ES2839884T3 - Connector structure for electronic printed circuit boards - Google Patents
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Abstract
Estructura de conector con las siguientes características: - una placa aislante (1) a la que se aplica firmemente una capa metálica (1a) por al menos un lado, - al menos un elemento de contacto plano (3) con dos secciones finales, - configurándose la primera sección final como una sección de fijación (3b) conectada a la capa metálica (1a) por medio de un material de conexión conductor de electricidad y - configurándose la segunda sección final como una lengüeta de contacto rígida (3a) que sobresale del borde de la placa aislante (1), - una unidad enchufable conectada a un cable para su colocación sobre la lengüeta de contacto (3a), - presentando la unidad enchufable al menos dos lengüetas de resorte elásticas (4, 4) dobladas por sus secciones finales, de manera que queden enfrentadas con sus lados convexos y de manera que, en el estado ensamblado, contacten con la lengüeta de contacto rígida (3a) por ambos lados bajo una pretensión mecánica, - presentando las lengüetas de resorte elásticas la misma curva característica de elasticidad y - una guía mecánica configurada para empujar de forma centrada los lados convexos de las lengüetas de resorte elásticas (4, 4) sobre la lengüeta de contacto rígida (3a), de manera que, durante el desplazamiento y en el estado desplazado, ningún momento de flexión actúe sobre la lengüeta de contacto (3a) en el punto de fijación (X), - fijándose la sección de fijación (3b) en la capa metálica (1a) por medio de una conexión SMD.Connector structure with the following characteristics: - an insulating plate (1) to which a metallic layer (1a) is firmly applied on at least one side, - at least one flat contact element (3) with two end sections, - the first final section being configured as a fixing section (3b) connected to the metallic layer (1a) by means of an electrically conductive connection material and - the second final section being configured as a rigid contact tab (3a) protruding from the edge of the insulating plate (1), - a plug-in unit connected to a cable for placement on the contact tab (3a), - the plug-in unit having at least two elastic spring tabs (4, 4) bent at their sections ends, so that they are facing their convex sides and in such a way that, in the assembled state, they contact the rigid contact tab (3a) on both sides under mechanical pretension, - presenting the spring-elastic tabs you have the same characteristic curve of elasticity and - a mechanical guide configured to centrally push the convex sides of the elastic spring tabs (4, 4) onto the rigid contact tab (3a), so that, during displacement and in the displaced state, no bending moment acts on the contact tab (3a) at the fixing point (X), - fixing the fixing section (3b) in the metal layer (1a) by means of an SMD connection.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Estructura de conector para placas de circuitos impresos electrónicasConnector structure for electronic printed circuit boards
La invención se refiere a una estructura de conector para placas de circuitos impresos electrónicas y especialmente a una estructura de conector que puede utilizarse en la construcción de automóviles y aviones.The invention relates to a connector structure for electronic printed circuit boards and especially to a connector structure that can be used in automobile and aircraft construction.
En el futuro, los sistemas de conducción por cable también se usarán cada vez más en la industria automotriz. Ya se sabe que estos sistemas, que activan la dirección y los frenos, están sujetos a requisitos de fiabilidad muy elevados. Esta alta fiabilidad puede lograrse mediante una redundancia múltiple. Por otra parte, en la construcción de vehículos, y más aún en la construcción de aviones, se pretende conseguir una construcción ligera. Por consiguiente, para reducir peso y ahorrar costes resulta ventajoso en principio utilizar el menor número posible de sistemas redundantes. Por este motivo, en los sistemas de este tipo deben utilizarse componentes con una alta fiabilidad.In the future, cable conduction systems will also be used more and more in the automotive industry. These systems, which activate the steering and brakes, are already known to be subject to very high reliability requirements. This high reliability can be achieved through multiple redundancy. On the other hand, in the construction of vehicles, and even more so in the construction of airplanes, the aim is to achieve a lightweight construction. In order to reduce weight and save costs, it is therefore advantageous in principle to use as few redundant systems as possible. For this reason, highly reliable components must be used in systems of this type.
