DE102008048087A1

DE102008048087A1 - Elektrische Vorrichtung mit Federkraftklemme und deren Verwendung für eine Leiterplatte

Info

Publication number: DE102008048087A1
Application number: DE102008048087A
Authority: DE
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung 1 mit einer Leiterplatte 3 und einer Federkraftklemme 18, 21 zum Klemmen eines elektrischen Leiters. Die Federkraftklemme 18, 21 wirkt mit ihrem Klemmschenkel 11 im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte 3. Zur Aufnahme des elektrischen Leiters 13 ist eine Leiteraufnahme 15 vorgesehen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteraufnahme 15 zumindest teilweise in der Federkraftklemme 18, 21 selbst vorgesehen ist. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Federkraftklemme 18, 21 zur Montage auf einer Leiterplatte 3, wobei die Federkraftklemme 18, 21 einen im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte 3 wirkenden Klemmschenkel 11 zum Klemmen eines elektrischen Leiters 13 umfasst und zur Aufnahme des elektrischen Leiters 13 eine Leiteraufnahme 15 vorgesehen ist, wobei die Leiteraufnahme 15 zumindest teilweise in der Federkraftklemme 18, 21 selbst vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung mit Leiterplatte und Federkraftklemme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung der Federkraftklemme für eine Leiterplatte gemäß Anspruch 24.
Federkraftklemmen zum Anschluss von elektrischen Leitern sind allgemein bekannt. Ein häufig genutztes Prinzip beruht darauf, dass der Leiter mittels Federkraft gegen einen stromleitenden Balken gedrückt wird. Für den Anschluss von Leitern mit Federkraftklemmen an eine Leiterplatte haben sich verschiedene Lösungsvarianten etabliert. Beispiele hierfür finden sich beispielsweise im Katalog „Leiterplattenanschlusstechnik, Elektronikgehäuse, Combicon 2007" von Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Seite 81 und 89.
Der stromleitende Balken kann auch ein Schenkel der Federkraftklemme selbst sein, wie zum Beispiel die DE 10153170 C1 offenbart. Dies schränkt allerdings die Materialauswahl für die Federkraftklemme ein, denn das Material muss nicht nur entsprechende mechanische Eigenschaften für die Federwirkung aufweisen, sondern zusätzlich über geeignete elektrische Leiteigenschaften verfügen.
Wird der stromleitende Balken gemäß der DE 298 15517 U1 nicht durch einen Federschenkel der Federkraftklemme selbst gebildet, so sind für den elektrischen Kontakt von dem stromleitenden Balken zu der Leiterbahn der Leiterplatte funktionell separate Bauteile wie Lötstifte vorzusehen. Damit die Federkraftklemme den Leiter auch tatsächlich gegen den stromleitenden Balken drückt, muss ferner die Federkraftklemme mit dem stromleitenden Balken verbunden oder zumindest ihm gegenüber positioniert und fixiert werden. Letzteres erfolgt durch ein entsprechendes Gehäuse.
Die JP 9102340 offenbart einen anderen Lösungsansatz für den Anschluss eines Leiters an die Leiterplatte. Nach der Lehre der JP 9102340 ist eine Federkraftklemme in einem mit der Leiterplatte verbundenen Gehäuse vorgesehen. Die Feder kraftklemme umfasst einen an der inneren Gehäuseoberseite befestigten Anlageschenkel und einen damit verbundenen Klemmschenkel. Der Klemmschenkel wirkt in Richtung der Leiterplatte und drückt einen angeschlossenen elektrischen Leiter direkt auf die Leiterbahn der Leiterplatte. Dies hat den Vorteil, dass auf einen separaten stromleitenden Balken verzichtet werden kann. Dadurch wird einerseits die elektrische Vorrichtung vereinfacht, da kein Bauteil der Vorrichtung zusätzlich elektrisch mit der Leiterbahn verbunden werden muss. Darüber hinaus muss das Gehäuse nicht mehr dafür sorgen, dass die Federkraftklemme gegenüber dem stromleitenden Balken positioniert und fixiert wird. Dennoch wird auch bei dieser Lösung nach wie vor ein Gehäuse benötigt, um die Federkraftklemme zu halten und den elektrischen Leiter zu führen.
Der Erfindung liegt ausgehend von der JP 9102340 die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Vorrichtung mit Federkraftklemme zu entwickeln, deren Gehäuse weniger Funktionen übernehmen muss und sich daher einfacher gestalten lässt. Zusätzlich stellt sich die Aufgabe, eine für die Montage auf einer Leiterplatte und zum Anschluss eines Leiters an eine Leiterplatte geeignete Federkraftklemme anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der elektrischen Vorrichtung des Anspruchs 1 sowie die Merkmale des Anspruchs 24 gelöst.
Die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung umfasst eine Leiterplatte und eine Federkraftklemme mit einem im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte wirkenden Klemmschenkel zum Klemmen eines elektrischen Leiters, wobei zur Aufnahme des elektrischen Leiters eine Leiteraufnahme vorgesehen ist. Dabei ist die Leiteraufnahme zumindest teilweise in der Federkraftklemme selbst vorgesehen.
