WO2016180394A1 - Steckverbinderkonstruktion für elektronische leiterplatten - Google Patents

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Joachim WOLLBECK
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Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh
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    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/26—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for engaging or disengaging the two parts of a coupling device

Definitions

  • the invention relates to a connector construction for electronic circuit boards and more particularly to a connector construction which can be used in automobile and aircraft construction.
  • Temperature measurement with a thermocouple utilizes the effect of charge separation along an electrical conductor over a temperature gradient.
  • the size of the charge separation is material-dependent.
  • thermo-voltage an analog-to-digital converter
  • thermoelectric cable - z. B. NiCr and Ni on a same conductor material, for. B. transferred to Cu At the comparison measuring point, the different materials of the thermoelectric cable - z. B. NiCr and Ni on a same conductor material, for. B. transferred to Cu.
  • the temperature of the reference junction is measured via a temperature sensor and fed as a signal to the analog-to-digital converter. The evaluation of the digitized data makes it possible to deduce the temperature of the measuring point.
  • the socket element of such a connector is mechanically and electrically connected to the circuit board by means of push-through pins according to the prior art.
  • a connection is not sufficiently long-term stability and especially filigree connectors do not guarantee the theoretically expected accuracy, especially if the connector is often opened and closed.
  • the object of the invention was to increase the measurement accuracy and long-term stability by improving such a connector and in particular to ensure a long-term stable temperature measurement.
  • an insulation plate on which at least on one side a metal layer is firmly applied, at least one flat contact element with two end portions, wherein the first end portion is formed as a fastening portion which is connected by means of an electrically conductive bonding material with the metal layer.
  • the second end portion is formed as a rigid contact tongue which projects beyond the edge of the insulation plate.
  • a, with a cable connected Aufsteckü is provided for attachment to the contact tongue, wherein the Aufsteckü has at least two elastic spring tongues which are bent at their end portions so that they face with their convex sides and in the assembled state, the rigid contact tongue Contact on both sides under a mechanical preload. Both spring tongues have the same spring characteristic.
  • a mechanical guide is provided which allows the bent spring tongues are precisely centered on the rigid contact tongue pushed. When pushed on and pushed over, no bending moment acts on the contact tongue, since the mechanical guidance prevents jamming or an asymmetrical position. Thus, the tall Anlagen only shear forces, cause no negative material changes due to the large-area junction.
  • the elastic spring tongues on at least one longitudinal slot, so that the ends of the spring tongues are divided into two.
  • the attachment portion of the contact element mounted on the printed circuit board is connected to the metal layer by means of an SMD connection.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a connector for a thermocouple connector according to the prior art.
  • Fig. 2 shows another embodiment of a connector for a
  • Fig. 3 shows the embodiment of FIG. 2 in side view.
  • Fig. 4 shows an improved embodiment of a connector for a thermocouple connector.
  • Fig. 5 shows a further improved embodiment of a connector for a thermocouple connector.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a connector for a thermocouple connector according to the prior art, wherein a female member 2 is fixed in the bore of a printed circuit board 1 by a soldering point.
  • the opposite second socket element is not shown.
  • the spring-trained socket element 2 is deformed according to the curved double arrow, as well as the overlying, but not drawn socket element.
  • a so-called surface pressure arises at the lower bushing element 2, which can lead to a change in the material structure, which influences the measurement results.
  • Fig. 2 shows a somewhat improved embodiment of a connector for a thermal connector, wherein the lower sleeve member 2 is soldered to the circuit board 1 over a large area. Nevertheless, the effect of the surface pressure in the region X is present here as well, and thus also the disadvantageous effects described in FIG.
  • FIG. 3 shows the embodiment of FIG. 2 in side view.
  • X again shows the undesired surface pressure at the edge of the PCB.
  • the small opposing arrows show shear forces caused by the frictional force between the male member 3 and the female member 2.
  • a flat contact element 3 is electrically conductively attached on the insulating plate 1 with the metal layer 1a.
  • the rigid contact tongue 3 a protrudes beyond the edge of the insulation plate 1.
  • the attachable unit connected to the cable with two elastic spring tongues 4 for attachment to the rigid contact tongue 3a is provided with a mechanical guide, which is symbolized here only by the two thick arrows.
  • the two elastic spring tongues 4 are bent at their end portions, so that they face each other with their convex sides and contact the rigid contact tongue 3a in the assembled state by means of a mechanical bias on both sides. It is important to mention that the two elastic spring tongues have the same spring characteristic.
  • the precise mechanical guidance allows the convex portions of the elastic spring tongues are pushed centered on the rigid contact tongue 3a, so that when pushed and pushed on the contact tongue 3a no bending moment acts.
  • Fig. 5 shows elastic spring tongues 4, which have a longitudinal slot 5, so that the ends of the spring tongues and already the convex portions are divided into two.
  • This connector design allows that when sliding the elastic spring tongues and very low bending moments, which could occur due to manufacturing tolerances, are largely avoided, thereby improving the long-term stability of the connector construction even further.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderkonstruktion für Leiterplatten mit hoher Langzeitstabilität bei sehr präzisen Messungen. Diese Aufgabe wurde mit einer Steckverbinderkonstruktion mit nachfolgenden Merkmalen gelöst: einer Isolationsplatte, auf der wenigstens auf einer Seite eine Metallschicht fest aufgebracht ist, wenigstens einem flachen Kontaktelement mit zwei Endabschnitten, wobei der erste Endabschnitt als Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, der mittels einem elektrisch leitenden Verbindungsmaterial mit der Metallschicht verbunden ist. Der zweite Endabschnitt ist als starre Kontaktzunge ausgebildet, die über den Rand der Isolationsplatte übersteht. Als Gegenstück ist eine, mit einem Kabel verbundene Aufsteckeinheit zum Aufstecken auf die Kontaktzunge vorgesehen ist, wobei die Aufsteckeinheit wenigsten zwei elastische Federzungen aufweist, die an ihren Endabschnitte gebogen sind, so dass sie sich mit ihren konvexen Seiten gegenüberstehen und im zusammengesteckten Zustand die starre Kontaktzunge unter einer mechanischen Vorspannung beidseitig kontaktieren. Beide Federzungen weisen die gleiche Federkennlinie auf. Weiterhin ist eine mechanische Führung vorgesehen die ermöglicht, dass die gebogenen Federzungen zentriert auf die Kontaktzunge schiebbar sind.

