt durch zwei Kontaktträger 18. Der dadurch gezeigte Steckkontakt 2 ist in die mittlere Kontaktkammer 180 eingefügt und darin gehalten und durchgreift mit seinem Anschlussbereich 23 (an dieser Stelle aus Platzgründen nicht explizit bezeichnet) die Leiterkarte 3. Dazu besitzt die Leiterkarte 3 eine Durchkontaktierung, die als elektrisch leitfähig innenbeschichtete Durchgangsöffnung ausgeführt ist. Die Fig. 4b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt mit einem Kontaktträger 18 aus der vorangegangenen Darstellung.
Die Fig. 5a zeigt das elektrische Gerät 134 in einer Schnittdarstellung mit einem Schnitt durch die beiden vorgenannten Kontaktträger 18. Hier ist auch der Anschlussbereich 23 des Steckkontakts 2 explizit mit seinem Bezugszeichen versehen. Dieser kann als Lötkontakt ausgeführt sein und an der dazugehörigen Durchkontaktierung der Leiterkarte 3 verlötet werden. Er kann in einer alternativen Ausführung aber auch als Press-In (d.h. Einpress) Kontakt ausgeführt und im Press-In Verfahren bereits durch sein Einpressen in die Durchkontaktierung endgültig und betriebssicher elektrisch leitend mit der Leiterkarte 3 verbunden sein.
Die Fig. 5b zeigt das elektrische Gerät 134 in einer weiteren Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene hier durch zwei der Befestigungszapfen 13 des Geräteanschlussteils 1 verläuft. In dieser Darstellung ist die Art der Befestigung der Leiterkarte 3 an dem Geräteanschlussteil 1 - und damit in dem Gerätegehäuse 140 - besonders gut zu erkennen.
Die Befestigungszapfen 13 besitzen einen Endbereich mit einem konischen Klemmabschnitt, in dem sie also zu ihrem Ende hin konisch zulaufen. Mit diesem konischen Klemmabschnitt dringen sie in die jeweilige Klemmausnehmung 30 der Leiterkarte 3 ein und verklemmen darin. Dadurch ist die Leiterkarte 3 in ihrer endgültigen Position am Geräteanschlussteil 1 - und damit im Gerätegehäuse 140 gehalten und befestigt. Diese Befestigungsmethode ist besonders vorteilhaft, weil der dazugehörige Montageaufwand äußerst gering ist. Schließlich können auf diese Weise gleichzeitig mit einer einzigen Aktion sowohl die Anschlussbereiche 23 der Steckkontakte 2 in die Durchkontaktierungen der Leiterkarte 3 gesteckt als auch die Leiterkarte 3 an dem Geräteanschlussteil 1 befestigt werden.
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.
Bezugszeichenliste
1 Geräteanschlussteil
10 Montageöffnungen
11 Anschlussabschnitt
12 hohlzylindrische Vertiefung
13 Befestigungszapfen
14 Kragen / Teil der Seitenwand des Gerätegehäuses
15 Verbindungssteg
17 Innengewinde
18 Kontaktträger
180 Kontaktkammern
2 Steckkontakt
21 Steckbereich
23 Anschlussbereich
3 Leiterkarte / Schaltungsträger
30 Klemmausnehmungen
4 Gehäusebasisteil
41 Basiskragen
134 elektrisches Gerät
140 Gerätegehäuse

Claims

Ansprüche Elektrisches Gerät (134), aufweisend ein Gerätegehäuse (140) und mindestens einen Schaltungsträger (3) mit elektrischen Leiterbahnen sowie eine Vielzahl an Steckverbindern, welche jeweils einen Kontaktträger (18) mit mehreren durchgehenden Kontaktkammern (180) und mehrere elektrische Steckkontakte (2) aufweisen, wobei die Steckkontakte (2) an ihrem steckseitigen Ende jeweils einen Steckbereich (21 ) zum steckseitigen Verbinden mit den Gegenkontakten eines mit dem jeweiligen Steckverbinder gesteckten Gegensteckers besitzen und an ihrem anschlussseitigen Ende jeweils einen Anschlussbereich (23) aufweisen, an dem sie elektrisch leitend mit den Leiterbahnen des Schaltungsträgers (3) verbunden sind, und wobei die Steckkontakte (2) zumindest bereichsweise in je einer Kontaktkammer (180) des jeweiligen Kontaktträgers (18) aufgenommen und darin gehalten sind, wobei das elektrische Gerät (134) weiterhin ein Geräteanschlussteil (1 ) besitzt, welches ein Gehäuseteil des Gerätegehäuses (140) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Geräteanschlussteil (1 ) zusammen mit den Kontaktträgern (18) einstückig ausgeführt ist. Elektrisches Gerät (134) gemäß Anspruch 1 , wobei der
