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Die
Erfindung betrifft einen Leiterplatten-Direktverbinder nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, mit dem eine Leiterplatte direkt mit
einer anderen Leiterplatte oder mit einer Backplane-Buchsen-Steckleiste
elektrisch verbunden werden kann.
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Im
Stand der Technik sind Elektronik-bestückte Leiterplatten bekannt,
die mit ihrer Leiterplatten-Seitenkante direkt in einer Aufnahme-Buchsenleiste
eingesteckt werden kann. Diese aus der Personalcomputertechnik bekannten
ISA- oder PCI-Einsteckkarten sind nach diesem Prinzip aufgebaut
und aufgrund der über
die Leiterplatten-Seitenkante wirkende Steckkraft sehr zuverlässig und
beliebt. Nachteilig bei dieser Technik ist das direkte Kontaktieren der
Leiterbahnen der Leiterplatte mit den häufig hohen Anpresskräften der
Gegenkontakte eine Buchsenleiste, die diese Leiterbahnen zum Teil
beschädigte
und damit bei häufigem
Stecken und Ziehen zu Kontaktproblemen führt. Obwohl bei dieser Verwendung
keine hohen Ströme
Verwendung finden, waren diese Leiterbahnen häufig vergoldet, wodurch erhebliche
Kosten bei der Herstellung dieser im Teilbereich vergoldeten Leiterbahnen
der Leiterplatte entstanden. Darüber
hinaus war die maximale Anzahl an Kontaktstellen durch den Vorgegebenen
Kontakt-Buchsensockel vorgegeben, wobei auch bei Verwendung von
nur wenigen Kontakten die Leiterplatte am PC-Gehäuse in Relation zum Abstand
zur Buchsenleiste angeschraubt und damit fixiert werden musste.
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Aus
US 2002/0173202 A1 ist ein Printed Circuit Board Mounted Electrical
Connector offenbart, bei dem die Kontakte wie aus dem Stand der
Technik bekannt durch Leiterbahnen der Leiterplatte und der Leiterplatte
selbst als Kontaktträger
oder in einer weiteren Ausführungsform
separat mit der Leiterplatte zu verlötende Kontakte inklusive eines
separat in einem isolierten Gehäuse
vorgesehenen Kontaktträger vorgeschlagen
werden. Diese Anordnung geht insofern über den Stand der Technik von
ISA-Karten hinaus, dass in einer Ausnehmung der Leiterplatte ein separates
wesentlich dickeres Isoliergehäuse
als die Leiterplatte selbst im vorderen Steckbereich verwendet wird,
welches im Buchsen-Gegenstecker
eine dieser Gehäusegröße angepasste
Aussparung notwendig macht.
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In
der
US 6,666,694 B1 wird
gleichfalls wie in der zuvor beschriebenen Druckschrift eine Ausnehmung
in einer Leiterplatte vorgeschlagen, die mittels aneinander gereihter
Einzelsteckverbinder und umgebender Schirmgehäuse die Leiterplattendicke
im Steckbereich erheblich vergrößert. Hierbei
werden jeweils Leiterbahnen der Leiterplatte zu separaten Steckverbindern
zusammengefasst, was nicht nur den Bauraum sondern auch die Beanspruchung
der einzelnen Steckkontakte in Grenzen hält. Hinzu kommt, dass die Schirmgehäuse sich
zur seitlichen Justage in einem separaten Halte- und Ausrichtblech ausrichten,
was die Gesamthöhe
im Verhältnis
zur Leiterplattendicke im Steckbereich zusätzlich vergrößert. Auch
hierbei spielt ein Überstand
der Schirmgehäuse über die
Leiterplattenkante keine Rolle.
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Ein
den Überstand
eines Verbinders über
die Leiterplattenkante hinaus vermeidende Entwicklung ist aus der
US 4,717,218 A bekannt.
Dieser Verbinder füllt
die gesamte Ausnehmung in einer Leiterplatte aus und schließt mit der
Leiterplatte bündig
ab. Allerdings ist hierbei das die Kontakte umhüllende Isolierstoffgehäuse in einer
wesentlichen, die Dicke der Leiterplatte überschreitenden Bauhöhe ausgeführt, damit
die darin eingelagerten federnden Kontakte auf den Leiterbahnen
der Leiterplatte aufgesetzt werden können.
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Weiterhin
sind im Stand der Technik Steckverbinder bekannt, die mindestens
eine von einer Mehrzahl von Leiterbahnen einer Leiterplatte mit
Einzeladern eines Flachbandkabels oder mit einzelnen Anschlussdrähten verbinden.