Description

Steckverbinderkonstruktion für elektronische Leiterplatten
Die Erfindung betrifft eine Steckverbinderkonstruktion für elektronische Leiterplatten und insbesondere eine Steckverbinderkonstruktion, die im Automobil und Flugzeugbau einsetzbar ist.
Auch im Automobilbau werden zukünftig zunehmend drive by wire-Systeme eingesetzt. Es ist bekannt, dass an diese Systeme, die die Lenkung und Bremsen betätigen, sehr hohe Anforderungen bezüglich der Zuverlässigkeit gestellt werden. Diese hohe Zuverlässigkeit ist durch mehrfache Redundanz erreichbar. Andererseits wird im Fahrzeugbau, mehr aber noch im Flugzeugbau eine Leichtbauweise angestrebt. Es ist also zur Gewichts- und Kostenersparnis prinzipiell vorteilhaft, möglichst wenig redundante Systeme einzusetzen. Daher müssen solche Systeme Bauteile mit einer hohen Zuverlässigkeit verwendet werden.
Steckverbinderkonstruktionen, die für Messungen mittels Thermoelemente benötigt werden, sind besonders störempfindlich. Bei der Temperaturmessung mit einem Thermoelement wird der Effekt der Ladungstrennung entlang eines elektrischen Leiters über einen Temperaturgradienten genutzt. Die Größe der Ladungstrennung ist materialabhäng. Über den Vergleich der Größe der Ladungstrennung zweier unterschiedlicher Materialien bei bekannter Temperatur des jeweils einen Leiterendes, der Vergleichsmessstelle, lässt sich auf die Temperatur des jeweils anderen Leiterendes, der Messstelle, schließen. Die Leiterenden der Messstelle werden dazu galvanisch verbunden.
Bei dieser Messung wird ein Analog-Digital-Umsetzer verwendet, der die elektrische Spannung an den Kontakten der Vergleichsstelle erfasst, nachfolgend als Thermos- pannung bezeichnet. An der Vergleichsmessstelle werden die unterschiedlichen Ma- terialien der Thermoleitung - z. B. NiCr und Ni auf ein gleiches Leitermaterial, z. B. Cu überführt. Über einen Temperatursensor wird die Temperatur der Vergleichsstelle gemessen und als Signal dem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt. Über die Auswertung der digitalisierten Daten lässt sich auf die Temperatur der Messstelle schließen.
Das Buchsenelement einer solchen Steckverbindung wird gemäß dem Stand der Technik mittels Durchsteckpins durch Verlöten mechanisch und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine solche Verbindung nicht ausreichend langzeitstabil ist und insbesondere filigrane Steckverbinder nicht die theoretisch zu erwartende Messgenauigkeit gewährleisten, besonders dann, wenn die Steckverbindung häufig geöffnet und geschlossen wird.
Somit bestand die Aufgabe der Erfindung darin, die Messgenauigkeit und Langzeitstabilität durch die Verbesserung einer derartigen Steckverbindung zu erhöhen und insbesondere eine langzeitstabile Temperaturmessung zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wurde mit einer Steckverbinderkonstruktion mit nachfolgenden
Merkmalen gelöst: einer Isolationsplatte, auf der wenigstens auf einer Seite eine Metallschicht fest aufgebracht ist, wenigstens einem flachen Kontaktelement mit zwei Endabschnitten, wobei der erste Endabschnitt als Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, der mittels einem elektrisch leitenden Verbindungsmaterial mit der Metallschicht verbunden ist. Der zweite Endabschnitt ist als starre Kontaktzunge ausgebildet, die über den Rand der Isolationsplatte übersteht. Als Gegenstück ist eine, mit einem Kabel verbundene Aufsteckeinheit zum Aufstecken auf die Kontaktzunge vorgesehen ist, wobei die Aufsteckeinheit wenigsten zwei elastische Federzungen aufweist, die an ihren Endabschnitte gebogen sind, so dass sie sich mit ihren konvexen Seiten gegenüberstehen und im zusammengesteckten Zustand die starre Kontaktzunge unter einer mechanischen Vorspannung beidseitig kontaktieren. Beide Federzungen weisen die gleiche Federkennlinie auf. Weiterhin ist eine mechanische Führung vorgesehen die ermöglicht, dass die gebogenen Federzungen genau zentriert auf die starre Kontaktzunge schiebbar sind. Beim Aufschieben und im aufgeschobenen Zustand wirkt auf die Kontaktzunge kein Biegemoment, da die mechanische Führung, ein Verkanten oder eine unsymmetrische Lage verhindert. Somit wirken auf die Me- tallschicht lediglich Scherkräfte, auf Grund der großflächigen Verbindungsstelle keine negativen Materialveränderungen bewirken.
