WO2024115476A1 - Steckverbinder und kontaktanordnung - Google Patents

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WO2024115476A1
WO2024115476A1 PCT/EP2023/083345 EP2023083345W WO2024115476A1 WO 2024115476 A1 WO2024115476 A1 WO 2024115476A1 EP 2023083345 W EP2023083345 W EP 2023083345W WO 2024115476 A1 WO2024115476 A1 WO 2024115476A1
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circuit carrier
connector
centering
centering element
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Abdessamad El Ouardi
Wilhelm Hermann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a connector and a contact arrangement between the connector and a circuit carrier according to the preambles of the independent claims.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the entire circuit board or parts of the electronic device are surrounded by an EMC-tight casing.
  • This EMC sealing function is essentially implemented by a metal housing.
  • a connector in the housing is provided as an external connection for the electronic device.
  • the housing must be opened in this area so that the connector can be inserted in order to then enable a connection to the electronics shielded in the housing.
  • Known connectors including multi-pin male connectors, have a centering element for the correct positioning relative to the circuit carrier to be electrically contacted, which engages in a corresponding recess in the circuit carrier.
  • Many connectors are designed for insulation purposes as a plastic injection molded part, in which the centering element is molded onto a connector body made of electrically insulating plastic.
  • the engagement area of the centering element in the recess of the Circuit carriers represent an EMC weak point.
  • Recesses in the circuit carrier that are larger than 1 mm, for example with a hole depth of 1.6 mm, allow incoming and outgoing electromagnetic waves to pass through the recess. This type of design can therefore cause EMC problems in the electronic device itself or in other electronic devices.
  • FIG. 1 such a vulnerable version of an electronic device 200' is shown schematically, in which EMC reaches its limits with increasing requirements with the aforementioned EMC weak point.
  • the electronic device 200' comprises a metallic housing 210, for example a multi-part housing 210, in which a circuit carrier 10 with an electrical circuit 20 (not shown) designed according to the application is accommodated.
  • a part of the circuit carrier protrudes from the housing 210 such that a carrier side 15 of the circuit carrier 10 is still substantially or completely covered by the housing 210.
  • the circuit carrier 10 is only covered over a first area 16a.
  • the remaining area 16b of the carrier side 16, on the other hand, is free for the arrangement of the connector 100'.
  • a centering element 111' formed on a connector body 110 of the connector 100' engages, in particular with a precise fit, in a corresponding recess 11 in the remaining area of the circuit carrier 10.
  • the housing 210 is electrically connected to the circuit carrier 10 in the remaining area 16b from both carrier sides 15, 16 by means of an otherwise known EMC seal 220.
  • the circuit carrier 10 In the connection area A, B with the EMC seal 220, the circuit carrier 10 has a ground line 14. This is continued in the remaining area 16b of the circuit carrier 10, for example through an inner layer, and thus connects the respective connection areas A, B with the EMC seal 220 in an electrically conductive manner via an actually closed metal layer.
  • the closed metal layer 14 thus bridges the missing coverage by the housing 210 in the remaining area 16b of the circuit carrier.
  • the metal layer in the Area of the recess 11 opened for inserting the centering element 111' of the connector 100'.
  • the invention is based on the object of increasing the EMC for electronic devices in the area of connectors.
  • the starting point is a plug connector for connection to a circuit carrier, comprising at least one electrically insulating plug body, in which a plurality of conductor wires spaced apart in a pattern arrangement form a plug contact pattern for a mating plug with one end and a connection contact pattern for corresponding contact points of the circuit carrier with their opposite end.
  • the plug body comprises at least one centering element, which is designed to position the circuit carrier and/or an assembly tool relative to the plug body by means of a positive connection when the plug connector is connected to a circuit carrier.
  • the centering element has a radially closed electrically conductive, in particular metallic, layer as a positioning surface at least around its centering axis.
  • the positioning surface is used to position the centering element in the inserted state in a corresponding recess in the circuit carrier.
  • the surface profile of the positioning surface is, for example, the outer surface of a cylinder, a cuboid or something else.
  • the layer is continued outside the positioning surface or another electrically conductive layer is connected to the layer.
  • the specific design of the layer or the two layers is then such that in each radial section through the centering axis of the centering element, cutting edges in the area of the positioning surface on both sides of the centering axis are continuously bridged by the layer or the other layer.
  • the centering axis also corresponds to a joining axis, i.e. the direction in which the centering element is inserted into the corresponding recess in the circuit carrier. Apart from tolerances, the centering axis, the joining axis and a center axis of the recess overlap.
  • the previous EMC gap which otherwise exists due to the centering element of the connector and the recess in the circuit carrier, can now be advantageously closed.
  • the centering element itself ensures that, through the described design of one layer or of one and the other layer, a design that is otherwise at risk of EMC, such as the one shown in Fig. 1, can now also be formed in the area of the centering element or the corresponding recess with a closing electrically conductive, in particular metallic layer.
  • This means that existing designs that are otherwise at risk of EMC can continue to be used for increased EMC requirements with almost no changes. In this way, development and investment costs for new generations of electronic devices with increased EMC requirements can be kept low and, for example, new functionalities can be implemented using high data bandwidths to be transmitted.
  • the positioning and/or alignment plate now comprises at least one centering relement which is designed to position the circuit carrier and/or an assembly tool relative to the positioning and alignment plate by means of a positive connection when the plug connector is connected to a circuit carrier.
  • the centering element itself is in turn designed as in the first embodiment described.
  • the centering element therefore has a radially closed electrically conductive, in particular metallic, layer as a positioning surface at least around its centering axis.
  • the layer is continued or a further electrically conductive layer is connected to the layer. This is done in such a way that in each radial section through the centering axis, cutting edges in the region of the positioning surface on both sides of the centering axis are continuously bridged by the layer or the further layer.
  • the positioning and/or alignment plate is mechanically connected to the plug body, for example by means of a snap-in connection, a clamp connection, a plug connection or by means of other types of detachable or non-detachable connections.
  • a very advantageous embodiment of the plug connector is that the centering element is a press-in pin or a soldering pin and the centering axis is oriented parallel to the line wires on the side of the connection contact scheme. With the same joining direction, both the centering element and the line wires can be inserted into corresponding recesses in the circuit carrier at the same time.
  • the advantage of a press-in pin is that a mechanically strong and at the same time gas-tight, and thus completely enclosing, connection is created as soon as it is inserted.
  • the line wires on the side of the connection contact scheme can also have a press-in zone at the end, so that the positioning of the connector and its mechanical and electrical connection to the circuit carrier is carried out using the same connection technology.
  • the centering element is inserted into the corresponding recess in the
  • the circuit carrier is mechanically connected to it using a solder.
  • the solder ensures that any gaps between the centering element and the recess are completely closed.
  • the conductor wires can be designed as solder pins at the end, so that both these and the centering element are connected to the circuit carrier during a soldering process.
  • a useful embodiment of the plug connector can be formed by the centering element having a tapered insertion area at its free end for insertion into a corresponding recess in the circuit carrier, whereby the insertion area protrudes further from the connector in the direction of the centering axis than the ends of the conductor wires on the side of the connection contact diagram.
  • the centering element runs ahead of the conductor wires and first engages in its corresponding recess. This means that the conductor wires are immediately correctly aligned in their position in relation to the circuit carrier even before they engage with it. As the joining process continues, the conductor wires then also engage accurately in their corresponding recesses in the circuit carrier in an axis-centered manner.
  • the tapered insertion area can, for example, be conical, in particular as a cone or truncated cone. This makes threading at the start of a joining process much easier.
  • the connector has at least two centering elements, wherein the conductor wires are arranged between the two centering elements in a plan view in the direction of the centering axes.
  • the positioning of the connector in a plane position perpendicular to the centering axis can be carried out very precisely, so that a joining process can be carried out reliably, in particular for the conductor wires.
  • a favorable embodiment of the connector is obtained when the centering element is made entirely from one layer. This means that the centering element is kept very simple and can be manufactured, for example, from a tube material using common manufacturing processes.
  • a layer material Metals with higher electrical conductivity, such as copper or a copper alloy, are generally suitable as shielding material.
  • the centering element has a core made of the further layer, wherein at least in the area of the positioning surface the one layer is applied to the further layer as a solderable and/or press-in-favorable layer.
  • the one layer is then selected such that it has particularly advantageous properties that ensure optimal results for a press-in process or a soldering process.
