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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais sowie ein Relaismodul mit einem Relais.
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Relais sind elektrisch steuerbare Schalter, welche zum Ein-, Aus- oder Umschalten von Stromkreisen eingesetzt werden. Zu diesem Zweck weisen Relais einen Elektromagneten (üblicherweise eine Spule mit einem Eisenkern) und einen Anker auf. Durch Anlegen eines Stromes an den Elektromagneten wird ein Magnetfeld erzeugt, wodurch es zu einer Krafteinwirkung auf den Anker kommt und dieser einen oder mehrere Kontakte schaltet. Je nach Ausführung können Kontakte dabei geöffnet oder geschlossen werden.
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Bekannte Relais weisen ein Gehäuse und von der Gehäuseunterseite austretende Kontaktelemente auf. Die Kontaktelemente sind in Form von Anschlussstiften ausgebildet, mit deren Hilfe die Relais auf Leiterplatten angeordnet werden können. Hierzu wird üblicherweise eine Durchsteckmontage („throughhole technology”, THT) durchgeführt, bei welcher die Anschlussstifte in Kontaktlöcher einer Leiterplatte gesteckt und mit der Leiterplatte verlötet werden.
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Insbesondere bei Relais mit einer relativ großen lateralen Ausdehnung kann das Problem bestehen, dass die Relais eine relativ große Fläche auf einer Leiterplatte einnehmen, so dass zum Anordnen anderer Bauelemente auf der Leiterplatte nur ein geringer bzw. ungenügender Platz zur Verfügung steht. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Anordnung aus einer Leiterplatte mit einem (oder mehreren) Relais und weiteren Bauelementen in einem Gehäuse mit normierten Abmessungen angeordnet werden soll, wodurch für die Leiterplatte bestimmte (kleine) laterale Abmessungen vorgegeben sind.
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Zur Lösung dieses Problems werden Relais eingesetzt, welche Abstandshalter bzw. Aufstandsböckchen an einer Unterseite aufweisen. Auf diese Weise kann ein Zwischenraum zwischen der Unterseite eines solchen Relais und der betreffenden Leiterplatte gebildet werden, in welchem Bauelemente platziert werden können. Dieser Ansatz ist jedoch nicht in allen Anwendungsfällen dazu geeignet, um den gewünschten Platzanforderungen gerecht zu werden.
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Aus der
DE 43 24 213 A1 ist ein Leiterplattenrelais bekannt, bei welchem an der Relaisunterseite Anschlussstifte zur Lötkontaktierung auf einer Leiterplatte angeordnet sind. An Außenseiten des Relais sind Kontaktschienen vorgesehen, welche entweder über die Leiterplatte oder über abgewinkelte Enden elektrisch mit den Anschlussstiften verbunden werden, und welche im Bereich der Relaisoberseite Flachsteckanschlüsse aufweisen. Durch die Flachsteckanschlüsse kann das Relais mit entsprechenden Steckern kontaktiert werden. Hierbei sollen die Flachsteckanschlüsse einen größeren Querschnitt aufweisen als Leiterbahnen der Leiterplatte, um einen hohen Laststrom von einem Stromkreis auf der Leiterplatte wegzuführen. Durch die Kontaktschienen wird ein zusätzlicher Platz auf der Leiterplatte beansprucht, so dass das beschriebene Relais als ungeeignet erscheint, einen ausreichenden Platz für weitere Bauelemente zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung für ein Leiterplattenrelais anzugeben, um mehr Platz für weitere Bauelemente zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Relais gemäß Anspruch 1 und durch ein Relaismodul gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Relais vorgeschlagen, welches ein Gehäuse mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite aufweist. Das Relais weist wenigstens ein erstes Kontaktelement auf, welches ausgebildet ist zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer ersten Leiterplatte im Bereich der ersten Seite. Ferner weist das Relais wenigstens ein zweites Kontaktelement auf, welches ausgebildet ist zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer zweiten Leiterplatte im Bereich der zweiten Seite.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Relaismodul vorgeschlagen, welches eine erste Leiterplatte, eine zweite Leiterplatte und ein zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte angeordnetes Relais umfasst. Das Relais weist ein Gehäuse mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, wenigstens ein erstes Kontaktelement und wenigstens ein zweites Kontaktelement auf. Über das erste Kontaktelement ist eine elektrische Verbindung mit der ersten Leiterplatte im Bereich der ersten Seite hergestellt. Über das zweite Kontaktelement ist eine elektrische Verbindung mit der zweiten Leiterplatte im Bereich der zweiten Seite hergestellt.