Wenn sich die Leiteraufnahme in der Federkraftklemme selbst befindet, braucht das Gehäuse diese Funktion nicht mehr zu übernehmen. Dadurch lässt sich das Gehäuse einfacher ges talten. Das hat den Vorteil, dass es mit geringerem Aufwand und damit kostengünstiger herstellen lässt.
Ein Gehäuse ohne Leiteraufnahme kann ferner kleiner gestaltet werden. Ein kleineres Gehäuse hat den Vorteil, den Anforderungen zunehmender Miniaturisierung im Gerätebau gerecht zu werden. Darüber hinaus erweist sich ein kleineres Gehäuse in solchen Anwendungen als vorteilhaft, in denen sich die zu kontaktierende Leiterbahn nicht an den äußeren Rand der Leiterplatte führen lässt. Denn in diesem Fall wird der zur Verfügung stehende Raum für das Gehäuse zusätzlich durch umgebende Bauteile auf der Platine, wie beispielsweise Kondensatoren, Widerstände o. ä., begrenzt.
Eine weitere Reduzierung der Baugröße der elektrischen Vorrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass eine Federkraftklemme in Art einer geschlossenen Schleife eingesetzt wird, die mit einem ersten Federschenkel beginnt und mit dem Klemmschenkel endet. Diese Art von Federkraftklemmen ist quasi selbsttragend. Sie bilden ein in sich geschlossenes Kraftsystem. Das heißt sie brauchen zur mechanischen Stabilisierung bzw. zur Kraftaufnahme kein Gehäuse mehr. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass auf ein Gehäuse komplett verzichtet werden kann. Damit besteht die elektrische Vorrichtung zum Klemmen eines elektrischen Leiters nur noch aus einem Teil: der Federkraftklemme. Letztlich bestimmt die räumliche Ausdehnung der Federkraftklemme die Ausdehnung der elektrischen Vorrichtung, zumal sich die Federkraftklemme im Wesentlichen nur auf einer Seite der Leiterplatte erstreckt. Dadurch kann diese Vorrichtung noch kleiner gebaut und noch einfacher und damit kostengünstiger hergestellt werden. Darüber hinaus wird die Montage der Federkraftklemme auf der Leiterplatte erleichtert, da keine gesonderten Befestigungseinrichtungen für das Gehäuse mehr vorgesehen werden müssen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Federkraftklemme eine Schenkelfederklemme ist. Daraus ergibt sich ein Vorteil beim Anschließen von flexiblen Leitern mit Aderendhülse oder starren Leitern. Diese Leiter lassen sich ohne zu Hilfenahme eines Werkzeugs bzw. ohne Betätigung eines Öffners direkt in die Federkraftklemme einschieben. Dadurch vereinfacht sich der Anschluss der Leiter und die Anschlusszeit wird verkürzt. Dies ist insbesondere in solchen Anwendungen von Vorteil, bei denen eine Vielzahl von Leitern angeschlossen werden muss, weil die Anschlusszeiten durch das werkzeuglose Direktstecken der Leiter erheblich reduziert werden. Dies ist oft in Anwendungen der Telekommunikation gegeben.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federkraftklemme an einer Kante der Leiterplatte über einen in die Leiteraufnahme ragenden Vorsprung befestigt ist. Dies ist bei der Montage der Federkraftklemme auf der Leiterplatte von Vorteil, denn die Federkraftklemme kann auf diese Weise ohne zu Hilfenahme eines Gehäuses oder ähnlicher Einrichtung und ohne zu Hilfenahme eines Werkzeugs auf der Leiterplatte fixiert werden. Das reduziert die Montagezeit.
Zusätzlich sind die Fertigungskosten von der elektrischen Vorrichtung geringer, weil die Leiteraufnahme der Federkraftklemme gleichzeitig zur Fixierung der Federkraftklemme an der Leiterplatte dient und daher auf eine separate Aufnahme verzichtet werden kann.
Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist die Tatsache, dass sich der in die Leiteraufnahme ragende Vorsprung an nahezu beliebiger Stelle auf der Leiterplatte befinden kann, beispielsweise auch an einer entsprechenden fensterartigen Aussparung mitten auf der Leiterplatte. Das hat den Vorteil, dass auch Anwendungen realisiert werden können, die es aufgrund ihrer Leiterbahnenstruktur nicht gestatten, einen notwendigen Anschluss für einen Leiter an den äußeren Rand der Leiterplatte zu legen.
Da sich die Federkraftklemme selbsttätig durch ihre eigene Federkraft auf der Leiterplatte hält, also beispielsweise nicht verlötet oder verklebt werden muss, lässt sie sich jederzeit, auch nachträglich montieren. Das erhöht die Flexibilität für den Anwender, der die Anschlüsse der jeweiligen Applikation individuell anpassen kann.