Las estructuras de conector necesarias para las mediciones con termopares son especialmente sensibles a las interferencias. En la medición de la temperatura con un termopar se aprovecha el efecto de la separación de carga a lo largo de un conductor eléctrico a través de un gradiente de temperatura. La magnitud de la separación de carga depende del material. Mediante la comparación de la magnitud de la separación de carga de dos materiales diferentes con una temperatura conocida del respectivamente un extremo de conductor, es decir, del punto de medición comparativo, se pueden sacar conclusiones con respecto a la temperatura del respectivamente otro extremo de conductor, es decir, del punto de medición. Con esta finalidad, los extremos de conductor del punto de medición se conectan galvánicamente.The connector structures required for thermocouple measurements are especially sensitive to interference. In temperature measurement with a thermocouple, the effect of charge separation along an electrical conductor through a temperature gradient is exploited. The amount of charge separation depends on the material. By comparing the magnitude of the charge separation of two different materials with a known temperature of the respectively one conductor end, i.e. the comparative measuring point, conclusions can be drawn regarding the temperature of the each other conductor end , that is, from the measurement point. For this purpose, the conductor ends of the measuring point are galvanically connected.
En esta medición se utiliza un convertidor analógico digital que detecta la tensión eléctrica en los contactos del punto de comparación, en adelante, denominada tensión termoeléctrica. En el punto de medición comparativo, los diferentes materiales del termoconductor, por ejemplo, NiCr y Ni, se transfieren a un mismo material conductor, por ejemplo, Cu. Por medio de un sensor de temperatura, la temperatura del punto de comparación se mide y se aporta como una señal al convertidor analógico digital. Mediante la evaluación de los datos digitalizados se pueden sacar conclusiones con respecto a la temperatura del punto de medición.In this measurement, an analog-digital converter is used that detects the electrical voltage at the contacts of the comparison point, hereinafter referred to as the thermoelectric voltage. At the comparative measurement point, the different materials of the heat conductor, for example NiCr and Ni, are transferred to the same conductive material, for example Cu. By means of a temperature sensor, the temperature of the comparison point is measured and supplied as a signal to the analog-to-digital converter. By evaluating the digitized data, conclusions can be drawn regarding the temperature of the measurement point.
Según el estado de la técnica, el elemento de casquillo de una conexión de enchufe como ésta se conecta mecánica y eléctricamente a la placa de circuitos impresos con clavijas pasantes mediante soldadura. Sin embargo, se ha comprobado que una conexión de este tipo no es suficientemente estable a largo plazo y que especialmente los conectores de filigrana no garantizan la exactitud de medición teóricamente esperada, especialmente si la conexión de enchufe se abre y cierra con frecuencia.According to the state of the art, the socket element of such a plug connection is mechanically and electrically connected to the through-pin printed circuit board by soldering. However, it has been found that such a connection is not sufficiently stable in the long term and that especially filigree connectors do not guarantee the theoretically expected measurement accuracy, especially if the plug connection is frequently opened and closed.
Por el documento DE 102011 119842 A1 se conoce una conexión de dos placas de circuitos impresos rígidas por medio de una placa de circuitos impresos flexible dispuesta entre ellas. Se revela una placa de circuitos impresos flexible, en cuyos bordes se fijan clavijas de contacto rígidas. Se revela además un conjunto de placa de circuitos impresos con dos placas de circuitos impresos rígidas a conectar y la placa de circuitos impresos flexible dispuesta entre las mismas, introduciéndose a presión las clavijas de contacto de la placa de circuitos impresos flexible en los casquillos de contacto presentes en las placas de circuitos impresos rígidas. En este caso se resuelve la tarea de proporcionar un elemento de conexión eléctrico que permita una alta flexibilidad con respecto al conjunto de los componentes a conectar entre sí.From DE 102011 119842 A1 a connection of two rigid printed circuit boards is known by means of a flexible printed circuit board arranged between them. A flexible printed circuit board is revealed, on the edges of which rigid contact pins are fixed. A printed circuit board assembly is further disclosed with two rigid printed circuit boards to be connected and the flexible printed circuit board arranged between them, the contact pins of the flexible printed circuit board being pressed into the contact sockets. present on rigid printed circuit boards. In this case, the task of providing an electrical connection element that allows high flexibility with respect to all the components to be connected to each other is solved.