  • a suitable press-in zone and a suitable layer material must be selected. Examples of possible layer materials are BuSn6, CuNiSi.
  • the centering element is formed as a sheet metal part, in particular as a stamped sheet metal part.
  • Sheet metal parts can be made in a wide variety of ways and at low cost, so that geometric designs can be implemented in a wide range of applications. There is a great deal of experience in forming sheet metal parts as press-in elements or soldering elements, so that an application is not associated with any particular risks on the process and/or product side. Press-in zones can be produced with geometric precision in sheet metal parts to form a press-in element using simple stamping processes.
  • the centering element has an electrically insulating material of the connector via a centering axis section, for example from the connector body or from the positioning and alignment plate, wherein at least in the region of the positioning surface, one layer is applied as a solderable and/or press-in-favorable layer and outside the positioning surface, at least in some areas, the one layer or the further layer is applied to the electrically insulating material.
  • a basic design of the centering element can advantageously be formed in one piece with the connector body or with the positioning and/or alignment plate, in particular in the form of a plastic injection molded part. The centering element can thus be integrated very flexibly and easily in the manufacturing process of the connector.
  • the centering element is designed as an insert which is at least partially overmolded with an electrically insulating material of the connector outside the positioning surface.
  • the centering element is designed as an insert which is at least partially overmolded with an electrically insulating material of the connector outside the positioning surface.
  • it is preferably inserted into the corresponding injection molding tool part during the manufacturing process of the connector and overmolded by the electrically insulating plastic provided when it is injected.
  • this can be pierced at the appropriate point in a molded plastic injection molded part of the connector.
  • the previously described embodiments of the connector are suitable for electronic devices in which the connector comprises at least one conductor wire as a data line for data transmission in the Gbit/s range. It is precisely for such applications that higher EMC requirements apply, which can now be advantageously met.
  • the invention also leads to a contact arrangement of a circuit carrier with a plug connector according to at least one of the previously described embodiments.
  • the conductor wires on the contact connection diagram side are electrically connected to the circuit carrier, for example by means of a press-in contact or a solder contact.
  • the at least one centering element is introduced in the direction of its centering axis up to within the area of its positioning surface in a corresponding, in particular metallized, recess in the circuit carrier. In this way, the otherwise known EMC gap in the area of the centering element or the recess can be closed.
  • connection of the centering element in the recess is achieved by the fact that the centering element is pressed in.
  • the centering element is designed as a press-in element and comprises at least one press-in zone for pressing into the recess of the circuit carrier.
  • the centering element is relement is soldered to the circuit carrier in the area of the recess to form a solder contact.
  • connection of the conductor wires and the connection of the at least one centering element are made using the same connection technology, for example by forming a press-in contact or a solder contact. This simplifies the manufacture of the connector.
  • a preferred embodiment of the contact arrangement is provided in that the circuit carrier has at least one metal layer which at least indirectly encloses the positioning surface of the centering element in an electrically contacting manner.
  • the EMC shielding locally limited to the recess by the centering element is thus continued over a circuit carrier surface surrounding the recess.
  • the at least one metal layer can in turn be electrically connected to a further EMC shield, as has already been described for the embodiment according to Fig. 1, for example.
  • the at least one metal layer can thus bridge a partial shielding by the centering element and a further partial shielding, for example by a housing, in such a way that a circuit carrier comprising the contact arrangement is enclosed by a complete EMC shield, including in the area of the connector.
  • Fig. 1 a schematic representation of an exemplary electrical device according to the prior art with a circuit carrier and with an EMC gap in the area of a recess in the circuit carrier engaged by a centering element of a connector
  • Fig. 2a a perspective view of a known connector comprising a connector body and a positioning and/or alignment plate connected to the connector body
  • Fig. 2b a side view of the contact connection diagram of an exemplary connector as part of a contact arrangement with at least one circuit carrier
  • Fig. 2c a side view of the contact connection diagram of another exemplary connector in a contact arrangement with at least one circuit carrier
  • Fig. 3a a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c through a centering axis of the centering element of the connector,
  • Fig. 3b a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector
  • Fig. 3c a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector
  • Fig. 3d a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector
  • Fig. 3e a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector
  • Fig. 3f a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector
  • Fig. 3g a schematic sectional view of a section of the contact arrangement from Fig. 2b or 2c of another exemplary connector.
  • Fig. 2a shows a known embodiment of a plug connector 100'.
  • the plug connector 100' has a plug body 110 made of an electrically insulating plastic.
  • the plug body 110 is penetrated by a plurality of conductor wires 120 spaced apart in a pattern arrangement, so that a respective end protrudes on two sides of the plug body 110.
  • a perspective view is shown from the side of a connection contact diagram S2 of the plug connector 100', so that one end of the respective conductor wires 120 is visible, which can be contacted with a corresponding contact point 12 of a circuit carrier 10.
  • the line wires 120 form a plug contact pattern for a contactable mating plug.
  • the correct spacing of the line wires 120 on the connection side S2 from one another is ensured by a positioning and/or alignment plate 130' made of an insulating plastic.
  • This has a plate-like base body 131 in which continuous feedthroughs corresponding to the connection contact pattern are formed. By threading them from the connection side S2, all the line wires 120 are held in the correct position relative to one another and in the direction of the circuit carrier 10 to be contacted.
  • the positioning and/or alignment plate 130' is connected to the plug body 110, for example by a snap connection or a plug connection. This maintains a relative arrangement to the plug body 110.
  • a centering element 111' is formed in one piece on opposite end areas of the positioning and/or alignment plate 130' on the side of the contact connection diagram S2.
  • the positioning and/or alignment plate 130' or thus the plug connector 100' as such can be positioned relative to a circuit carrier 10 to be connected. and/or an assembly tool.
  • the position positioning is achieved, for example, by a positive connection with the centering elements 111 '.
  • the centering elements 111 ' have positioning surfaces for this purpose, which are designed, for example, as cylinder jacket surfaces and to which walls can be referenced by corresponding recesses.
  • Fig. 2b shows a schematic view with a vertical view of the connection side S2 of a plug connector 100 according to the invention. Also shown is a positioning and/or alignment plate 130, similar to that already known from Fig. 2a.
  • the plug connector 100 is part of a contact arrangement 150.
  • the contact arrangement 150 also comprises at least one circuit carrier 10 with which the plug connector 100 is electrically contacted.
  • the contact arrangement 150 is accommodated in a housing 210, for example in the manner already shown in Fig. 1. In this way, an electronic device 200 is then present with an increased EMC compared to an embodiment according to Fig. 1.
  • the circuit carrier 10 Corresponding to the contact connection diagram of the plug connector 100, the circuit carrier 10 has correspondingly complementary contact points 12, for example in the form of particularly metallized recesses 11.
  • All of the conductor wires 120 on the connection side S2 are electrically connected to the complementary contact points 12. This can be done, for example, by means of a solder contact 121.
  • the end of the conductor wire 120 is then designed as a solder pin, which penetrates the metallized recess 11 and is connected to the metallization in the area of the recess 11 using a solder material.
  • the end of each conductor wire 120 has a press-in zone, which - pressed into the metallic recess 11, which has a correspondingly adapted diameter - forms a press-in contact 122.
  • the centering elements 111 formed on the positioning and/or alignment plate 130 are inserted into a complementary recess 11 in the circuit carrier 10, even before the conductor wires 120 on the connection side S2 can engage in the corresponding contact points 12.
  • the centering axis F1 of the centering elements 111 and the joining axis F2 of the conductor wires 120 are designed to be parallel to the axis.
  • the free ends of the respective centering element 111 have a tapered insertion area, for example conical or rounded.
  • the conductor wires 120 are arranged between the two centering elements 111.
  • individual or multiple conductor wires 120 can also be arranged on the other side of one or both centering elements 111 than is shown in Fig. 2b.
  • FIG. 2c an alternative embodiment of the connector 100 within a contact arrangement 150 or an electronic device 200 is shown.
  • the centering elements 111 are now arranged on the plug body 110 and protrude from it in the direction of the circuit carrier 10.
  • the embodiment can also be designed without a positioning and/or alignment plate 130.
  • a variant of the connector 100 is also conceivable which has at least one centering element 111 both on the plug body 110 and on a comprehensive positioning and/or alignment plate 130.
  • Fig. 3a shows a schematically reduced section of Fig. 2b or Fig. 2c with a section through a centering element 111.