Nach Anspruch 2 weisen die elastischen Federzungen wenigstens einen Längsschlitz auf, so dass die Enden der Federzungen zweigeteilt sind. Diese Weiterbildung der Steckverbinderkonstruktion ermöglicht, dass beim Aufschieben der elastischen Federzungen auch sehr geringe Biegemomente, die durch Fertigungstoleranzen auftreten könnten, weitgehend vermieden werden, wodurch sich die Langzeitstabilität der Steckverbinderkonstruktion noch weiter verbessert.
Nach Anspruch 3 ist der Befestigungsabschnitt des auf der Leiterplatte befestigten Kontaktelements mittels einer SMD-Verbindung mit der Metallschicht verbunden. Mit dieser Konstruktion ist es möglich, die bewährte SMD-Verbindungstechnik, die jedoch äußerst empfindlich gegenüber mechanische Biegespannungen ist, vorteilhaft als langzeitstabile Steckverbindung zu nutzen, ohne dass auch bei hochgenauen Messungen zu große Messfehler auftreten.
Die Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Steckverbindung für einen Thermoelementstecker nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Steckverbindung für einen
Thermoelementstecker nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 in der Seitenansicht.
Fig. 4 zeigt eine verbesserte Ausführungsform einer Steckverbindung für einen Thermoelementstecker.
Fig. 5 zeigt eine weitere verbesserte Ausführungsform einer Steckverbindung für einen Thermoelementstecker. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Steckverbindung für einen Thermoelementstecker nach dem Stand der Technik, wobei ein Buchsenelement 2 in der Bohrung einer Leiterplatte 1 durch einen Lötpunkt befestigt ist. Zur besseren Verständlichkeit ist in der Fig. 1 das gegenüberliegende zweite Buchsenelement nicht eingezeichnet. Beim Einstecken und Ausstecken des Steckerelements 3 gemäß dem geraden Doppelpfeil wird das federnd ausgebildete Buchsenelement 2 gemäß dem gebogenen Doppelpfeil deformiert, ebenso das darüber liegende, aber nicht gezeichnete Buchsenelement. An der mit X bezeichneten Stelle entsteht bei dem unteren Buchsenelement 2 eine sogenannte Flächenpressung, die zur Veränderung der Materialstruktur führen kann, die die Messergebnisse beeinflusst.
Die Fig. 2 zeigt eine etwas verbesserte Ausführungsform einer Steckverbindung für einen Thermostecker, wobei das untere Buchsenelement 2 auf der Leiterplatte 1 großflächig aufgelötet ist. Trotzdem ist auch hier der Effekt der Flächenpressung im Bereich X vorhanden und damit auch die in Fig. 1 beschriebenen nachteiligen Effekte.
Die Fig. 3 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 in der Seitenansicht. Mit X ist wieder die unerwünschte Flächenpressung an der Leiterplattenkante gezeigt. Die kleinen gegenüberliegenden Pfeile zeigen Scherkräfte, die durch die Reibkraft zwischen dem Steckerelement 3 und dem Buchsenelement 2 entstehen.
Die Figur 4 zeigt die Steckverbinderkonstruktion nach Anspruch 1. Auf der Isolationsplatte 1 mit der Metallschicht 1a ist ein flaches Kontaktelement 3 elektrisch leitend befestigt. Die starre Kontaktzunge 3a steht über den Rand der Isolationsplatte 1 hinaus. Die mit dem Kabel verbundene Aufsteckeinheit mit zwei elastischen Federzungen 4 zum Aufstecken auf die starre Kontaktzunge 3a ist mit einer mechanischen Führung versehen, die hier lediglich durch die beiden dicken Pfeile symbolisiert ist. Die zwei elastische Federzungen 4 sind an ihren Endabschnitte gebogen, so dass sie sich mit ihren konvexen Seiten gegenüberstehen und im zusammengesteckten Zustand die starre Kontaktzunge 3a mittels einer mechanischen Vorspannung beidseitig kontaktieren. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die beiden elastischen Federzungen die gleiche Federkennlinie aufweisen. Die präzise mechanische Führung er- möglicht, dass die konvexen Abschnitte der elastischen Federzungen zentriert über die starre Kontaktzunge 3a geschoben werden, sodass beim Aufschieben und im aufgeschobenen Zustand auf die Kontaktzunge 3a kein Biegemoment wirkt.
Aus der Fig. 4 ist erkennbar, dass es in keiner Position eine Flächenpressung X gibt, sondern nur Scherkräfte, die aber keinen negativen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben.
Die Fig. 5 zeigt elastischen Federzungen 4, die einen Längsschlitz 5 aufweisen, so dass die Enden der Federzungen und bereits die konvexen Abschnitte zweigeteilt sind. Diese Steckverbinderkonstruktion ermöglicht, dass beim Aufschieben der elastischen Federzungen auch sehr geringe Biegemomente, die durch Fertigungstoleranzen auftreten könnten, weitgehend vermieden werden, wodurch sich die Langzeitstabilität der Steckverbinderkonstruktion noch weiter verbessert.