Darüber hinaus erfolgt bei dieser Weiterbildung die Montage der Federkraftklemme auf der Leiterplatte alleine über einen Vorsprung, das bedeutet, es sind keine Löcher in der Leiterplatte erforderlich. Dadurch erhöht sich die Flexibilität bei der Bestückung von Bauteilen auf der Leiterplatte sowie bei der Struktur der Leiterbahnen. Insbesondere lassen sich dadurch beispielsweise mehrere Leiterbahnen auf engerem Raum auf der Leiterplatte positionieren. Die elektronische Struktur kann insgesamt dichter gepackt werden. Dadurch lassen sich kleinere Leiterplatten bei gleichem Leistungs- und Funktionsspektrum realisieren, was wiederum der zunehmenden Miniaturisierung im Gerätebau gerecht wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Federkraftklemme einen oder mehrere in Öffnungen der Leiterplatte eintauchende Dorne. Diese Ausführung ist für Anwendungen mit größeren Leiterquerschnitten von Vorteil. Solche Leiter können unter Umständen stärkere Zugkräfte auf die Federkraftklemme ausüben. Die Dorne wiederum halten die Federkraftklemme auch bei größeren Zugkräften sicher in ihrer Position. Insbesondere kann durch zwei oder mehrere Dorne ein Verdrehen der Federkraftklemme bei zur Seite ziehenden Leitern verhindert werden.
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Dorne über die Leiterplatte ragen. Wird der elektrische Leiter in die Leiteraufnahme der Federkraftklemme eingeführt, stößt er irgendwann an diese Dorne. Das bedeutet, die Dorne stellen ein Anschlagelement für den elektrischen Leiter dar und erleichtern damit die Positionierung des abisolierten Leiters auf der Leiterbahn. Durch die genaue Positionierung des Leiters kann der Leiter sehr exakt einer Leiterbahn oder einem Leiterbahnbereich zugeordnet werden. Insbesondere wird dadurch sicher verhindert, dass der Leiter eine falsche Leiterbahn trifft, Leiterbahnen kurzgeschlossen werden oder das Aufliegen der Isolation des Leiters auf einer Leiterbahn. Die vorgenannte Ausführung ist somit insbesondere dann von Vorteil, wenn die anzuschließenden elektrischen Leiter sehr genau auf einer Leiterplat te zu positionieren sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Anschluss von elektrischen Leitern in einem mit Bauteilen dicht bestückten Leiterplattenplattenbereich erforderlich ist beziehungsweise in diesem Bereich Leiterbahnen sehr dicht beieinander liegen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausnehmung für die Leiteraufnahme in der Federkraftklemme rechteckig. Das ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Leiteraufnahme gleichzeitig als Befestigungsmittel für die Federkraftklemme an der Leiterplatte dient, dadurch dass ein Vorsprung der Leiterplatte in die Leiteraufnahme eintaucht. Bei einer auf der Leiterplatte montierten Federkraftklemme liegt dann eine Seite der Ausnehmung plan auf der Unterseite der Leiterplatte auf. Sind der Vorsprung der Leiterplatte und die Ausnehmung zusätzlich in ihrer Breite aufeinander abgestimmt, bedeutet das, dass der Vorsprung vom Klemmschenkel der Federkraftklemme nahezu ohne Spiel geklemmt wird. Durch die plane Auflage sowie die vorgenannte geometrische Abstimmung ist die montierte Federkraftklemme besonders unempfindlich gegen Vibrationen und Erschütterungen. Das ist für solche Anwendungen von Vorteil, bei denen die Leiterplatte mit vormontierter Federkraftklemme zum Kunden transportiert wird.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Federkraftklemme derart gestaltet, dass über den Klemmschenkel der elektrische Leiter direkt auf eine Leiterbahn der Leiterplatte klemmbar ist. Dadurch lässt sich für den elektrischen Anschluss des Leiters ein minimaler Übergangswiderstand realisieren. Dies ist vor allem für Anwendungen mit kleineren Strömen von Vorteil, wie beispielsweise bei der Datenübertragung in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik.
In einer Ausführung der Erfindung ist die Federkraftklemme in ihrem Querschnitt an mindestens einer Stelle geschwächt. Dadurch lässt sich ein homogener mechanischer Spannungsverlauf in der Federkraftklemme erreichen. Gerade bei Feder kraftklemmen in Art einer geschlossenen Schleife bildet die Federkraftklemme selbst zwischen ihrem Klemmschenkel und dem ersten Federschenkel einen Hebelarm. Wird die Federkraftklemme betätigt, führt die Wirkung des Hebelarms dazu, dass die Bereiche der Federkraftklemme nahe dem ersten Federschenkel stärker beansprucht werden, als die Bereiche nahe dem Klemmschenkel. Die stärkere Beanspruchung führt unter anderem zu einer schnelleren Materialermüdung der Bereiche nahe dem ersten Federschenkel. Ferner tragen die Bereiche nahe dem Klemmschenkel aufgrund der geringen Beanspruchung kaum zur Aufbringung der Klemmkraft bei. Daraus folgt eine bezogen auf die Baugröße der Federkraftklemme reduzierte Federkapazität.
Wird der Querschnitt der Federkraftklemme an geeigneten Stellen geschwächt, beispielsweise um die Wirkung des Hebelarms zu reduzieren, lässt sich der mechanische Spannungsverlauf in der Federkraftklemme verändern. Dadurch kann schließlich erreicht werden, dass die Bereiche der Federkraftklemme nahezu gleichmäßig beansprucht werden. Dadurch lassen sich Bereiche mit überdurchschnittlicher Materialermüdung vermeiden. Dies ist insbesondere für kleinere Federkraftklemmen in Anwendungen mit kleineren Leiterquerschnitten von Vorteil, da diese aus dünneren Federblättern gebogen werden.