  • the centering element 111 is designed as a press-in pin 111a with a press-in zone formed at the end.
  • the press-in pin 111a is accommodated within the corresponding recess 11 of the circuit carrier 10 in such a way that the press-in zone is pressed by it to form a particularly gas-tight press-in contact 112a.
  • the press-in contact 112a determines the position of the connector 100 relative to the circuit carrier 10.
  • the press-in pin 111a is designed in particular as a sheet metal part, alternatively from a round semi-finished product, for example a round material.
  • the press-in zone can be present, for example, as an embossed formation.
  • the press-in pin 111a is formed from exactly one layer material 116, for example from copper or a copper alloy.
  • a coating layer 115 can be applied, for example a tin (Sn) or tin-silver coating (SnAg), particularly in the area of the press-fitting zone.
  • the coating layer 115 has material properties that promote press-fitting.
  • the corresponding recess 11 within the circuit carrier 10 has, in particular, a metallization 11 a, which allows for a favorable press material pairing.
  • Fig. 3b shows an embodiment of the connector 100 in which the centering element 111, in contrast to the embodiment according to Fig. 3a, is in the form of a soldering pin 111b and a soldering contact 112b is therefore formed with the aid of a soldering agent.
  • an additional coating layer 115 can be provided, which then has material properties that promote soldering, for example tin (Sn).
  • the coating layer 115 is provided in particular in the soldering area.
  • the centering element 111 can be partially molded as an insert part - in particular outside the positioning surface - by an electrically insulating material of the plug body 110 or the positioning and/or alignment plate 130.
  • Fig. 3c shows a further embodiment of a plug connector 100.
  • the centering element 111 has a core made of an electrically insulating material of the plug body 110 or the positioning and/or alignment plate 130, at least via a centering section.
  • An application layer 115 is then arranged at least in the region of the positioning surface, which has a material property that is suitable for soldering and/or for press-fitting. Outside the positioning surface, where such material properties are not required, an application layer 116 made of a different material can also be arranged on the electrically insulating material. However, the application layer 115 can also be continued there, for example due to the process.
  • Fig. 3d - 3g show modifications of the embodiment according to Fig. 3c.
  • the embodiment shown in Fig. 3d has a conical centering element 111.
  • the initial gap between the centering element 111 and the cylindrical inner wall of the recess 11 - see left illustration. As the insertion progresses, this gap becomes smaller and smaller.
  • a metallization 11a of the recess 11 which continues on the carrier side 15, 16, rests on a collar 115.a surrounding the centering element 111.
  • the coating layer 115, 116 formed on the centering element 111 is seamlessly continued over the circumferential collar 115.a.
  • the coating layer 115, 116 of the centering element 111 and the metallization 11a of the recess 11 are in electrically conductive contact with one another in a contact line or contact surface that is also formed in a closed circumferential manner. In the end position, a fit can be formed between the recess 11, 11a and the centering element 111.
  • the design shown in Fig. 3e differs from the design shown in Fig. 3d only in that the centering element 111 is designed to be flexible, for example by means of a slot running through the front of the centering element 111, whereby two flexible conical legs 111.1, 111.2 are formed.
  • the illustration on the right shows an end position of the centering element 111, in which the conical legs 111.1, 111.2 are deformed to the maximum stop relative to one another.
  • the conical legs 111.1, 111.2 are deformed to an ever greater extent as they are inserted through the inner wall of the recess 11.
  • the flexible deformation promotes a clamping fit between the centering element 111 and the recess 11.
  • Fig. 3f shows the embodiment according to Fig. 3e, whereby, in contrast, at the free end of the centering element 111 on both cone legs 111 .1 , 111 .2 there are formed locking lugs 111 .11, 111 .22 which are shaped in such a way that, in an end position, they support the carrier facing away from the connector 100. ger side 15. The centering element 111 is thus secured or fixed against unintentional movement against the joining direction.
  • the embodiment according to Fig. 3g differs again from the previously described embodiment in that no actual coating layer 115, 116 is formed on the centering element 111. Instead, at least the centering element 111 itself, together with the circumferential collar 115.a, is formed from a polymer material containing meta II particles. This can be achieved, for example, using a 2-component injection molding process, whereby the plug body 110 is still made from an insulating polymer material. On the positioning surface of the centering element 111, some of the metal particles then form a type of “holey” coating layer 115, 116. With regard to EMC, however, the metal particles distributed inside the centering element 111 also have an indirect effect such that, in terms of EMC, a type of continuous coating layer 115, 115 is simulated in the sum of all the metal particles.
  • the centering element 111 has a radially closed electrically conductive, in particular metallic, layer as a positioning surface at least around its centering axis F1, which, in conjunction with the corresponding recess 11 in the circuit carrier 10, determines the position between the connector 100 and the circuit carrier 10.
  • the layer is continued outside the positioning surface or another electrically conductive layer is connected to the layer.
  • Figs. 3a - 3g each show only one cutting plane through the centering axis F1 of the centering element 111.
  • the outer cutting edges in the region of the positioning surface on both sides of the centering axis F1 are continuously bridged to one another by at least one layer or one layer material alone and/or by another layer or another layer material.
  • the corresponding recess 11 in the circuit carrier 10 is thus sealed in an EMC-tight manner by the one and/or the further layer 115, 116.
  • the EMC can also be implemented outside this area, for example by the circuit carrier 10 having at least one metal layer. which at least indirectly encloses the positioning surface of the centering element 111 in a contacting manner. The EMC results from the presence of a then closed metal surface which covers the electrical circuit on the circuit carrier 10.
  • the connector 100 has at least one conductor wire 120 as a data line for data transmission in the Gbit/s range. In this way, a significantly improved data signal is ensured due to the reduced susceptibility to interference as a result of the particularly good EMC properties.
  • Such electronic devices 200 are therefore suitable for use, for example, in partially autonomous or fully autonomous driving, for example a control unit, a vehicle computer or similar.

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Abstract

Es wird von einem Steckverbinder zum Anschluss an einen Schaltungsträger ausgegangen, umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper, in welchem eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten mit ihrem jeweils einem Ende ein Steckerkontaktschema für einen Gegenstecker und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen des Schaltungsträgers bilden. Der Steckerkörper umfasst dabei zumindest ein Zentrierelement, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zum Steckerkörper zu positionieren. Das Zentrierelement weist dabei zumindest um seine Zentrierachse eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche auf. Über die Positionierfläche erfolgt eine Lagepositionierung im eingeführten Zustand des Zentrierelements in einer entsprechend korrespondierenden Aussparung des Schaltungsträgers. Darüber hinaus ist außerhalb der Positionierfläche die Schicht fortgeführt oder es schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Die konkrete Ausführung der Schicht bzw. der beiden Schichten ist dann derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse des Zentrierelementes Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse zueinander durch die Schicht oder die weitere Schicht durchgehend überbrückt sind.

Description

Beschreibung
Titel
Steckverbinder und
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Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder und eine Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Die stetig steigenden Anforderungen im Elektronikbereich durch insbesondere steigende Rechenleistungen und zu übertragenden Datenbandbreiten führen bei vielen Elektronikvorrichtungen zu immer strengeren Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit - nachfolgend als EMV abgekürzt beispielsweise Steuergeräte im Automotivbereich. Typischerweise wird bei bisher bekannten Ausführungen die gesamte Leiterplatte bzw. Teile der Elektronikvorrichtung durch eine EMV-dichte Hülle umgeben. Diese EMV-Dichtungsfunktion wird im Wesentlichen durch ein metallisches Gehäuse realisiert. Als externer Anschluss der Elektronikvorrichtung wird in vielen Fällen ein Steckverbinder im Gehäuse vorgesehen. Hierfür muss aber das Gehäuse in diesem Bereich geöffnet werden, so dass der Steckverbinder eingebracht werden kann, um dann eine Verbindung zu der im Gehäuse abgeschirmten Elektronik zu ermöglichen. Bekannte Steckverbinder, u.a. auch mehrpolige Messerleisten, weisen zur positionskorrekten Lageanordnung relativ zum elektrisch zu kontaktierenden Schaltungsträger ein Zentrierelement auf, welches in eine entsprechend korrespondierende Aussparung im Schaltungsträger positionierend eingreift. Viele Steckverbinder sind für Isolationszwecke als ein Kunststoffspritzgussteil konzipiert, bei welchem dann an einem aus elektrisch isolierenden Kunststoff gespritztem Steckerkörper das Zentrierelement gleich mit angeformt ist. Je nach Ausführung der Elektronikvorrichtung stellt der Eingriffsbereich des Zentrierelements in die Aussparung des Schaltungsträgers eine EMV Schwachstelle dar. Aussparungen im Schaltungsträger größer 1 mm, beispielsweise bei einer Lochtiefe von 1 ,6 mm, lassen es dann zu, dass einstrahlende und abstrahlende elektromagnetische Wellen die Aussparung passieren können. Damit können bei derartigen Ausführung EMV- Probleme in der Elektronikvorrichtung selbst oder bei anderen Elektronikgeräten verursacht werden.