Claims

Ansprüche
1. Steckverbinderkonstruktion mit nachfolgenden Merkmalen:
- einer Isolationsplatte (1 ), auf der wenigstens auf einer Seite eine Metallschicht (1 a) fest aufgebracht ist,
- wenigstens einem flachen Kontaktelement (3) mit zwei Endabschnitten, wobei
- der erste Endabschnitt als Befestigungsabschnitt (3b) ausgebildet ist und mittels einem elektrisch leitenden Verbindungsmaterial mit der Metallschicht (1a) verbunden ist und
- der zweite Endabschnitt als starre Kontaktzunge (3a) ausgebildet ist und über den Rand der Isolationsplatte (1 ) übersteht,
- eine, mit einem Kabel verbundene Aufsteckeinheit zum Aufstecken auf die Kontaktzunge (3a) vorgesehen ist, wobei die Aufsteckeinheit wenigsten zwei elastische Federzungen (4, 4) aufweist, die an ihren Endabschnitte gebogen sind, so dass sie sich mit ihren konvexen Seiten gegenüberstehen und im zusammengesteckten Zustand die starre Kontaktzunge (3a) unter mechanischen Vorspannung beidseitig kontaktieren, wobei die elastischen Federzungen die gleiche Federkennlinie aufweisen,
- eine mechanische Führung die ausgebildet ist, die konvexen Seiten der elastischen Federzungen (4, 4) zentriert über die starre Kontaktzunge (3a) zu schieben, sodass beim Aufschieben und im aufgeschobenen Zustand auf die Kontaktzunge (3a) kein Biegemoment an der Befestigungsstelle (X) wirkt.
2. Steckverbinderkonstruktion nach Anspruch 1 , wobei die elastischen Federzungen wenigstens einen Längsschlitz (2a) aufweisen, so dass die Enden der Federzungen zweigeteilt sind.
3. Steckverbinderkonstruktion nach Anspruch 1 , wobei der Befestigungsabschnitt (3b) mittels einer SMD-Verbindung auf der Metallschicht 1a befestigt ist.
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