Por el documento US 3192498 A se conoce un contacto de enchufe con una geometría especial para su colocación sobre placas de circuitos impresos planas o en cables redondos. Aquí, la tarea consistía en poner a disposición una geometría de conector que garantice en ambos casos de uso una conexión mecánica igualmente segura y un buen contacto eléctrico.From US 3192498 A a plug contact with a special geometry for mounting on flat printed circuit boards or on round cables is known. Here, the task was to make available a connector geometry that guarantees an equally safe mechanical connection and good electrical contact in both use cases.
La tarea de la invención consistía en aumentar la precisión de medición y la estabilidad a largo plazo mediante la mejora de una conexión de enchufe para las mediciones por medio de termopares y, especialmente, para garantizar una medición de temperatura estable a largo plazo.The task of the invention was to increase the measurement accuracy and long-term stability by improving a plug connection for measurements by means of thermocouples and especially to ensure a long-term stable temperature measurement.
Esta tarea se ha resuelto con una estructura de conector con las siguientes características: una placa aislante a la que se aplica firmemente una capa metálica por al menos un lado, al menos un elemento de contacto plano con dos secciones finales, configurándose la primera sección final como una sección de fijación que está conectada a la capa metálica por medio de un material de conexión conductor de electricidad. La segunda sección final se configura como una lengüeta de contacto rígida que sobresale del borde de la placa aislante. Como contrapieza se prevé una unidad enchufable conectada a un cable para su colocación sobre la lengüeta de contacto, presentando la unidad enchufable al menos dos lengüetas de resorte elásticas que están dobladas por sus secciones finales, de manera que queden enfrentadas con sus lados convexos y que, en el estado ensamblado, contacten con la lengüeta de contacto rígida por ambos lados bajo una pretensión mecánica. Ambas lengüetas de resorte presentan la misma curva característica de elasticidad. Se prevé además una guía mecánica que permite que sea posible empujar con precisión las lengüetas de resorte curvadas sobre la lengüeta de contacto rígida de forma centrada. Durante el desplazamiento y en el estado desplazado, ningún momento de flexión actúa sobre la lengüeta de contacto en el punto de fijación, dado que la guía mecánica impide una inclinación o una posición asimétrica. Por consiguiente, sobre la capa metálica sólo actúan fuerzas de corte que no provocan ningún cambio negativo en el material debido al punto de conexión de gran superficie. La sección de fijación del elemento de contacto conectado a la placa de circuitos impresos se fija en la capa metálica por medio de una conexión SMD. Con esta construcción, la acreditada tecnología de conexión SMD, que sin embargo es extremadamente sensible a las tensiones de flexión mecánicas, puede utilizarse ventajosamente como una conexión de enchufe estable a largo plazo sin que se produzcan errores de medición excesivos incluso en caso de mediciones con una alta precisión.This task has been solved with a connector structure with the following characteristics: an insulating plate to which a metallic layer is firmly applied on at least one side, at least one flat contact element with two end sections, configuring the first end section as a fixing section which is connected to the metal layer by means of an electrically conductive connecting material. The second end section is configured as a rigid contact tab protruding from the edge of the insulating plate. As a counterpart, a plug-in unit connected to a cable is provided for placement on the contact tab, the plug-in unit having at least two elastic spring tabs that are bent at their end sections, so that they face their convex sides and that , in the assembled state, contact the rigid contact tab on both sides under mechanical pretension. Both spring tabs have the same characteristic elasticity curve. In addition, a mechanical guide is provided that allows it to be possible to precisely push the curved spring tabs on the rigid contact tab in a centered manner. During the displacement and in the displaced state, no bending moment acts on the contact tab at the fixing point, since the mechanical guide prevents an inclination or an asymmetric position. Consequently, only shear forces act on the metal layer that do not cause any negative changes in the material due to the large connection point. surface. The fixing section of the contact element connected to the printed circuit board is fixed on the metal layer by means of an SMD connection. With this construction, the proven SMD connection technology, which is however extremely sensitive to mechanical bending stresses, can be used advantageously as a long-term stable plug connection without excessive measurement errors even in case of measurements with high precision.