Ein weiterer Vorteil des homogenen mechanischen Spannungsverlaufs in der Federkraftklemme ergibt sich aus der Tatsache, dass hierbei nahezu alle Bereiche der Federkraftklemme zur Federkraftwirkung beitragen. Mit anderen Worten erhöht sich dadurch die Federkapazität. Andersherum betrachtet, kann eine Federkraftklemme mit homogenem mechanischen Spannungsverlauf bei gleicher Federkapazität kleiner gebaut werden. Das ist vor allem für solche Anwendungen von Vorteil, bei denen der zur Verfügung stehende Raum für die elektrische Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Leiters auf der Leiterplatte sehr begrenzt ist. Dies ist vor allem bei kleinen Geräten oder solchen mit Leiterplatten mit einer sehr hohen Packungsdichte elektronischer Bauteile der Fall.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich an den Klemmschenkel ein Bogenstück anschließt, wobei das Bogenstück eine Aufnahme für ein Betätigungswerkzeug, beispielsweise einen Schraubendreher oder einen Knopf, zur Auslenkung des Klemmschenkels umfasst. Im Falle einer Zugfederklemme muss der Klemmschenkel für den Anschluss eines elektrischen Leiters ausgelenkt werden, nämlich um den elektrischen Leiter in die Leiteraufnahme der Federkraftklemme einzuschieben zu können. Bei einer Schenkelfederklemme muss der Klemmschenkel zum Lösen des elektrischen Leiters ausgelenkt werden. In beiden Fällen wird durch die Aufnahme im Bogenstück die Betätigung der Federkraftklemme erleichtert, da das Betätigungswerkzeug in der Aufnahme sicher positioniert und fixiert werden kann. Das ist vor allem von Vorteil, wenn die Federkraftklemme größer gebaut ist und damit die Betätigungskräfte zum Auslenken des Klemmschenkels höher sind. Dann könnte der erhöhte Kraftaufwand leicht dazu führen, dass das Betätigungswerkzeug von der Federkraftklemme abrutscht und benachbarte Bereiche der Leiterplatte oder Bauteile auf der Leiterplatte beschädigt.
Gleichermaßen ergibt sich ein Vorteil für solche Anwendungen, in denen die Federkraftklemme nur eingeschränkt zugänglich ist. Vor allem in solchen Fällen ist der Einsatz eines Betätigungswerkzeugs zum Auslenken des Klemmschenkels zwingend erforderlich. Bei eingeschränktem Zugang zur Federkraftklemme ist auch die Sicht auf das Bogenstück eingeschränkt, so dass sich ein Betätigungswerkzeug nur schwer auf einem Bogenstück ohne Aufnahme korrekt positionieren ließe.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht zwischen der Leiterplatte und der Federkraftklemme einen Leiterplattenschutz vor. Dieser dient in erster Linie zur mechanischen Stabilisierung der Leiterplatte. Die Kräfte, die zum Betätigen der Federkraftklemme beim Auslenken des Klemmschenkels ausgeübt werden, wirken zumindest teilweise in Richtung auf die Leiterplatte. Der zuletzt genannte Kräfteanteil wird durch den Leiterplattenschutz gedämpft. Das gilt insbesondere bei der Ausführung, bei der der Leiterplattenschutz als plattenförmiges Element ausgebildet ist. Dabei werden die durch eine Auslenkung der Klemmfeder erzeugten, verhältnismäßig punktuell wirkenden Kräfte auf die gesamte Fläche des Leiterplattenschutzes verteilt. Dadurch lässt sich der Druck auf die Leiterplatte pro Flächeneinheit unter ein kritisches Maß reduzieren, so dass die Leiterplatte nicht beschädigt wird. Über die Fläche des plattenförmigen Elements, lässt sich die Dämpfungswirkung der Höhe des ausgeübten Drucks auf die Leiterplatte sowie der Druckempfindlichkeit der Leiterplatte individuell anpassen. Noch weiter lässt sich die Dämpfungswirkung steigern, wenn für den Leiterplattenschutz ein Kunststoff oder ein Elastomer verwendet wird. Diese Materialien können aufgrund ihrer elastischen Materialeigenschaften einen Teil der Kräfte sogar in sich selbst auffangen beziehungsweise dämpfen. Der Leiterplattenschutz ist bei Anwendungen mit größeren Federkraftklemmen von Vorteil, da bei ihnen auch größere Kräfte für die Betätigung der Federkraftklemme erforderlich sind.