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Durch Verwendung einer zweiten Leiterplatte, was durch das erfindungsgemäße Relais ermöglicht wird, wird eine zusätzliche Fläche bzw. ein zusätzlicher Platz zur Verfügung gestellt, um weitere Bauelemente anzuordnen. Gegenüber dem oben beschriebenen Ansatz, einen Zwischenraum unter einem Relais vorzusehen, kann auf diese Weise ein größerer zusätzlicher Platz für Bauelemente geschaffen werden. Die Nutzung einer zweiten Leiterplattenebene bietet insbesondere die Möglichkeit, relativ kompakte Aufbauten zu realisieren, da mehr Bauelemente in dem gleichen Volumen angeordnet werden können. Darüber hinaus kann das Relais als Leiterplattenträger bzw. Leiterplattenverbinder fungieren, wodurch auf den Einsatz solcher Komponenten verzichtet werden kann.
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Eine vertikale „Sandwich-Struktur” mit einem Relais und zwei Leiterplatten ermöglicht ferner eine hohe Flexibilität im Hinblick auf die Herstellung von Relaismodulen. Beispielsweise kann eine Anordnung aus einer ersten Leiterplatte und einem Relais (und gegebenenfalls weiteren Bauelementen) eine „Grund-„ oder „Basisanordnung” darstellen, welche für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen geeignet ist. Eine weitere Anordnung umfassend eine zweite Leiterplatte mit Bauelementen, welche abhängig von der jeweiligen Anwendung gewählt bzw. ausgebildet sind, kann (nachträglich) mit der Grundanordnung verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste und/oder zweite Kontaktelement einen Anschlussstift. Der Anschlussstift kann zum Beispiel für eine Durchsteckmontage bzw. Lötkontaktierung mit der jeweiligen Leiterplatte ausgebildet sein. Hierbei wird der Anschlussstift in ein Kontaktloch der ersten bzw. zweiten Leiterplatte eingesteckt. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Anschlussstift für eine Einpressmontage geeignet ist, bei welcher der Anschlussstift durch Einpressen in ein zugehöriges Kontaktloch eingesteckt wird. Auf diese Weise ist eine elektrische Verbindung ohne ein Löten herstellbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform tritt der Anschlussstift von der jeweiligen ersten bzw. zweiten Seite des Gehäuses aus.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse eine Außenwand zwischen der ersten und zweiten Seite auf. Der Anschlussstift tritt hierbei von der Außenwand aus und weist einen abgewinkelten Abschnitt auf.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste und/oder zweite Kontaktelement eine Kontaktfläche an der jeweiligen ersten bzw. zweiten Seite des Gehäuses. Auf diese Weise kann eine Kontaktierung mit der ersten bzw. zweiten Leiterplatte im Rahmen einer Oberflächen- bzw. SMD-Montage („surface mounted device”) durchgeführt werden, bei welcher ein Lötprozess durchgeführt wird, so dass die Kontaktfläche des Relais über ein Lotmittel mit einer Kontaktfläche der jeweiligen Leiterplatte verbunden wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Relais ein Verbindungselement zum Herstellen einer direkten elektrischen Verbindung zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte auf. Hierdurch kann ein zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Leiterplatten einsetzbarer Leiterplattenverbinder eingespart werden. Das Verbindungselement kann beispielsweise das Gehäuse des Relais durchdringend oder am/im Bereich einer Außenwand des Gehäuses ausgebildet sein.