In der Fig. 1 ist beispielsweise eine solch gefährdete Ausführung einer Elektronikvorrichtung 200‘ schematisch gezeigt, bei welcher eine EMV bei steigenden Anforderungen mit der zuvor genannten EMV-Schwachstelle an seine Grenzen gelangt. Die Elektronikvorrichtung 200‘ umfasst ein metallisches Gehäuse 210, beispielsweise ein mehrteiliges Gehäuse 210, in welchem ein Schaltungsträger 10 mit einer der Anwendung entsprechend ausgebildeten elektrischen Schaltung 20 (nicht dargestellt) aufgenommen ist. Im Bereich eines Steckverbinders 100‘ ragt ein Teil des Schaltungsträgers aus dem Gehäuse 210 heraus, derart, dass eine Trägerseite 15 des Schaltungsträgers 10 von dem Gehäuse 210 noch im Wesentlichen oder vollständig überdeckt ist. Dagegen ist auf der gegenüberliegenden Trägerseite 16 der Schaltungsträger 10 nur über einen ersten Bereich 16a hinweg überdeckt. Der Restbereich 16b der Trägerseite 16 steht dagegen frei zur Anordnung des Steckverbinders 100‘. Zur Positionierung des Steckverbinders 100‘ relativ zum Schaltungsträger 10 greift ein an einem Steckerkörper 110 des Steckverbinders 100‘ angeformtes Zentrierelement 111 ‘ in eine korrespondierende Aussparung 11 im Restbereich des Schaltungsträgers 10 insbesondere passgenau ein.
Zur Erwirkung eines EMV Schutzes ist das Gehäuse 210 im Restbereich 16b von beiden Trägerseiten 15, 16 her mittels einer ansonsten bekannten EMV-Dichtung 220 mit dem Schaltungsträger 10 elektrisch leitend verbunden. Im Verbindungsbereich A, B mit der EMV-Dichtung 220 weist der Schaltungsträger 10 eine Masseleitung 14 auf. Diese ist im Restbereich 16b des Schaltungsträgers 10, beispielsweise durch eine Innenlage, weitergeführt und verbindet damit über eine eigentlich geschlossene Metallschicht die jeweiligen Verbindungsbereiche A, B mit der EMV-Dichtung 220 elektrisch leitend miteinander. Die geschlossene Metallschicht 14 überbrückt damit die fehlende Überdeckung durch das Gehäuse 210 im Restbereich 16b des Schaltungsträgers. Allerdings ist die Metallschicht im Bereich der Aussparung 11 zum Einführen des Zentrierelements 111 ‘ des Steckverbinders 100‘ geöffnet Damit besteht bei hohen EMV-Anforderungen im Bereich der Aussparung 11 und dem Zentrierelement 111 ‘ eine nachteilige EMV- Schwachstelle. Insbesondere bei elektronischen Komponenten für die Übertragung von Datensignalen im GHZ-Bereich, beispielsweise wie bei Steckverbindern 100‘ mit hierfür vorgesehenen Datenleitungen, können Signalstörungen und/oder -fehler auftreten. Manche zukünftigen Anwendung lassen sich dann aus Sicherheitsgründen mit einer solchen EMV-gefährdeten Ausführung nicht mehr umsetzen, beispielsweise Steuergeräte im Automotivbereich, insbesondere für einen teil- oder vollautonomen Fährbetrieb.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die EMV für Elektronikvorrichtungen im Bereich von Steckverbindern zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch einen Steckverbinder und eine Kontaktanordnung zwischen dem Steckverbinder und einem Schaltungsträger mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Es wird von einem Steckverbinder zum Anschluss an einen Schaltungsträger ausgegangen, umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper, in welchem eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten mit ihrem jeweils einem Ende ein Steckerkontaktschema für einen Gegenstecker und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen des Schaltungsträgers bilden. Der Steckerkörper umfasst dabei zumindest ein Zentrierelement, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zum Steckerkörper zu positionieren. Das Zentrierelement weist dabei zumindest um seine Zentrierachse eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche auf. Über die Positionierfläche erfolgt eine Lagepositionierung im eingeführten Zustand des Zentrierelements in einer entsprechend korrespondierenden Aussparung des Schaltungsträgers. Der Flächenverlauf der Positionierfläche ist beispielsweise die Mantelfläche eines Zylinders, eines Quaders oder anderes. Darüber hinaus ist außerhalb der Positionierfläche die Schicht fortgeführt oder es schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Die konkrete Ausführung der Schicht bzw. der beiden Schichten ist dann derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse des Zentrierelementes Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse zueinander durch die Schicht oder die weitere Schicht durchgehend überbrückt sind. Die Zentrierachse entspricht auch einer Fügeachse, d.h. die Richtung, in welche das Zentrierelement in die korrespondierende Aussparung des Schaltungsträgers eingeführt wird. Abgesehen von Toleranzen überdecken sich die Zentrierachse, die Fügeachse und eine Mittenachse der Aussparung.
Die bisherige EMV-Lücke, welche aufgrund des Zentrierelementes des Steckverbinders und der Aussparung im Schaltungsträgers ansonsten vorliegt, kann nun vorteilhaft geschlossen werden. Das Zentrierelement selbst stellt sicher, dass durch die beschriebene Ausführung der einen Schicht bzw. der einen und der weiteren Schicht, eine ansonsten EMV-gefährdete Ausführung, wie die in der Fig. 1 gezeigte, nun auch im Bereich des Zentrierelementes bzw. der korrespondierenden Aussparung mit einer verschließenden elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Schicht ausbildbar ist. Damit können bereits bestehende ansonsten EMV-gefährdete Ausführungen fast ohne Änderungen prinzipgleich für erhöhte EMV-Anforderungen weiterverwendet werden. Auf diese Weise können Ent- wicklungs- und Investitionskosten für neue Generationen von Elektronikvorrichtungen mit erhöhten EMV-Anforderungen gering gehalten werden und beispielsweise neue Funktionalitäten mit Hilfe hohen zu übertragenden Datenbandbreiten realisiert werden.
Es zeigt sich auch eine gleichwertige alternative Ausführung eines Steckverbinders. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Leitungsdrähte des Steckverbinders zumindest auf der Seite des Anschlusskontaktschemas in ihrer Anordnung relativ zueinander durch eine elektrisch isolierende Positionier- und/oder Ausrichtplatte orientiert sind. Im Unterschied zur zuvor beschriebenen Ausführung umfasst nun die Positionier- und/oder Ausrichtplatte zumindest ein Zentrie- relement, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders an einen Schaltungsträger, den Schaltungsträger und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zur Positionier- und Ausrichtplatte zu positionieren. Das Zentrierelement selbst ist wiederrum wie bei der ersten beschriebenen Ausführung ausgebildet Damit weist das Zentrierelement zumindest um seine Zentrierachse eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche auf. Außerhalb der Positionierfläche ist die Schicht fortgeführt oder es schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Dies erfolgt derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse zueinander durch die Schicht oder die weitere Schicht durchgehend überbrückt sind. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte ist mit dem Steckerkörper mechanisch verbunden, beispielsweise durch eine Rastverbindung, eine Klemmverbindung, eine Steckverbindung oder durch andere Arten von lösbaren oder unlösbaren Verbindungen. Es können somit die gleichen Vorteile wie bei der erst beschriebenen Ausführung genannt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Steckverbinders möglich. Nachfolgende weitergehende Ausführungsformen beziehen sich jeweils auf beide zuvor beschriebenen Ausführungen.
Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform des Steckerverbinders zeigt sich darin, dass das Zentrierelement ein Einpresspin oder ein Lötpin ist und die Zentrierachse achsparallel zu den Leitungsdrähten auf Seiten des Anschlusskontaktschemas orientiert ist. Mit gleicher Fügerichtung können auf diese Weise sowohl das Zentrierelement als auch die Leitungsdrähte zeitgleich in entsprechend korrespondierende Aussparungen im Schaltungsträger eingeführt werden. Vorteilhaft bei einem Einpresspin ist, dass bereits mit dem Einführen eine mechanisch feste und sogleich auch gasdichte, damit vollständig umschließende Verbindung entsteht. Auch die Leitungsdrähte auf Seiten des Anschlusskontaktschemas können endseitig eine Einpresszone aufweisen, so dass die Positionierung des Steckverbinders sowie dessen mechanische und elektrische Verbindung mit dem Schaltungsträger mit der gleichen Verbindungstechnik erfolgt. Als Lötpin wird das Zentrierelement nach dem Einführen in die korrespondierende Aussparung im Schaltungsträger mittels einem Lotmittel mit diesem mechanisch verbunden. Das Lotmittel stellt dabei sicher, dass mögliche Spaltabstände zwischen dem Zentrierelement und der Aussparung vollständig geschlossen werden. Auch hier können die Leitungsdrähte endseitig als Lötstifte ausgeführt sein, so dass im Rahmen eines Lötprozesses sowohl diese als auch das Zentrierelement mit dem Schaltungsträger verbunden werden.
Eine hilfreiche Ausführungsform des Steckerverbinders ist dadurch ausbildbar, dass das Zentrierelement an seinem freien Ende einen verjüngten Einführbereich zum Einführen in eine korrespondierende Aussparung des Schaltungsträgers aufweist, wobei der Einführbereich in Richtung der Zentrierachse weiter vom Steckverbinder absteht als die Enden der Leitungsdrähte auf Seiten des Anschlusskontaktschemas. Beim Einführen des Steckverbinders in den Schaltungsträger eilt das Zentrierelement damit den Leitungsdrähten voraus und greift zuerst in seine korrespondierende Aussparung ein. Damit werden die Leitungsdrähte noch außerhalb deren Eingriffs in den Schaltungsträger in ihrer Lage zu diesem gleich richtig ausgerichtet. Bei der fortgeführten Fügung greifen dann auch die Leitungsdrähte achszentriert treffsicher in ihre entsprechenden Aussparungen im Schaltungsträger ein. Der verjüngte Einführbereich kann beispielsweise konisch ausgeführt sein, insbesondere als Kegel oder Kegelstumpf. Damit wird das Einfädeln zu Beginn eines Fügeprozesses deutlich vereinfacht.
Vorteile zeigen sich für eine Ausführungsform des Steckverbinders, bei welchem der Steckverbinder zumindest zwei Zentrierelemente aufweist, wobei die Leitungsdrähte in einer Draufsicht in Richtung der Zentrierachsen zwischen den zwei Zentrierelementen angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Positionierung des Steckverbinders in einer Ebenenlage senkrecht zur Zentrierachse sehr genau erfolgen, so dass ein Fügevorgang insbesondere auch für die Leitungsdrähte prozesssicher ausführbar ist.
Eine günstige Ausführungsform des Steckverbinders erhält man, wenn das Zentrierelement vollständig aus der einen Schicht ausgebildet ist. Somit ist das Zentrierelement sehr einfach gehalten und kann beispielsweise aus einem Rohrmaterial mit gängigen Fertigungsprozessen hergestellt werden. Als Schichtmaterial bzw. Schirmmaterial eignet sich in der Regel Metalle mit höherer elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer bzw. eine Kupferlegierung.
Eine vorteilhafte alternative Ausführungsform des Steckverbinders ergibt sich, indem das Zentrierelement einen Kern aus der weiteren Schicht aufweist, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht auf der weiteren Schicht aufgebracht ist. Die eine Schicht ist dann derart gewählt, dass sie besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist, die für einen Einpressvorgang oder einen Lötvorgang optimale Ergebnisse sicherstellt. Zur Optimierung eines Einpressvorgang ist eine geeignete Einpresszone sowie ein geeignetes Schichtmaterial auszuwählen. Als Schichtmaterial kommt beispielsweise BuSn6, CuNiSi in Frage.
Unabhängig, ob eine zweite Schicht mit ausgebildet ist oder lediglich eine Schicht, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Zentrierelement als ein Blechteil, insbesondere als ein Blechprägeteil ausgebildet ist. Blechteile können sehr vielfältig und günstig ausgeführt werden, so dass geometrische Ausführungsformen anwendungsspezifisch breit ausführbar sind. Es bestehen große Erfahrungswerte, Blechteile als Einpresselemente oder Lötelemente auszubilden, so dass eine Anwendung prozessseitig und/oder produktseitig mit keinen besonderen Risiken verbunden ist. Einpresszonen lassen sich durch einfache Prägeprozesse geometriegenau in Blechteilen zur Ausbildung eines Einpresselementes herstellen.
Eine weitere alternative ebenso günstige Ausführungsform des Steckverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement über einen Zentrierachsabschnitt ein elektrisch isolierendes Material des Steckerverbinders aufweist, beispielsweise vom Steckerkörper oder von der Positionier- und Ausrichtplatte, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht und außerhalb der Positionierfläche zumindest bereichsweise die eine Schicht oder die weitere Schicht auf dem elektrisch isolierenden Material aufgebracht ist. Vorteilhaft kann eine Grundausführung des Zentrierelement insbesondere einstückig mit dem Steckerkörper oder der mit der Positionier- und/oder Ausrichtplatte ausgeformt werden, insbesondere in Form eines Kunststoffspritzgussteiles. Damit kann das Zentrierelement sehr flexibel und einfach im Herstellungsprozess des Steckverbinders inte- griert sein. Die abschließende Fertigstellung des Zentrierelementes bedingt lediglich noch den Auftrag einer Beschichtung mittels eines Beschichtungsprozesses, beispielsweise ein Galvanikprozess, beispielsweise mit einem Zinnelektrolyten. Besonders große Vorteile ergeben sich bei einer Ausführungsform des Steckverbinders, bei welcher das Zentrierelement als ein Einlegeteil ausgebildet ist, welches zumindest bereichsweise außerhalb der Positionierfläche von einem elektrisch isolierenden Material des Steckverbinders umspritzt ist. Als Einlegeteil wird es bevorzugt im Herstellungsprozess des Steckverbinders in das entsprechende Spritzgusswerkzeugteil eingelegt und mit dem Einspritzen des vorgesehenen elektrisch isolierenden Kunststoff von diesem umspritzt. Alternativ kann auch, insbesondere in Ausführung eines Zentrierelements in Form eines Blechteiles, dieses an entsprechender Stelle in einem ausgeformten Kunststoffspritzgussteil des Steckverbinders eingesticht werden.
Allgemein eignen sich die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Steckverbinders bei Elektronikvorrichtungen, bei welchen der Steckerverbinder zumindest einen Leitungsdraht als Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbit/s- Bereich umfasst. Gerade für solche Anwendung sind höhere EMV- Anforderungen gegeben, die sich nun vorteilhaft erfüllen lassen.
Die Erfindung führt auch zu einer Kontaktanordnung eines Schaltungsträgers mit einem Steckverbinder gemäß zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei sind die Leitungsdrähte auf Seiten des Kontaktanschlussschemas mit dem Schaltungsträger elektrisch verbunden, beispielsweise mittels eines Einpresskontakts oder eines Lotkontaktes. Ferner ist das zumindest eine Zentrierelement in Richtung seiner Zentrierachse bis innerhalb des Bereichs seiner Positionierfläche in einer korrespondierenden insbesondere metallisierten Aussparung des Schaltungsträgers eingeführt. Auf diese Weise kann die ansonsten bekannte EMV-Lücke im Bereich des Zentrierelementes bzw. der Aussparung geschlossen werden.