Hierfür
werden häufig zusätzliche
Stift- und Buchsenstecker verwendet, um die Leiterplatte in einfachster
Weise von einem Anschlussteil zu trennen. Dabei sind diese Steckverbinder
in Form von isolierenden Kunststoffgehäusen und darin angeordneten
leitenden Metallteilen auf der Oberfläche einer Leiterplatte mit
Befestigungsmittel an dieser befestigt und kontaktieren parallel
zur Oberfläche
der Leiterplatte und in einem Abstand von der Oberfläche der
Leiterplatte miteinander.
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Häufig ist
auch die zur Verfügung
stehende Bauhöhe
eines solchen Steckverbinders begrenzt, weil bereits aufgrund einer
optimalen Nutzung eines Steckraumes elektronische kleine Bauteile
in SMD-Technik Verwendung finden. Diese Bauteile sind deshalb auch
häufig
auf beiden Leiterplattenseiten aufgelötet. Aus Gründen der Bauhöhe, die
zur optimalen Ausnutzung des Gesamteinbauraums eine wichtige Rolle
spielt, werden deshalb die Isoliergehäuse dieser Steckverbinder sehr
niedrig gehalten.
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Im
Stand der Technik sind auch Edge-Connectoren bekannt, die einesteils
mittels federnden Kontaktmitteln direkt mit mindestens einer der
Leiterbahnen auf dem Substrat der Leiterplatte kontaktieren, andernteils
aber durch deren Kontaktmittel die Leiterbahnen auf der Leiterplatte
beim Stecken oder Ziehen an deren Oberfläche oder sogar am Ende der Leiterbahn
beschädigen.
Dabei kontaktieren diese Edge-Connectoren Leiterbahnen auf beiden
Oberflächen
der Leiterplatte. Diese Edge-Connectoren sind in ihrer Ausrichtung
des Kontaktbereichs zu einer weiteren Leiterplatte häufig in
der Ebene der Leiterplattenoberfläche bzw. deren Dicke angeordnet,
so dass deren Bauhöhe
senkrecht zur Leiterplattenoberfläche sehr niedrig ist. Darüber hinaus
sind diese Edge-Connectoren mit Befestigungsmitteln versehen, die
beim Aufschieben auf die Leiterplattenkante in vorgesehene Bohrungen
einrasten, so dass diese Edge-Connectoren nicht ohne ein Lösen dieser
Befestigungsmittel von der Leiterplatte abgezogen werden können. Allerdings
ist deren Isoliergehäuse
aufgrund der Anpresskräfte
der Kontaktmittel auf die Leiterbahnen häufig in ein Oberteil und ein
damit verrastetes Unterteil zweigeteilt, um die darin angeordneten Metallteile
zu befestigen. Des weiteren sind diese Edge-Connectoren mit mehreren
Kontaktstellen einstückig
ausgeführt,
so dass bei ein und der gleichen Leiterplatte für den Anschluss von 3, 5 oder
7 Leiterbahnkontakte jeweils ein separater Edge-Connector in der
entsprechenden Breite der zu kontaktierenden Leiterbahnen Einsatz
findet.
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Aufgabe
ist es daher, einen Leiterplatten-Direktverbinder zu entwickeln,
der in seiner Bauhöhe sehr
niedrig baut und anstelle von Edge-Connectoren oder dem Direktstecken
der Leiterplattenkante einen Anschluss- bzw. Kontaktbereich zur
Verfügung stellt,
der in seiner Kontaktanzahl variabel vom Verwender gestaltet werden
kann und dennoch den Vorteil eines Direktsteckens wie bei ISA- oder
PCI-Einsteckkarten ermöglicht.
Dieser Leiterplatten-Direktverbinder
soll sowohl durch herkömmliche
Löten, Einpressen
THR- SMD- oder THT Löten
oder sogar durch eine Kombination von mehreren Verfahren mit der
Leiterplatte verbunden werden können.
Weiterhin ist trotz eines kleinen Rastmaßes aufgrund der Abstände der
Leiterbahnen zueinander eine hohe Stromübertragung und eine hohe Differenzspannung zwischen
den Kontakten zu berücksichtigen,
wobei das Potential pro Kontakt zusätzlich unterschiedlich sein
kann. Darüber
hinaus sollen die Kosten für
ein Vergolden der Kontakte dadurch gering gehalten werden, dass
die jeweiligen Kontakte aus einem partiell Oberflächen-vergoldeten
Metallblech als Stanzframes preiswert gestanzt oder aber aus einem
Flachdraht gefertigt und den jeweiligen Kontaktsegmenten in einfachster
Weise zugeführt
werden können.