Schaltungsträger (3) an dem Geräteanschlussteil (1 ) befestigt ist. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (3) mehrere elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbundene Durchkontaktierungen aufweist, welche als elektrisch leitend beschichtete Durchgangsöffnungen ausgeführt sind, wobei a.) die Steckkontakte (2) entweder als Press-in Kontakte ausgeführt sind, die sich dadurch auszeichnen, dass sie an ihren Anschlussbereich (23) jeweils einen Einpressstift aufweisen, wobei die Press-In Kontakte mit ihren Einpressstiften in die jeweiligen Durchkontaktierungen des Schaltungsträgers (3) eingepresst sind, oder wobei b.) die Steckkontakte (2) als Lötkontakte ausgeführt sind, die sich dadurch auszeichnen, dass sie an ihrem Anschlussbereich (23) Lötstifte aufweisen, wobei die Lötkontakte (2) mit ihren Lötstiften durch die jeweiligen Durchkontaktierungen des Schaltungsträgers (3) hindurchgesteckt und daran verlötet sind. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Schaltungsträger um eine Leiterkarte (3) handelt. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die besagte Vielzahl an Steckverbindern mindestens vier beträgt, so dass zumindest vier Kontaktträger (18) zusammen mit dem Geräteanschlussteil (1 ) einstückig ausgeführt sind. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elektrische Gerät (134) weiterhin zumindest zwei weitere Anschlüsse, nämlich einen Stromversorgungsanschluss und zumindest einen Datennetzwerkanschluss aufweist, wobei diese zumindest zwei Anschlüsse durch weitere, separate Einbausteckverbinder gebildet sind, die jeweils einen separaten, weiteren Kontaktträger sowie ein separates Steckverbinderanbaugehäuse besitzen, mit dem sie in dafür vorgesehene Montageöffnungen (10) des Geräteanschlussteils (1 ) einbaubar sind.
7. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem elektrischen Gerät (134) um ein Anschlussgerät für ein Datennetzwerk handelt.
8. Elektrisches Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gerätegehäuse (140) ein Gehäusebasisteil (4) besitzt, welches zusammen mit dem Geräteanschlussteil (1 ) das Gerätegehäuse (140) bildet.
9. Geräteanschlussteil (1 ) für das elektrische Gerät (134) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) die besagten Kontaktträger (18) aufweist und aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, wobei die Kontaktträger (18) jeweils die besagten mehreren durchgehende Kontaktkammern (180) aufweisen, in welche die elektrischen Steckkontakte (2) einführbar sind, um anschlussseitig mit Leiterbahnen des Schaltungsträgers (3) des elektrischen Gerätes (134) elektrisch leitend verbunden zu werden, um diese steckseitig mit elektrischen Gegenkontakten eines mit dem jeweiligen Steckverbinder gesteckten oder zu steckenden Gegensteckers zu kontaktieren, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) einen im Wesentlichen flächigen Anschlussabschnitt (11 ) aufweist, an den die Kontaktträger (18) angeformt sind.
10. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß Anspruch 9, wobei die Kontaktträger (18) versenkt in dem Anschlussabschnitt (11 ) angeordnet sind. - 25 - Geräteanschlussteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) im Spritzgussverfahren hergestellt und somit zusammen mit den daran angeformten Kontaktträgern (18) als einstückiges Spritzgussteil ausgeführt ist. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei das Geräteanschlussteil (1 ) zumindest eine Außenwand des Gerätegehäuses (140) bildet. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß Anspruch 12, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) an den Anschlussabschnitt (11 ) anschließend zumindest eine Kante oder Abrundung aufweist, durch die das Geräteanschlussteil (1 ) zusätzlich zumindest einen Teil (14) zumindest einer Seitenwand des Gerätegehäuses (140) bildet, wodurch das Geräteanschlussteil (1 ) eine Oberschale des Gerätegehäuses (140) bildet. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) die Steckkontakte (2) besitzt, die in den Kontaktkammern (180) der Kontaktträger (18) gehalten sind. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) eine Befestigungseinrichtung (13) zur Befestigung des Schaltungsträgers (3) am Geräteanschlussteil (1 ) besitzt. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß Anspruch 15, wobei die Befestigungseinrichtung in mehreren Befestigungszapfen (13) besteht, die entweder an das Geräteanschlussteil (1 ) angeformt oder als separate Teile ausgeführt und an das Geräteanschlussteil (1 ) angebracht sind. - 26 -
17. Geräteanschlussteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei das Geräteanschlussteil (1 ) in seinem Anschlussabschnitt (11 ) mehrere Montageöffnungen (10) zum Anbau weiterer separat ausgeführter Steckverbinder aufweist.
18. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Gerätes
A. Herstellen eines Spritzgusswerkzeuges für Geräteanschlussteile (1 );
B. Spritzgießen zumindest eines Geräteanschlussteils (1 ) als einstückiges Spritzgussteil, das die in ihrer jeweiligen Position daran angeformten Kontaktträger (18) aufweist;
C. Ausmessen der Relativposition der Kontaktträger (18) des zumindest einen Geräteanschlussteils (1 ) zueinander;
D. Ermitteln der geeigneten Anschlusspositionen auf dem Schaltungsträger (3) aus den in Verfahrensschritt C ermittelten Messdaten und Erstellen mindestens eines Schaltungsträgers (3), mit Durchkontaktierungen an den ermittelten Anschlusspositionen.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte aufweist:
E. Spritzgießen von Geräteanschlussteilen (1 ) mit dem Spritzgusswerkzeug und Bestücken der Kontaktträger (18) mit Steckkontakten (2), sowie Herstellen der Schaltungsträger (3) gemäß der ermittelten Anschlusspositionen aus Verfahrensschritt D;
F. anschlussseitiges elektrisches Kontaktieren der Steckkontakte (2) mit dem jeweiligen Schaltungsträger (3) und befestigen des jeweiligen Schaltungsträgers (3) an dem jeweiligen Geräteanschlussteil (1 ); - 27 -
G. Zusammenfügen der Geräteanschlussteile (1 ) mit je einem Gehäusebasisteil (4) des Gerätegehäuses (140), wobei der Schaltungsträger (3) in dem Gerätegehäuse (140) angeordnet wird. Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei in Verfahrensschritt E die Steckkontakte (2) entweder im Spritzgussverfahren umspritzt oder nach dem Spritzgussvorgang in die Kontaktkammern (180) der Kontaktträger (18) eingeschossen werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei in Verfahrensschritt F die folgenden beiden Schritte gleichzeitig erfolgen:
F1 .) zur elektrischen Kontaktierung werden die Anschlussbereiche (23) der Steckkontakte (2) durch die Durchkontaktierungen des jeweiligen Schaltungsträgers (3) gesteckt und dabei eingepresst oder anschließend verlötet und gleichzeitig
F2.) dringen an das Geräteanschlussteil (1 ) angeformte oder angebrachte Befestigungszapfen (13) in je eine dazugehörige Klemmausnehmung (30) des jeweiligen Schaltungsträgers (3) ein und verklemmen daran.
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