Die Schutzwirkung des Leiterplattenschutzes lässt sich noch weiter steigern, wenn sich der Leiterplattenschutz über die Ober- und Unterseite der Leiterplatte erstreckt. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn überdurchschnittlich hohe Kräfte wirken oder die Leiterplatte mechanisch sehr empfindlich ist. Dabei soll der Leiterplattenschutz im Bereich der Leiterbahn eine Aussparung definieren, damit der elektrische Leiter weiterhin direkt auf die Leiterbahn geklemmt werden kann. Alternativ ist es auch möglich einen beidseitigen Leiterplattenschutz ohne diese Aussparung vorzusehen. Allerdings wird dann, der elektrische Leiter gegen eine Seite des Leiterplattenschutzes geklemmt. Daher muss in diesem Fall der Leiterplattenschutz mit der zu kontaktierenden Leiterbahn elektrisch leitend verbunden werden. Besteht der Leiterplattenschutz zudem aus Kunststoff oder einem Elastomer, so muss zusätzlich ein elektrisches Verbindungselement vom elektrischen Leiter zur Leiterbahn eingesetzt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich dann, wenn der beidseitige Leiterplattenschutz mit Aussparung, zumindest auf der Seite mit der Aussparung eine Dicke aufweist, die in der gleichen Größenordnung wie der Durchmesser des elektrischen Leiters liegt. Dann begrenzt die Aussparung zusätzlich zur Leiteraufnahme stark die laterale Bewegungsmöglichkeit des elektrischen Leiters. Dadurch wird der elektrische Leiter innerhalb der Ebene der Leiterplatte quasi zwangsweise auf der Leiterbahn positioniert. Damit wirkt die Aussparung sowohl als Führung als auch als Fixierung für den elektrischen Leiter. Das ist vor allem für Anwendungen mit sehr dünnen, flexiblen elektrischen Leitern von Vorteil. Diese Leiter haben häufig zu wenig Eigenstabilität, um sich positionsgenau in ihre Endposition bringen zu lassen. In ähnlicher Weise gilt dieser Vorteil für sehr dicke, starre elektrische Leiter, da die sehr geringe Flexibilität solcher Leiter ein positionsgenaues Einbringen des Leiters in die Federkraftklemme deutlich erschwert. Die beschriebenen Vorteile der Führungseigenschaft der Aussparung kommen vor allem in solchen Anwendungen zum Tragen, in denen sich die elektrische Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Leiters an einer schwer beziehungsweise nicht einfach direkt zugänglichen Stelle auf der Leiterplatte befindet, zum Beispiel nicht am äußeren Rand, sondern mittig auf der Leiterplatte.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht einen Leiterplattenschutz vor, der eine Nase aufweist, welche in die Leiteraufnahme der Federkraftklemme eintaucht. Diese Nase dient als Befestigungsmittel für die Federkraftklemme auf der Leiterplatte. Diese Ausführung ist für solche Anwendungen von Vorteil, die keinen Vorsprung der Leiterplatte gestatten, der alternativ zur Befestigung der Federkraftklemme auf der Leiterplatte dienen kann. Die Ausführung mit der Nase an dem Leiterplattenschutz eignet sich insbesondere zur Nachrüstung, da es für den Einsatz der elektrischen Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Leiters auf der Leiterplatte in diesem Fall keiner baulichen Veränderung der Leiterplatte bedarf. Darüber hinaus lässt sich die Nase am Leiterplattenschutz fertigungstechnisch einfacher und damit kostengünstiger herstellen, als ein Vorsprung an der Leiterplatte. Dies gilt vor allem, da sich der Leiterplattenschutz mit der Nase als einfaches Spritzgussteil herstellen lässt.
Die Vorteile einer Weiterbildung der Erfindung, die einen oder mehrere Stege des Leiterplattenschutzes vorsehen, die in Öffnungen der Leiterplatte eintauchen, sind analog zu den Vorteilen, die zuvor bei der Ausführung mit Dornen an der Federkraftklemme beschrieben wurden.
Die Vorteile einer Weiterbildung der Erfindung, die einen Leiterplattenschutz vorsehen, der einen Anschlag für den elektrischen Leiter umfasst sind analog zu den Vorteilen, die zuvor bei der Ausführung mit dem Anschlagelement beschrieben wurden, das die Dorne bei der Federkraftklemme aufweisen.
Alle beschriebenen Vorteile der elektrischen Vorrichtung in den verschiedenen Weiterbildungen, insbesondere in der Ausführungsform gemäß Anspruch 1 gelten auch für die Verwendung einer Federkraftklemme zur Montage auf einer Leiterplatte gemäß Anspruch 24 sowie aller Weiterbildungen dieser Verwendung.
Die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung mit Leiterplatte und Federkraftklemme sowie der Anschluss eines elektrischen Leiters in der elektrischen Vorrichtung sind nachstehend in Ausführungsbeispielen beispielhaft beschrieben und zeichnerisch dargestellt.
Es zeigen
1 eine erste erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung umfassend eine Leiterplatte und zwei Zugfederklemmen, wobei an die rechte Zugfederklemme ein elektrischer Leiter direkt auf die Leiterbahn geklemmt ist, in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die Oberseite der Leiterplatte,
2 die elektrische Vorrichtung aus 1 mit Blick auf die Unterseite der Leiterplatte,
3 eine zweite erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung umfassend eine Leiterplatte und zwei Schenkelfederklemmen, wobei an eine Schenkelfederklemme ein elektrischer Leiter direkt auf die Leiterbahn geklemmt ist, in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die Unterseite der Leiterplatte,
4 eine Weiterbildung der ersten erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung umfassend eine Leiterplatte, eine Zugfederklemme sowie einen Leiterplattenschutz mit einer Nase in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die Unterseite der Leiterplatte und
5 die elektrische Vorrichtung aus 4 in Seitenansicht.