Die Verbindung des Zentrierelementes in der Aussparung ergibt sich dadurch, dass das Zentrierelement eingepresst ist. Demnach ist das Zentrierelement als ein Einpresselement ausgebildet und umfasst zumindest eine Einpresszone zum Einpressen in der Aussparung des Schaltungsträgers. Alternativ ist das Zentrie- relement im Bereich der Aussparung mit dem Schaltungsträger verlötet unter Ausbildung eines Lotkontaktes. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung der Leitungsdrähte und die Verbindung des zumindest einen Zentrierelementes mit der gleichen Verbindungstechnik erfolgt, beispielsweise unter Ausbildung eines Einpresskontaktes oder eines Lotkontaktes. Auf diese Weise vereinfacht sich die Fertigung des Steckverbinders.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kontaktanordnung ist dadurch gegeben, dass der Schaltungsträger zumindest eine Metalllage aufweist, welche zumindest mittelbar die Positionierfläche des Zentrierelementes elektrisch kontaktierend umschließt. Damit wird die durch das Zentrierelement lokal auf die Aussparung begrenzte EMV-Schirmung fortgeführt über eine die Aussparung umgebende Schaltungsträgerfläche. Die zumindest eine Metalllage wiederrum kann elektrisch an eine weitere EMV-Schirmung angeschlossen sein, wie sie beispielsweise für die Ausführung gemäß der Fig. 1 bereits beschrieben wurde. Insgesamt kann die zumindest eine Metalllage damit eine Teilschirmung durch das Zentrierelement und eine weitere Teilschirmung, beispielsweise durch ein Gehäuse, so überbrücken, dass ein Schaltungsträger umfassend die Kontaktanordnung von einer vollständigen EMV-Schirmung, auch im Bereich des Steckverbinders, umschlossen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer beispielhaft bereits bekannten elektrischen Vorrichtung nach Stand der Technik mit einem Schaltungsträger und mit einer EMV-Lücke im Bereich einer von einem Zentrierelement eines Steckverbinders eingegriffenen Aussparung des Schaltungsträgers, Fig. 2a: eine perspektivische Darstellung eines bekannten Steckverbinders umfassend einen Steckerkörper und eine mit dem Steckkörper verbundene Positionier- und/oder Ausrichtplatte,
Fig. 2b: eine Seitenansicht auf die Seite des Kontaktanschlussschemas eines beispielhaft ausgeführten Steckverbinders als Teil einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Schaltungsträger,
Fig. 2c: eine Seitenansicht auf die Seite des Kontaktanschlussschemas eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders in einer Kontaktanordnung mit zumindest einem Schaltungsträger,
Fig. 3a: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c durch eine Zentrierachse des Zentrierelements des Steckverbinders,
Fig. 3b: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
Fig. 3c: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
Fig. 3d: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
Fig. 3e: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
Fig. 3f: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders,
Fig. 3g: eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes der Kontaktanordnung aus Fig. 2b oder 2c eines weiteren beispielhaft ausgeführten Steckverbinders. Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der Fig. 2a ist eine bekannte Ausführung eines Steckverbinders 100‘ dargestellt. Der Steckverbinder 100‘ weist ein Steckerkörper 110 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff auf. Der Steckerkörper 110 ist dabei von einer Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten 120 durchdrungen, so dass ein jeweiliges Ende auf zwei Seiten des Steckerkörpers 110 herausragt. Gezeigt ist eine perspektivische Ansicht von Seiten eines Anschlusskontaktschemas S2 des Steckverbinders 100‘, so dass das eine Ende der jeweiligen Leitungsdrähte 120 sichtbar ist, welches mit einer entsprechend korrespondierenden Kontaktstelle 12 eines Schaltungsträgers 10 kontaktierbar ist. Auf einer der Anschlussseite S2 gegenüberliegenden Seite - der Steckseite S1 - bilden die Leitungsdrähte 120 ein Steckerkontaktschema für einen kontaktierbaren Gegenstecker dar. Die korrekte Beabstandung der Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 zueinander wird mit einer Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130‘ aus einem isolierenden Kunststoff sichergestellt. Diese weist einen plattenartigen Grundkörper 131 auf, in welchem durchgehende dem Anschlusskontaktschema entsprechende Durchführungen ausgebildet sind. Durch ein Auffädeln von der Anschlussseite S2 her werden alle Leitungsdrähte 120 in der richtigen Lageposition zueinander und in Richtung des zu kontaktierenden Schaltungsträgers 10 gehalten. Die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130‘ ist mit dem Steckerkörper 110 verbunden, zum Beispiel durch eine Rastverbindung oder eine Steckverbindung. Damit wird eine relative Anordnung zum Steckerkörper 110 festgehalten. Bei einem 90°-Steckverbinder 100‘ sind die Enden der Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 in einem Winkel von 90° gegenüber den Enden auf der Steckseite S1 orientiert. In gleicher Orientierung wie die Enden der Leitungsdrähte 120 ist auf Seiten des Kontaktanschlussschemas S2 an gegenüberliegenden Endbereichen der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130‘ jeweils ein Zentrierelement 111 ‘ einstückig ausgebildet. Mittels der Zentrierelemente 111 ‘ kann die Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130‘ bzw. damit der Steckerverbinder 100‘ als solcher, relativ zu einem zu verbindenden Schaltungsträger 10 und/oder einem Montagewerkzeug positioniert werden. Die Lagepositionierung wird beispielsweise durch einen Formschluss mit den Zentrierelementen 111 ‘ erreicht. Die Zentrierelemente 111 ‘ weisen hierfür Positionierflächen auf, welche beispielsweise als Zylindermantelflächen ausgebildet sind und an welche sich Wandungen entsprechend korrespondierenden Aussparungen referenzieren können.
Die Fig. 2b zeigt schematisch eine Ansicht mit einer senkrechten Sicht auf die Anschlussseite S2 eines erfindungsgemäßen Steckverbinders 100. Dargestellt ist auch eine Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130, ähnlich wie bereits aus der Fig. 2a bekannt. Der Steckverbinder 100 ist dabei Teil einer Kontaktanordnung 150. Die Kontaktanordnung 150 umfasst darüber hinaus zumindest einen Schaltungsträger 10 mit welchem der Steckverbinder 100 elektrisch kontaktiert ist. Die Kontaktanordnung 150 ist in einem Gehäuse 210 aufgenommen, beispielsweise in der Art, wie es bereits in der Fig. 1 gezeigt ist. In dieser Art liegt dann eine Elektronikvorrichtung 200 mit einer im Vergleich zu einer Ausführung gemäß der Fig. 1 erhöhten EMV vor. Korrespondierend zum Kontaktanschlussschema des Steckverbinders 100 weist der Schaltungsträger 10 entsprechend komplementäre Kontaktstellen 12 auf, beispielsweise in Form von insbesondere metallisierten Aussparungen 11 . Alle Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 sind mit den komplementären Kontaktstellen 12 elektrisch verbunden. Dies kann beispielweise durch einen Lotkontakt 121 erfolgen. Dabei ist das Ende des Leitungsdrahtes 120 dann als Lötpin ausgebildet, welcher die metallisierte Aussparung 11 durchdringt und mit einem Lotmaterial mit der Metallisierung im Bereich der Aussparung 11 verbunden ist. Alternativ weist das Ende jedes Leitungsdrahtes 120 eine Einpresszone auf, welche - eingepresst in die im Durchmesser entsprechend angepasste metallische Aussparung 11 - einen Einpresskontakt 122 bildet. Zur Lagegenauen Positionierung des Steckverbinders 100 zum Schaltungsträger 10 werden die an der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 ausgebildeten Zentrierelement 111 in eine jeweils komplementäre Aussparung 11 im Schaltungsträger 10 eingeführt, noch bevor die Leitungsdrähte 120 auf der Anschlussseite S2 in die entsprechenden Kontaktstellen 12 eingreifen können. Die Zentrierachse F1 der Zentrierelemente 111 und die Fügeachse F2 der Leitungsdrähte 120 sind hierfür achsparallel ausgeführt. Zur vereinfachten Einführen wei- sen die freien Enden des jeweiligen Zentrierelementes 111 einen verjüngten Einführbereich auf, beispielsweise konisch oder abgerundet. Damit die Lagepositionierung zuerst erfolgt, so dass die Leitungsdrähte 120 dann achsausgerichtet zu den komplementären Kontaktstellen 12 angeordnet sind, steht der Einführbereich in Richtung der Zentrierachse F1 weiter vom Steckverbinder 100, d.h. vom Steckerkörper 110, ab, als die Enden der Leitungsdrähte 120 auf Seiten des Anschlusskontaktschemas S2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leitungsdrähte 120 zwischen den beiden Zentrierelementen 111 angeordnet Alternativ können auch einzelne oder mehrere Leitungsdrähte 120 auch auf der jeweils anderen Seite eines oder beider Zentrierelemente 111 angeordnet sein, als es in der Fig. 2b dargestellt ist.