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Die
Aufgabe wird durch einen Leiterplatten-Direktverbinder nach dem
Patentanspruch 1 gelöst.
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Die
Beschreibung des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird durch
die 1 bis 4 unterstützt. Dabei zeigt
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1 eine
komplette auf- bzw. eingelötete Anordnung
eines Direktverbinders an einem Endstück einer Leiterplatte
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2 ein
einzelnes Kontaktsegment mit der Anordnung der Metalle
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3 ein
einzelnes Kontaktsegment mit Rastmitteln zur kaskadierenden Befestigung
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4 Einzelheit
zur Befestigung des Endes des jeweiligen Metalls im Aufnahmegehäuse
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5 Anordnung
der einzelnen Metallteile eines Kontaktstücks
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- 1
- Leiterplatten-Direktverbinder
- 2
- Leiterplatte
mit einseitigen oder beidseitigen Leiterbahnen und eventuell notwenigen Durchkontaktierungen
- 3
- Ausschnitt
in der Leiterplatte
- 4
- Anfangskontaktstücksegment
- 5
- Kontaktstücksegment
- 6
- Endsegment
zur Isolation der Metalle
- 7
- Leiterplattendicke
- 8
- Tiefe
des Leiterplattenausschnitts
- 9
- Dicke
des vorderen Kontaktstücksegments
- 10
- Isolierkörper eines
Kontaktstücksegments
- 11
- Male-Rastmittel
- 12
- Female-Rastmittel
- 13
- Female
Rastmittel am Kontaktstückgehäuse
- 14
- Male-Rastmittel
am Kontaktstückgehäuse
- 15
- Unteres
Kontaktstück
- 16
- Oberes
Kontaktstück
- 17
- Einkerbung
zur Positionierung des Endes des Kontaktstücks
- 18
- Ausnehmung
in der Abdeckung für
das Herausführen
des Kontaktstücks
- 19
- Hintere Öffnung im
Isolierkörper
eines Kontaktstücksegments
- 20
- Endstück des oberen
Kontakts zur Befestigung mit der Leiterbahn der Leiterplatte
- 21
- Auflageebene
der Leiterplattenoberfläche
- 22
- Endstück des unteren
Kontakts zur Befestigung mit der Leiterbahn der Leiterplatte
- 23
- Vorderer
Kontaktbereich des oberen Kontaktmetalls
- 24
- Vorderer
Kontaktbereich des unteren Kontaktmetalls
- 25
- Obere
Isolierstoffüberdeckung
- 26
- Seitliche
Stege für
obere Isolierstoffüberdeckung
- 27
- Seitlicher
Kontaktstücksteg
zur Isolierstoffüberdeckung
- 28
- Vordere
Stoßkante
des Kontaktstücksegments
- 29
- Aufnahmeschlitz
-
In 1 wird
ein mit einer Leiterplatte 2 mittels Verlöten, Einpressen
oder einer Kombination von beiden Verbindungsverfahren angeordneter
Leiterplatten-Direktverbinder 1 auf einer Leiterplatte 2 dargestellt.
Hierzu ist der Leiterplatte 2 ein Ausschnitt 3 vorgesehen,
der in einer Ausschnitttiefe 8 passend zu einer Teilung
T des jeweiligen Leiterplatten-Direktverbinders 1 dessen
Ausschnitt 3 ausfüllt.
Die Kontaktdicke 9 des Leiterplatten-Direktverbinders 1 ist dabei
der Leiterplattendicke 7 angepasst und gleich dick. Der
Leiterplatten-Direktverbinder 1 setzt sich dabei aus einem
einseitig geschlossenen Kontaktstücksegment 4 und einer
je nach Bedarf notwendigen Anzahl von Kontaktstücksegmenten 5 und
einem Endsegment 6 zusammen. Diese werden miteinander mittels
Rastmitteln 11, 12, 13 bis 13'' und 14 bis 14'' aneinander befestigt. Somit lassen
sich die Kontaktsegmente beliebig kaskadierend befestigen, wobei
dabei die Teilung T gewährleistet
bleibt. Das Kontaktsegment 4 hat an dessen zur seitlichen
Leiterplatte 2 zeigenden Seitenwand ohne Rastmittel 11, 14, 14', 14'' vorgesehenen Außenwand
keine Rastmittel, so dass der Ausschnitt 3 in der Leiterplatte 2 der
Gesamtbreite der aneinander gesetzten Kontaktstücksegmente 4, 5, 6 in
deren Gesamtmaß angepasst werden
kann. Entsprechend ist das Endsegment 6 gleichfalls zur
seitlichen Leiterplatte 2 ohne Rastmittel zur Befestigung
ausgeführt.