Die 1 bis 3 zeigen eine elektrische Vorrichtung 1. Sie umfasst eine Leiterplatte 3 mit einer Oberseite 5 und einer Unterseite 7. Ferner umfasst die elektrische Vorrichtung 1 eine Federkraftklemme 9 mit einem im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte wirkenden Klemmschenkel 11 zum Klemmen eines elektrischen Leiters 13. Um den mechanischen Spannungsverlauf in der Federkraftklemme 18, 21 zu homogenisieren, wird der Querschnitt der Federkraftklemme 18, 21 an mindestens einer Stelle geschwächt (hier nicht gezeigt). Bei allen gezeigten Ausführungen sind die Federkraftklemmen 9 derart gestaltet, dass der elektrische Leiter 13 direkt auf einer Leiterbahn 14 der Leiterplatte 3 geklemmt wird. Dies ist insbesondere aus 2 ersichtlich. Ebenso sind Varianten der elektrischen Vorrichtung 1 denkbar, bei denen der elektrische Anschluss des elektrischen Leiters 13 über ein elektrisches Verbindungselement (hier nicht gezeigt) auf die Leiterbahn 14 erfolgt. Zur Aufnahme des elektri schen Leiters 13 ist in der Federkraftklemme 18, 21 eine Leiteraufnahme 15 vorgesehen. Die hier gezeigten Federkraftklemmen 9 sind in Art einer geschlossenen Schleife ausgeführt, die mit einem ersten Federschenkel 16 beginnt und mit dem Klemmschenkel 11 endet. Die Leiteraufnahme 15 fungiert in allen in den 1 bis 5 gezeigten Federkraftklemmen 9 gleichzeitig als Befestigungsmittel 17 der Federkraftklemme 18, 21 an der Leiterplatte 3.
Die 1 und 2 zeigen eine Ausführung, in der die Federkraftklemme 18, 21 eine Zugfederklemme 18 ist. Die Zugfederklemme 18 liegt mit ihrem ersten Federschenkel 16 plan auf der Oberseite 5 der Leiterplatte 3 auf. Die Leiteraufnahme 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine rechteckige Ausnehmung 15 in dem Klemmschenkel 11 vorgesehen. In anderen hier nicht gezeigten Ausführungsformen der Federkraftklemme 18, 21 kann die Leiteraufnahme 15 auch in anderer Form und an anderer Stelle der Federkraftklemme 18, 21 vorgesehen sein.
3 zeigt eine zweite Ausführung der elektrischen Vorrichtung 1, in der die Federkraftklemme 18, 21 eine Schenkelfeder 21 ist. In der hier gezeigten Variante befindet sich eine rechteckige Ausnehmung 15 als Leiteraufnahme 15 für einen elektrischen Leiter 13 im ersten Federschenkel 16 der Schenkelfeder 21.
In den Ausführungsbeispielen der elektrischen Vorrichtung 1, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, erfolgt die Befestigung der Federkraftklemmen 9 an einer Kante 22 der Leiterplatte 3 über einen Vorsprung 23, der in die Leiteraufnahme 15 hineinragt. Die hier gezeigten Vorsprünge 23 sind alle rechteckig und damit in ihrer Form auf die rechteckige Ausnehmung 15 abgestimmt. Auf diese Weise wird der Vorsprung 23 von dem Klemmschenkel 11 der Federkraftklemme 18, 21 nahezu ohne Spiel geklemmt. Die Vorsprünge 23 der Ausführungsbeispiele in den 1 bis 3 entstanden alle durch einen zweifachen Einschnitt in die Kante 22 der Leiterplatte 3. Ebenso sind aber auch andere Formen und Her stellungsvarianten denkbar. Entscheidend für eine Befestigung der Federkraftklemme 18, 21 auf der Leiterplatte 3 durch das Zusammenspiel von Leiteraufnahme 15 und Vorsprung 23 ist lediglich die entsprechende Abstimmung der Größe von Vorsprung 23 und Leiteraufnahme 15 zueinander.
1 und 2 zeigt auf der rechten Seite eine Zugfederklemme 18 mit zwei Dornen 25. Die Dorne 25 entstanden durch seitliches Abscheren an den Seiten des ersten Federschenkels 16. Die Dome 25 tauchen in Öffnungen 27 der Leiterplatte 3 ein, wobei die räumliche Lage und Größe der Dorne 25 und der Öffnungen 27 entsprechend zueinander abgestimmt sind.
Ferner umfasst die Zugfederklemme 18 auf der jeweils rechten Seite der 1 und 2 eine Aufnahme 29 für ein Betätigungswerkzeug (z. B. ein Schraubendreher, hier nicht gezeigt). Die Aufnahme 29 befindet sich in dem Bogenstück 31, das sich an den Klemmschenkel 11 anschließt. Bei der Betätigung wird eine Kraft auf die Zugfederklemme 18 derart ausgeübt, dass der Klemmschenkel 11 ausgelenkt wird. In diesem ausgelenkten Zustand des Klemmschenkels 11 ist es möglich, den elektrischen Leiter 13 in die Leiteraufnahme 15 einzuführen.