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Eine Anordnung aus zwei Leiterplatten bietet neben einer Platzvergrößerung ferner die Möglichkeit einer doppelten bzw. verstärkten Isolierung zwischen verschiedenen Leiterkreisen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die erste Leiterplatte Stromkreisstrukturen zum Betrieb bei einer ersten Spannung und die zweite Leiterplatte Stromkreisstrukturen zum Betrieb bei einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung aufweist. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Hochspannungskreis (zum Beispiel für einen Betrieb mit einer Wechselspannung von 230 V) und um einen Niederspannungskreis (zum Beispiel für einen Betrieb mit einer Gleichspannung von 24 V) handeln. Luft- und Kriechstrecken zur Isolierung, wie sie bei der Realisierung unterschiedlicher Stromkreise auf nur einer Leiterplatte eingehalten werden müssten, können hierbei weggelassen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Relais; und
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2 bis 6 schematische seitliche Darstellungen von unterschiedlichen Relaismodulen.
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Die folgenden Figuren zeigen mögliche Ausführungsformen von Relais bzw. Relaismodulen. Die dargestellten Ausführungsformen können in unterschiedlichen elektrischen Geräten verwendet bzw. für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen zum Einsatz kommen. Ein mögliches Anwendungsbeispiel sind sogenannte Sicherheitsrelais bzw. Sicherheitsrelaismodule, welche zum Beispiel im Zusammenhang mit Not-Aus-Tasten, Zweihandbedienrelais, Sicherheitsschaltern und Sicherheitssteuerkreisen verwendet werden können.
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1 zeigt ein Relais 100 in einer schematischen perspektivischen Darstellung. Das Relais 100 weist ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 110 mit einer Unterseite 111 und einer der Unterseite 111 gegenüberliegenden Oberseite 112 auf. Die Unter- und Oberseite 111, 112 können hierbei im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Innerhalb des Gehäuses 110 sind übliche Komponenten und Bauteile eines Relais, wie beispielsweise ein Elektromagnet bzw. eine Spule mit Eisenkern, ein Anker, Kontakte zum Schalten von einem oder mehreren Stromkreisen, usw. angeordnet (nicht dargestellt).
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Mögliche Abmessungen für das Gehäuse 110 liegen beispielsweise im Zentimeter- bzw. Dezimeterbereich. Beispielsweise weist das Gehäuse eine Höhe im Bereich von 10 cm, und laterale Abmessungen im Bereich von 30 cm × 50 cm auf. Anstelle dieser Abmessungen kann das Gehäuse 110 auch andere Dimensionen aufweisen.
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Des Weiteren kann das Gehäuse 110 beispielsweise aus einem die Unterseite 111 aufweisenden Bodenteil und einem hierauf angeordneten Kappenteil aufgebaut sein, wobei das Kappenteil die Oberseite 112 und eine zwischen Ober- und Unterseite 112, 111 angeordnete umlaufende Gehäusewandung umfasst. Mögliche Materialien, welche für das Gehäuse 110 in Betracht kommen, sind isolierende Materialien wie insbesondere Kunststoffmaterialien.
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Zum Herstellen von elektrischen Verbindungen weist das Relais 100 ferner Kontaktelemente auf, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material wie insbesondere einem Metall gebildet sind. Die Kontaktelemente umfassen mehrere untere und mehrere obere Anschlussstifte 121, 122, welche sowohl im Bereich der Unterseite 111 als auch im Bereich der Oberseite 112 des Gehäuses 110 vorgesehen sind, und welche von der jeweiligen Seite 111, 112 austreten bzw. herausgeführt sind. Hierbei ragen die unteren Anschlussstifte 121 wie in 1 dargestellt über die Unterseite 111 hinaus nach unten, und die oberen Anschlussstifte 122 ragen über die Oberseite 112 hinaus nach oben. Die Anschlussstifte 121, 122 sind zur Lötkontaktierung von Leiterplatten mittels Durchsteckmontage geeignet, und werden auch als Lötanschlüsse, Drahtanschlüsse bzw. Lötpins bezeichnet. Wie in 1 ferner angedeutet können die Anschlussstifte 121, 122 paarweise nebeneinander angeordnet sein.