In der Fig. 2c ist eine alternative Ausführung des Steckverbinders 100 innerhalb einer Kontaktanordnung 150 bzw. einer Elektronikvorrichtung 200 gezeigt.
Im Unterschied zur Ausführung gemäß der Fig. 2b sind die Zentrierelemente 111 nun am Steckerkörper 110 angeordnet und stehen von diesem in Richtung des Schaltungsträgers 10 ab. Alternativ kann das Ausführungsbeispiel auch ohne einer Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 ausgeführt sein. Grundsätzlich ist auch eine Variante des Steckverbinders 100 denkbar, welcher sowohl am Steckerkörper 110 als auch an einer umfassenden Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 jeweils zumindest ein Zentrierelement 111 aufweist.
Die Fig. 3a zeigt schematisch reduziert einen Ausschnitt der Fig. 2b oder der Fig. 2c mit einem Schnitt durch ein Zentrierelement 111. Das Zentrierelement 111 ist dabei als ein Einpresspin 111a ausgeführt mit einer endseitig ausgebildeten Einpresszone. Der Einpresspin 111 a ist innerhalb der korrespondierenden Aussparung 11 des Schaltungsträgers 10 derart aufgenommen, dass die Einpresszone von dieser verpresst ist unter Ausbildung eines insbesondere gasdichten Einpresskontaktes 112a. Der Einpresskontakt 112a legt die Lagepositionierung des Steckverbinders 100 relativ zum Schaltungsträger 10 fest. Der Einpresspin 111a ist insbesondere als ein Blechteil ausgebildet, alternativ aus einem runden Halbzeug, beispielsweise einem Rundmaterial. Die Einpresszone kann beispielsweise als eine Prägeausformung vorliegen. Ferner ist der Einpresspin 111a aus genau einem Schichtmaterial 116 gebildet, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupfer- legierung, Zur Verbesserung des Einpressvorganges kann insbesondere im Bereich der Einpresszone jedoch eine Auftragsschicht 115 aufgebracht sein, beispielsweise eine Zinn (Sn) oder Zinn-Silber Beschichtung (SnAg). Die Auftragsschicht 115 weist dabei Materialeigenschaften auf, welche das Einpressen begünstigt Die korrespondierende Aussparung 11 innerhalb des Schaltungsträgers 10 weist insbesondere eine Metallisierung 11 a auf, welche eine begünstigte Pressmaterialpaarung zulässt.
Die Fig. 3b zeigt eine Ausführung des Steckverbinders 100, bei welchem das Zentrierelement 111 im Unterschied zur Ausführung gemäß der Fig. 3a in Form eines Lötpins 111 b vorliegt und mit Hilfe eines Lotmittels daher ein Lotkontakt 112b ausgebildet ist. Auch hier kann eine zusätzliche Auftragsschicht 115 vorgesehen sein, welche dann allerdings Materialeigenschaften aufweist, welche das Verlöten begünstigt, beispielsweise Zinn (Sn). Die Auftragsschicht 115 ist insbesondere im Lötbereich vorgesehen.
Sowohl bei der Ausführung gemäß der Fig. 3a als auch gemäß der Fig. 3b kann das Zentrierelement 111 als Einlegeteil bereichsweise - insbesondere außerhalb der Positionierfläche - von einem elektrisch isolierenden Material des Steckerkörpers 110 bzw. der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 umspritzt sein.
Die Fig. 3c zeigt eine weitere Ausführungsform eines Steckverbinders 100. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungen weist das Zentrierelement 111 zumindest über eine Zentrierabschnitt einen Kern aus einem elektrisch isolierendes Material des Steckerkörpers 110 bzw. der Positionier- und/oder Ausrichtplatte 130 auf. Zumindest im Bereich der Positionierfläche ist dann eine Auftragsschicht 115 angeordnet, welche eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Materialeigenschaft aufweist. Außerhalb der Positionierfläche, wo derartige Materialeigenschaften nicht erforderlich sind, kann auch eine Auftragsschicht 116 aus einem anderen Material auf dem elektrisch isolierenden Material angeordnet sein. Es kann dort aber auch die Auftragsschicht 115 fortgeführt sein, beispielsweise prozessbedingt. Die Fig. 3d - 3g zeigen Abwandlungen der Ausführung gemäß der Fig. 3c. Im Gegensatz zum zylindrisch ausgeführten Zentrierelement 111 - wie in der Fig. 3c gezeigt - weist die in der Fig. 3d gezeigte Ausführung ein kegelförmig geformtes Zentrierelement 111 auf. Zu Beginn eines Einführens des Zentrierelementes 111 in die Aussparung 11 des Schaltungsträgers 10 ist ein anfänglicher Spaltabstand zwischen dem Zentrierelement 111 und der zylindrischen Innenwandung der Aussparung 11 gegeben - siehe linke Darstellung. Mit zunehmendem Einführen wird dieser Spaltabstand immer kleiner. In einer Endlagenposition des Zentrierelementes 111 innerhalb der Aussparung 11 liegt eine auf der Trägerseite 15, 16 fortgeführte Metallisierung 11a der Aussparung 11 auf einem das Zentrierelement 111 umlaufenden Bund 115. a auf. Dabei ist die auf dem Zentrierelement 111 ausgebildete Auftragsschicht 115, 116 bis über den umlaufenden Bund 115.a nahtlos fortgeführt. Die Auftragsschicht 115, 116 des Zentrierelementes 111 und die Metallisierung 11a der Aussparung 11 sind dabei in einer ebenfalls umlaufend geschlossen ausgebildeten Kontaktlinie bzw. Kontaktfläche elektrisch leitend miteinander kontaktiert. In der Endlagenposition kann zwischen der Aussparung 11 , 11a und dem Zentrierelement 111 eine Passung ausgebildet sein.
Die in der Fig. 3e gezeigte Ausführung unterscheidet sich gegenüber der in der Fig. 3d dargestellten Ausführung lediglich darin, dass das Zentrierelement 111 nachgiebig ausgeführt ist, beispielsweise mittels einer durch das Zentrierelement 111 stirnseitig durchgehende Schlitzung, wodurch zwei nachgiebige Kegelschenkel 111 .1 , 111 .2 ausgebildet sind. Die rechte Darstellung zeigt eine Endlagenposition des Zentrierelements 111 , bei welchem die Kegelschenkel 111 .1 , 111 .2 bis maximal auf Anschlag zueinander verformt sind. Die Kegelschenkel 111.1 , 111 .2 werden mit zunehmenden Einführen durch die Innenwandung der Aussparung 11 in eine immer größere Verformung gebracht. Durch die flexible Verformung wird zwischen dem Zentrierelement 111 und der Aussparung 11 ein Klemmsitz begünstigt.
Die Fig. 3f zeigt die Ausführung gemäß der Fig. 3e, wobei im Unterschied am freien Ende des Zentrierelementes 111 an beiden Kegelschenkel 111 .1 , 111 .2 jeweils derartig ausgeformte Rastnasen 111 .11 , 111 .22 ausgebildet sind, dass diese in einer Endlagenposition die dem Steckverbinder 100 abgewandte Trä- gerseite 15 hintergreifen. Damit ist das Zentrierelement 111 entgegen der Fügerichtung gegen unabsichtliches Bewegen gesichert bzw. fixiert.
Die Ausführung gemäß der Fig. 3g unterscheidet sich nochmals zur zuvor beschriebenen Ausführung dahingehend, dass keine eigentliche Auftragsschicht 115, 116 am Zentrierelement 111 ausgebildet ist. Stattdessen ist zumindest das Zentrierelement 111 selbst zusammen mit dem umlaufenden Bund 115. a aus einem Meta II partikel enthaltenen Polymerwerkstoff ausgebildet. Dies lässt sich beispielsweise mittels eines 2-Komponentenspritzgussverfahrens realisieren, wodurch der Steckerkörper 110 weiterhin aus einem isolierenden Polymerwerkstoff ausgeführt ist. An der Positionierfläche des Zentrierelements 111 bilden einige der Metallpartikel dann eine Art „löchrige“ Auftragsschicht 115, 116 aus. In Hinblick auf eine EMV wirken aber auch die im Zentrierelement 111 innenliegend verteilten Metallpartikel mittelbar so, dass von eine EMV Wirkung her eine Art durchgehende Auftragsschicht 115, 115 in Summe aller Metallpartikel nachgebildet ist.