Según la reivindicación 2, las lengüetas de resorte elásticas presentan al menos una ranura longitudinal, de manera que los extremos de las lengüetas de resorte se dividan en dos. Esta variante perfeccionada de la estructura de conector permite evitar en gran medida los pequeños momentos de flexión que podrían producirse como consecuencia de las tolerancias de fabricación al empujar las lengüetas de resorte elásticas, con lo que se mejora aún más la estabilidad a largo plazo de la estructura de conector.According to claim 2, the elastic spring tabs have at least one longitudinal groove, so that the ends of the spring tabs are divided in two. This improved variant of the connector structure makes it possible to largely avoid the small bending moments that could occur as a result of manufacturing tolerances when pushing the elastic spring tabs, further improving the long-term stability of the connector. connector structure.
La invención se explica más detalladamente a la vista de dibujos esquemáticos:The invention is explained in more detail in view of schematic drawings:
Figura 1 muestra una forma de realización de una conexión de enchufe para un conector de termopar según el estado de la técnica.Figure 1 shows an embodiment of a plug connection for a thermocouple connector according to the state of the art.
Figura 2 muestra otra forma de realización de una conexión de enchufe para un conector de termopar según el estado de la técnica.Figure 2 shows another embodiment of a plug connection for a thermocouple connector according to the state of the art.
Figura 3 muestra la forma de realización según la figura 2 en la vista lateral.Figure 3 shows the embodiment according to figure 2 in side view.
Figura 4 muestra una forma de realización mejorada de una conexión de enchufe para un conector de termopar. Figure 4 shows an improved embodiment of a plug connection for a thermocouple connector.
Figura 5 muestra otra forma de realización mejorada de una conexión de enchufe para un conector de termopar. La figura 1 muestra una forma de realización de una conexión de enchufe para un conector de termopar según el estado de la técnica, fijándose un elemento de casquillo 2 en la perforación de una placa de circuitos impresos 1 por medio de un punto de soldadura. Para una mayor claridad, en la figura 1 no se muestra el segundo elemento de casquillo opuesto. Al enchufar y desenchufar el elemento de conector 3 de acuerdo con la flecha doble recta, el elemento de conector 2 configurado elástico se deforma según la flecha doble curva, al igual que el elemento de casquillo situado encima pero no dibujado. En el punto marcado con una X se crea en el elemento de casquillo inferior 2 una así llamada presión superficial que puede dar lugar a una modificación de la estructura del material que influye en los resultados de la medición.Figure 5 shows another improved embodiment of a plug connection for a thermocouple connector. FIG. 1 shows an embodiment of a plug connection for a thermocouple connector according to the state of the art, a sleeve element 2 being fixed in the perforation of a printed circuit board 1 by means of a soldering point. For clarity, the second opposite bushing element is not shown in Figure 1. By plugging and unplugging the connector element 3 according to the straight double arrow, the elastic shaped connector element 2 deforms according to the curved double arrow, as does the cap element located above but not drawn. At the point marked X, a so-called surface pressure is created in the lower sleeve element 2, which can lead to a change in the material structure that influences the measurement results.
La figura 2 muestra una forma de realización algo mejorada de una conexión de enchufe para un termoconector, soldándose el elemento de casquillo inferior 2 a la placa de circuitos impresos 1 por una gran superficie. No obstante, aquí también están presentes el efecto de la presión superficial en la zona X, así como los efectos adversos descritos en la figura 1.Figure 2 shows a somewhat improved embodiment of a plug connection for a thermocouple, the lower ferrule element 2 being welded to the printed circuit board 1 over a large area. However, the effect of surface pressure in zone X is also present here, as well as the adverse effects described in Figure 1.