Die 4 und 5 zeigen einen Leiterplattenschutz 33, der unter anderem der mechanischen Stabilisierung der Leiterplatte 3 dient. Er kann aus nahezu beliebigem Material bestehen, beispielsweise aus Kunststoff oder einem Elastomer. In dieser Ausführung befindet sich der Leiterplattenschutz 33 zwischen der Zugfederklemme 18 und der Oberseite 5 der Leiterplatte 3. Der Leiterplattenschutz 33 kann als plattenförmiges Element vorgesehen sein (hier nicht gezeigt).
Der Leiterplattenschutz 33, der in den 4 und 5 gezeigt ist, weist eine Nase 35 auf. Die Nase 35 und die Leiteraufnahme 15 im Klemmschenkel 11 der Zugfederklemme 18 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Nase 35 in die Leiteraufnahme 15 eintauchen kann. Auf diese Weise lässt sich die Zugfederklemme 18 über das Zusammenwirken von Klemmschenkel 11 und Nase 35 auf dem Leiterplattenschutz 33 und damit auf der Leiterplatte 3 befestigen. Darüber hinaus ist an zwei Seiten des Leiterplattenschutzes 33 jeweils ein Steg 37 abgeschert. Die Stege 37 korrespondieren in Lage und Größe zu entsprechenden Öffnungen in der Leiterplatte 3 (hier nicht gezeigt), in die sie hineintauchen.
Alternativ kann sich der Leiterplattenschutz 33 auch noch zusätzlich über die Unterseite 7 der Leiterplatte 3 erstrecken (hier nicht gezeigt). In dem Fall kann der Leiterplattenschutz 33 zudem im Bereich der Leiterbahn 14 ausgespart sein. Ist die Dicke des Leiterplattenschutzes auf den Querschnitt des elektrischen Leiters 13 abgestimmt und befindet sich die Aussparung im Leiterplattenschutz 33 in ihrer Position abgestimmt auf die Lage der Leiterbahn 14, fungiert die Aussparung als Führungsmittel für den elektrischen Leiter 13. Ein hier ebenfalls nicht gezeigter Leiterplattenschutz 33 umfasst zudem einen Anschlag für den elektrischen Leiter 13.

1: Elektrische Vorrichtung
3: Leiterplatte
5: Oberseite
7: Unterseite
11: Klemmschenkel
13: elektrischer Leiter
14: Leiterbahn
15: Leiteraufnahme, Ausnehmung
16: erster Federschenkel
18: Zugfederklemme
15: rechteckige Ausnehmung
21: Schenkelfederklemme
22: Kante
23: Vorsprung
25: Dorn
27: Öffnung für Dorne
29: Aufnahme
31: Bogenstück
33: Leiterplattenschutz
35: Nase
37: Steg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10153170 C1 [0003]
- DE 29815517 U1 [0004]
- JP 9102340 [0005, 0005, 0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Katalog „Leiterplattenanschlusstechnik, Elektronikgehäuse, Combicon 2007” von Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Seite 81 und 89 [0002]

Claims

Elektrische Vorrichtung (1) umfassend eine Leiterplatte (3) und eine Federkraftklemme (18, 21) mit einem im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte (3) wirkenden Klemmschenkel (11) zum Klemmen eines elektrischen Leiters (13), wobei zur Aufnahme des elektrischen Leiters (13) eine Leiteraufnahme (15) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteraufnahme (15) zumindest teilweise in der Federkraftklemme (18, 21) selbst vorgesehen ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) in Art einer geschlossenen Schleife ausgeführt ist, welche mit einem ersten Federschenkel (16) beginnt und mit dem Klemmschenkel (11) endet.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteraufnahme (15) in dem ersten Federschenkel (16) oder in dem Klemmschenkel (11) gebildet ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) eine Zugfederklemme (18) ist und die Leiteraufnahme (15) durch eine Ausnehmung (15) in dem Klemmschenkel (11) vorgesehen ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) eine Schenkelfe derklemme (21) ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteraufnahme (15) durch eine Ausnehmung (15) in dem ersten Federschenkel (16) gebildet ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteraufnahme (15) als Befestigungsmittel der Federkraftklemme (18, 21) an der Leiterplatte (3) fungiert.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) an einer Kante (22) der Leiterplatte (3) über einen in die Leiteraufnahme (15) ragenden Vorsprung (23) befestigt ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) einen oder mehrere in Öffnungen (27) der Leiterplatte (3) eintauchende Dorne (25) umfasst.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dorne (25) über die Leiterplatte (3) ragen und ein Anschlagelement für den in die Leiteraufnahme (15) eingeführten elektrischen Leiter (13) aufweisen.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) rechteckig ausgebildet ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (15) fensterartig ausgestaltet ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) derart gestaltet ist, dass über den Klemmschenkel (11) der elektrische Leiter (13) direkt oder über ein elektrisches Verbindungselement auf eine Leiterbahn (14) der Leiterplatte (3) klemmbar ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraftklemme (18, 21) in ihrem Querschnitt an mindestens einer Stelle geschwächt ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Klemmschenkel (11) ein Bogenstück (31) anschließt, wobei das Bogenstück (31) eine Aufnahme (29) für ein Betätigungswerkzeug zur Auslenkung des Klemmschenkel (11) s umfasst.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte (3) und der Federkraftklemme (18, 21) ein Leiterplattenschutz (33) vorgesehen ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Leiterplattenschutz (33) über die Oberund Unterseite (5, 7) der Leiterplatte (3) erstreckt, wobei der Leiterplattenschutz (33) im Bereich der Leiterbahn (14) eine Aussparung definiert.