Allen Ausführungen ist gemein, dass das Zentrierelement 111 zumindest um seine Zentrierachse F1 eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht als Positionierfläche aufweist, welche im Zusammenspiel mit der korrespondierenden Aussparung 11 in dem Schaltungsträger 10 die Lageposition zwischen dem Steckverbinder 100 und dem Schaltungsträger 10 festlegt. Zusätzlich ist außerhalb der Positionierfläche die Schicht fortgeführt oder schließt sich an die Schicht eine weitere elektrisch leitfähige Schicht verbunden an. Die Fig. 3a - 3g zeigen jeweils nur eine Schnittebene durch die Zentrierachse F1 des Zentrierelementes 111. Dabei gilt aber in jedem möglichen radialen Schnitt durch die Zentrierachse F1 , dass die äußeren Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse F1 zueinander durch zumindest eine Schicht bzw. ein Schichtmaterial allein und/oder durch eine weitere Schicht bzw. ein weiteres Schichtmaterial durchgehend überbrückt sind. Im Bereich des Zentrierelementes 111 ist damit die korrespondierende Aussparung 11 im Schaltungsträger 10 durch die eine und/oder die weitere Schicht 115, 116 EMV-dicht verschlossen. Die EMV kann auch außerhalb dieses Bereichs ausgeführt sein, indem beispielsweise der Schaltungsträger 10 zumindest eine Metalllage auf- weist, welche zumindest mittelbar die Positionierfläche des Zentrierelementes 111 kontaktierend umschließt Die EMV ergibt sich dabei im Zuge des Vorliegens einer dann geschlossen Metallfläche, welche die elektrische Schaltung auf dem Schaltungsträger 10 überdeckt. Eine vollständige Überdeckung liegt dann vor, indem das metallische Gehäuse 210, die zuvor genannte Metalllage des Schaltungsträgers 10 und die Schichtmaterialien 115, 116 im Bereich des Zentrierelementes 111 den Schaltungsträger 10 mit einer dann ausgebildeten geschlossenen Metallfläche schalenartig umschließt.
Besondere Anwendungen lassen sich bei Elektronikvorrichtungen 200 im Bereich der hochfrequenten Datenkommunikation erschließen. Hierbei weist der Steckverbinder 100 zumindest einen Leitungsdraht 120 als Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich auf. Auf diese Weisen ist ein deutlich verbessertes Datensignal sichergestellt aufgrund der verminderten Störfanfälligkeit infolge der besonders guten EMV-Eigenschaften. Derartige Elektronikvorrichtung 200 sind somit für einen Einsatz beispielsweise beim teilautonomen oder vollautonomen Fahren geeignet, beispielsweise ein Steuergerät, ein Vehicle Computer oder Vergleichbares.

Claims

Ansprüche
1 .) Steckverbinder (100) zum Anschluss an einen Schaltungsträger (10), umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper (110), in welchem eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten (120) mit ihrem jeweils einem Ende ein Steckerkontaktschema für einen Gegenstecker und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen (12) des Schaltungsträgers (10) bilden, wobei die Leitungsdrähte (120) zumindest auf der Seite des Anschlusskontaktschemas in ihrer Anordnung relativ zueinander durch eine elektrisch isolierende Positionier- und/oder Ausrichtplatte (130) orientiert sind und die Positionier- und/oder Ausrichtplatte (130) zumindest ein Zentrierelement (111) umfasst, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders (100) an einen Schaltungsträger (10), den Schaltungsträger (10) und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zur Positionier- und Ausrichtplatte (130) zu positionieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) zumindest um seine Zentrierachse (F1) eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht (115, 116) als Positionierfläche aufweist, wobei außerhalb der Positionierfläche die Schicht (115, 116) fortgeführt ist oder sich an die Schicht (115, 116) eine weitere elektrisch leitfähige Schicht (115, 116) verbunden anschließt, derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse (F1) Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse (F1) zueinander durch die Schicht (115, 116) oder die weitere Schicht (115, 116) durchgehend überbrückt sind.
2.) Steckverbinder (100) zum Anschluss an einen Schaltungsträger (10), umfassend zumindest einen elektrisch isolierenden Steckerkörper (130), in welchem eine Vielzahl von in einer Musteranordnung beabstandeten Leitungsdrähten (120) mit ihrem jeweils einem Ende ein Steckerkontaktschema für einen Gegenstecker und mit ihrem jeweils entgegengesetzten Ende ein Anschlusskontaktschema für korrespondierende Kontaktstellen (12) des Schaltungsträgers (10) bilden, und der Steckerkörper (130) zumindest ein Zentrierelement (111) umfasst, welches ausgebildet ist, beim Anschluss des Steckverbinders (100) an einen Schaltungsträger (10), den Schaltungsträger (10) und/oder ein Montagewerkzeug mittels eines Formschlusses relativ zum Steckerkörper (10) zu positionieren, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) zumindest um seine Zentrierachse (F1) eine radial geschlossene elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Schicht (115, 116) als Positionierfläche aufweist, wobei außerhalb der Positionierfläche die Schicht (115, 116) fortgeführt ist oder sich an die Schicht (115, 116) eine weitere elektrisch leitfähige Schicht (115, 116) verbunden anschließt, derart, dass in jedem radialen Schnitt durch die Zentrierachse (F1) Schnittkanten im Bereich der Positionierfläche zu beiden Seiten der Zentrierachse (F1) zueinander durch die Schicht (115, 116) oder die weitere Schicht (115, 116) durchgehend überbrückt sind. Steckverbinder (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) ein Einpresspin (111a) oder ein Lötpin (111 b) ist und die Zentrierachse (F1) achsparallel zu den Leitungsdrähten (120) auf Seiten des Anschlusskontaktschemas orientiert ist Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) an seinem freien Ende einen verjüngten Einführbereich zum Einführen in eine korrespondierende Aussparung (11) des Schaltungsträgers (10) aufweist, wobei der Einführbereich in Richtung der Zentrierachse (F1) weiter vom Steckverbinder (100) absteht als die Enden der Leitungsdrähte (120) auf Seiten des Anschlusskontaktschemas. Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (100) zumindest zwei Zentrierelemente (111) aufweist, wobei die Leitungsdrähte (120) in einer Draufsicht in Richtung der Zentrierachsen (F1) zwischen den zwei Zentrierelementen (111) angeordnet sind. Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) vollständig aus der einen Schicht (115, 116) ausgebildet ist. Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) einen Kern aus der weiteren Schicht (115, 116) aufweist, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht (115, 116) als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht auf der weiteren Schicht (115, 116) aufgebracht ist. Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) als ein Blechteil, insbesondere als ein Blechprägeteil ausgebildet ist. Steckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) über einen Zentrierachsabschnitt ein elektrisch isolierendes Material des Steckerverbinders (100) aufweist, wobei zumindest im Bereich der Positionierfläche die eine Schicht (115, 116) als eine lotfähige und/oder einpressbegünstigende Schicht und außerhalb der Positionierfläche zumindest bereichsweise die eine Schicht (115, 116) oder die weitere Schicht (115, 116) auf dem elektrisch isolierenden Material aufgebracht ist. Steckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) als ein Einlegeteil ausgebildet ist, welches zumindest bereichsweise außerhalb der Positionierfläche von einem elektrisch isolierenden Material des Steckverbinders (100) umspritzt ist. Steckverbinder (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckerverbinder (100) zumindest einen Leitungsdraht (120) als Datenleitung für eine Datenübertragung im Gbit/s-Bereich umfasst Kontaktanordnung (200) eines Schaltungsträgers mit einem Steckverbinder
(100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsdrähte (120) auf Seiten des Kontaktanschlussschemas mit dem Schaltungsträger (10) elektrisch verbunden sind und das zumindest eine Zentrierelement (111) in Richtung seiner Zentrierachse (F1) bis innerhalb des Bereichs seiner Positionierfläche in einer korrespondierenden metallisierten Aussparung (11) des Schaltungsträgers (10) eingeführt ist. Kontaktanordnung (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) in der Aussparung (11) eingepresst ist. Kontaktanordnung (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (111) im Bereich der Aussparung (11) mit dem Schaltungsträger (10) verlötet ist. Kontaktanordnung (200) nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (10) zumindest eine Metalllage aufweist, welche zumindest mittelbar die Positionierfläche elektrisch kontaktierend umschließt.
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