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Die
Außengeometrie
ist vorteilhaft grade und glatt ausgeführt, damit eine Automatenmontage
mittels Saugpipetten ein Fassen und zielgenaues Setzen auf der Leiterplatte 2 ermöglicht.
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In 2 wird
ein einzelnes Kontaktstücksegment 5 dargestellt,
welches aus einem Kontaktstück-Isolierkörper 10 und
eingesetzten Kontaktmetallen 16, 15 besteht. Die
geometrische Form des Kontakstück-Isolierkörper 10 ist
dabei so gestaltet, dass quer zur Kontakterstreckung parallel zur
Leiterplattenoberfläche 21 ein
vorstehender Steg 27 vorgesehen ist, die in ihrer Kontur
in einen schmalen Aufnahmeschlitz eingesteckt werden kann, der von
parallel zueinander angeordnete seitlichen Stege 25, 26 des
benachbarten Kontaktstücksegments 5 nach 3 gebildet
sind. Jedes Kontaktstücksegment 5 wie
auch das Anfangskontaktstücksegment 4 besitzt die
vorstehende seitliche Kontaktstückwand 27.
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Beim
Zusammenschieben der Kontaktstücksegmente 5 taucht
der seitliche Steg 27 in den sich bildenden Aufnahmeschlitz 29 der
durch seitlichen Wandungen 25, 26 nach 3 gebildet
wird. Diese Überdeckung
sorgt für
ausreichende Luft- und Kriechstromstrecken bei hohen Spannungs-/Strombeanspruchungen
der Kontaktstücke 15, 16.
Zur Stoßkante 28 hin
werden die Kontakte 15, 16 in einer Hinterschneidung 17 gehalten,
so dass die vordere Kante des Kontakts 15, 16 beim
Einschieben in eine nicht dargestellte Buchsenleiste herausgehebelt werden
kann. Vorteilhaft ist auch die Ausgestaltung der Stoßkante 28 der
einzelnen Kontaktstücksegmente 5,
in dem diese gegenüber
einer sonst üblichen
Leiterplatte 2 abgeschrägte
Flächen
besitzt.
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Zur
kaskadierenden Befestigung der Kontaktstücksegmente 5 miteinander
sind Rastmittel 13, 13', 13'' auf
der einen Seite nach 3 und der entsprechend dazu
fluchtende Gegenpart 14, 14', 14'' auf
der anderen Seite nach 2 des jeweiligen Kontaktstücksegments 5 vorgesehen.
Diese Rastmittel erzeugen mit dem jeweilig benachbarten Kontaktstücksegment 5 einen
kompakten Leiterplatten-Direktverbinder 1.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Kontaktstücksegments 5 mit
darin eingesetzten Kontakten 15, 16. Der Kontaktstück-Isolierkörper 10 wird
auf der Oberseite einer Leiterplatte 2 aufgesetzt, so dass dessen
Unterseite 21 auf der Leiterplattenoberfläche aufliegt.
Die seitliche Darstellung nach 4 verdeutlicht
den vertikalen Versatz des Anschlussstücks mit den eingeschobenen
Kontakten 15, 16, wobei die zum Leiterplattenausschnitt 3 zeigende
Kontaktbereich mit den zur jeweiligen Leiterplattenoberseite offenen
Kontakte genau in der Ebene der Leiterplatte angeordnet ist. Dabei
wird die Dicke 9 der Leiterplatte 2 durch den
vorderen Kontaktbereich nicht überschritten.
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5 zeigt übereinander
angeordnete Kontakte 15, 16 die entsprechend der
Aufnahmenut im Isolierkörper 10 des
Kontaktstücks 5 abgewinkelt dargestellt
sind. Diese Kontakte 15, 16 werden vorteilhaft
aus einem Flachdraht gebogen und partiell vergoldet oder aus einem
partiell oberflächenvergoldeten
gut leitenden Messingblech gefertigt. Dabei ist das eine Ende dieser
Kontakte 15, 16 derart umgebogen, dass die doppelte
Materialstärke
zu einem Einpresskontakt oder zu einem Auflagekontakt geformt werden
kann, der der SMD-Technik genügt
und derart geformt werden kann.