La figura 3 muestra la forma de realización según la figura 2 en la vista lateral. Con una X se indica de nuevo la presión superficial no deseada en el canto de la placa de circuitos impresos. Las pequeñas flechas opuestas muestran las fuerzas de corte generadas por la fuerza de fricción entre el elemento de conector 3 y el elemento de casquillo 2. Figure 3 shows the embodiment according to figure 2 in side view. An X again indicates the unwanted surface pressure on the edge of the printed circuit board. The small opposite arrows show the shear forces generated by the friction force between the connector element 3 and the sleeve element 2.
La figura 4 muestra la estructura de conector según la reivindicación 1. En la placa aislante 1 con la capa metálica 1a se fija de forma eléctricamente conductora un elemento de contacto plano 3. La lengüeta de contacto rígida 3a sobresale del borde de la placa aislante 1. La unidad enchufable conectada al cable con dos lengüetas de resorte elásticas 4 para su colocación sobre la lengüeta de contacto rígida 3a está dotada de una guía mecánica simbolizada aquí sólo por las dos flechas gruesas. Las dos lengüetas de resorte elásticas 4 están dobladas por sus secciones finales, de manera que queden enfrentadas con sus lados convexos y de manera que, en el estado ensamblado, contacten por ambos lados con la lengüeta de contacto rígida 3a por medio de una pretensión mecánica. Es importante mencionar que las dos lengüetas de resorte elásticas presentan la misma curva característica de elasticidad. La guía mecánica precisa permite empujar las secciones convexas de las lengüetas de resorte elásticas de forma centrada sobre la lengüeta de contacto rígida 3a, de manera que durante el desplazamiento y en el estado desplazado no actúe ningún momento de flexión sobre la lengüeta de contacto 3a.FIG. 4 shows the connector structure according to claim 1. On the insulating plate 1 with the metal layer 1a a flat contact element 3 is fixed electrically conductively. The rigid contact tab 3a protrudes from the edge of the insulating plate 1 The plug-in unit connected to the cable with two elastic spring tabs 4 for placement on the rigid contact tab 3a is provided with a mechanical guide symbolized here only by the two thick arrows. The two elastic spring tabs 4 are bent at their end sections, so that they face their convex sides and so that, in the assembled state, they contact the rigid contact tab 3a on both sides by means of a mechanical pretension . It is important to mention that the two elastic spring tabs have the same characteristic elasticity curve. The precise mechanical guide allows the convex sections of the elastic spring tabs to be pushed centrally on the rigid contact tab 3a, so that no bending moment acts on the contact tab 3a during the displacement and in the displaced state.
En la figura 4 se puede ver que no se genera una presión superficial X en ninguna posición, sino sólo fuerzas de corte que, sin embargo, no tienen ninguna influencia negativa en la precisión de la medición.In figure 4 it can be seen that a surface pressure X is not generated at any position, but only shear forces which, however, do not have any negative influence on the precision of the measurement.
La figura 5 muestra las lengüetas de resorte elásticas 4 que presentan una ranura longitudinal 5, de manera que los extremos de las lengüetas de resorte y las secciones convexas ya estén divididos en dos. Esta estructura de conector permite que, al desplazar las lengüetas de resorte elásticas, también se puedan evitar en gran medida los momentos de flexión muy reducidos que podrían producirse como consecuencia de las tolerancias de fabricación, con lo que se mejora aún más la estabilidad a largo plazo de la estructura de conector. Figure 5 shows the elastic spring tabs 4 having a longitudinal groove 5, so that the ends of the spring tabs and the convex sections are already divided in two. This connector structure allows that, when displacing the elastic spring tabs, the very low bending moments that could occur as a result of manufacturing tolerances can also be largely avoided, further improving long-term stability. term of the connector structure.
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