Elektrische Vorrichtung (1) nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung im Leiterplattenschutz (33) als Führungsmittel für den elektrischen Leiter (13) ausgebildet ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Leiterplattenschutz (33) ein plattenförmiges Element vorgesehen ist.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenschutz (33) aus Kunststoff oder einem Elastomer besteht.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenschutz (33) eine Nase (35) aufweist, welche in die Leiteraufnahme (15) eintaucht.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenschutz (33) einen oder mehrere in Öffnungen (27) der Leiterplatte (3) eintauchende Stege umfasst.
Elektrische Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenschutz (33) einen Anschlag für den Leiter (13) umfasst.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) zur Montage auf einer Leiterplatte (3), wobei die Federkraftklemme (18, 21) einen im Wesentlichen in Richtung der Leiterplatte (3) wirkenden Klemmschenkel (11) zum Klemmen eines elektrischen Leiters (13) umfasst und zur Aufnahme des elektrischen Leiters (13) eine Leiteraufnahme (15) vorgesehen ist, wobei die Leiteraufnahme (15) zumindest teilweise in der Federkraftklemme (18, 21) selbst vorgesehen ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Federkraftklemme (18, 21) in Art einer geschlossenen Schleife ausgeführt ist, welche mit einem ersten Federschenkel (16) beginnt und mit dem Klemmschenkel (11) endet.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach einem der vorherigen Ansprüche 24 bis 25, wobei die Leiteraufnahme (15) in dem ersten Federschenkel (16) oder in dem Klemmschenkel (11) gebildet ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche 24 bis 26, wobei die Federkraftklemme (18, 21) eine Zugfederklemme (18) ist und die Leiteraufnahme (15) durch eine Ausnehmung (15) in dem Klemmschenkel (11) vorgesehen ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 26, wobei die Federkraftklemme (18, 21) eine Schenkelfederklemme (21) ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Leiteraufnahme (15) durch eine Ausnehmung (15) in dem ersten Federschenkel (16) gebildet ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 24 bis 29, wobei die Leiteraufnahme (15) als Befestigungsmittel der Federkraftklemme (18, 21) an der Leiterplatte (3) fungiert.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Federkraftklemme (18, 21) an einer Kante (22) der Leiterplatte (3) über einen in die Leiteraufnahme (15) ragenden Vorsprung (23) befestigt ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche 24 bis 31, wobei die Federkraftklemme (18, 21) einen oder mehrere in Öffnungen (27) der Leiterplatte (3) eintauchende Dorne (25) umfasst.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dorne (25) über die Leiterplatte (3) ragen und ein Anschlagelement für den in die Leiteraufnahme (15) eingeführten elektrischen Leiter (13) aufweisen.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der Ansprüche bis 27 bis 33, wobei die Ausnehmung (15) rechteckig ausgebildet ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausnehmung (15) fensterartig ausgestaltet ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 35, wobei die Federkraftklemme (18, 21) derart gestaltet ist, dass über den Klemmschenkel (11) der elektrische Leiter (13) direkt oder über ein elektrisches Verbindungselement auf eine Leiterbahn (14) der Leiterplatte (3) klemmbar ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 36, wobei die Federkraftklemme (18, 21) in ihrem Querschnitt an mindestens einer Stelle geschwächt ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 37, wobei sich an den Klemmschenkel (11) ein Bogenstück (31) anschließt, wobei das Bogenstück (31) eine Aufnahme (29) für ein Betätigungswerkzeug zur Auslenkung des Klemmschenkels (11) umfasst.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 38, wobei zwischen der Leiterplatte (3) und der Federkraftklemme (18, 21) ein Leiterplattenschutz (33) vorgesehen ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich der Leiterplattenschutz (33) über die Ober- und Unterseite (5, 7) der Leiterplatte (3) erstreckt, wobei der Leiterplattenschutz (33) im Bereich der Leiterbahn (14) eine Aussparung definiert.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Aussparung im Leiterplattenschutz (33) als Führungsmittel für den elektrischen Leiter (13) ausgebildet ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 41, wobei als Leiterplattenschutz (33) ein plattenförmiges Element vorgesehen ist.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 42, wobei der Leiterplattenschutz (33) aus Kunststoff oder einem Elastomer besteht.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach den vorhergehenden Ansprüchen 39 bis 43, wobei der Leiterplattenschutz (33) eine Nase (35) aufweist, welche in die Leiteraufnahme (15) eintaucht.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 44, wobei der Leiterplattenschutz (33) einen oder mehrere in Öffnungen (27) der Leiterplatte (3) eintauchende Stege umfasst.
Verwendung einer Federkraftklemme (18, 21) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 39 bis 45, wobei der Leiterplattenschutz (33) einen Anschlag für den Leiter (13) umfasst.