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Die Ausgestaltung des Relais 100 mit Anschlussstiften 121 an der Unterseite 111 und Anschlussstiften 122 an der Oberseite 112 ermöglicht es, das Relais 100 mit jeweils einer Leiterplatte im Bereich der Unterseite 111 und im Bereich der Oberseite 112 zu verbinden. Hierbei können alle Arten von Leiterplatten bzw. „printed circuit boards” (PCB) verwendet werden, welche entsprechende Kontaktlöcher bzw. Kontaktbohrungen zum Durchstecken der Anschlussstifte 121, 122 aufweisen.
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Durch das Vorsehen von zwei separaten Leiterplatten an dem Relais 100 kann ein relativ großer Platz für weitere Bauelemente zur Verfügung gestellt werden, was sich insbesondere im Hinblick auf Anwendungen mit eingeschränkten (lateralen) Platzverhältnissen bzw. -vorgaben als vorteilhaft erweist. Die Nutzung von zwei Leiterplatten bzw. Leiterplattenebenen ermöglicht relativ kompakte Ausgestaltungen, da bezogen auf ein Volumen mehr Bauelemente untergebracht werden können. Dies trifft auch auf Ausgestaltungen zu, bei denen mehrere Relais 100 verwendet werden. Darüber hinaus kann das Relais 100 als Leiterplattenträger zum (mechanischen) Halten einer Leiterplatte im Bereich der Oberseite 112 bzw. als Leiterplattenverbinder dienen, wodurch auf den Einsatz solcher Komponenten (welcher bei Anordnungen von mehreren Leiterplatten in Betracht kommt) verzichtet werden kann.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 2 ein Relaismodul 191 in einer schematischen seitlichen Darstellung, welches zwei Relais 100 und zwei Leiterplatten 161, 162 – im Folgenden auch als „untere” Leiterplatte 161 und „obere” Leiterplatte 162 bezeichnet – aufweist. Die beiden Relais 100, welche einen Aufbau vergleichbar zu 1 aufweisen, sind zwischen den beiden Leiterplatten 161, 162 angeordnet, sowie mit den Leiterplatten 161, 162 elektrisch und mechanisch verbunden. Die obere Leiterplatte 162 wird ferner durch die beiden Relais 100 gehalten bzw. getragen. Hierbei sind die Leiterplatten 161, 162 im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Durch eine solche „Sandwich-Leiterplattenstruktur” wird ein relativ großer Platz für (weitere) Bauelemente zur Verfügung gestellt, wie anhand der in 2 beispielhaft dargestellten Bauelemente 180, 181 angedeutet ist, auf welche weiter unten näher eingegangen wird.
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Eine Ausgestaltung mit zwei Relais 100 bietet beispielsweise die Möglichkeit, eines der Relais 100 als „Redundanzrelais” einzusetzen. Auf diese Weise kann ein (möglicher) Ausfall eines der Relais 100 durch das andere Relais 100 kompensiert werden.
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Die beiden Leiterplatten 161, 162, welche aus einem isolierenden Trägermaterial gefertigt sind, weisen Kontaktlöcher (mit gegebenenfalls metallisierten Innenwänden) sowie in 2 nicht dargestellte Leitungs- bzw. Leiterbahnstrukturen auf. Die Anschlussstifte 121, 122 beider Relais 100 sind in zugehörige Kontaktlöcher der Leiterplatten 161, 162 eingesteckt, und wie in 2 angedeutet über ein Lotmittel 170 an die Leiterplatten 161, 162 (d. h. an Leiterbahnen bzw. an eine in den Kontaktlöchern gegebenenfalls vorgesehen Metallisierung) angeschlossen.
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Neben Anschlussstiften 121, 122, welche zur Kontaktierung der Relais 100 bzw. von Komponenten der Relais 100 eingesetzt werden, weist jedes Relais 100 wie in 2 dargestellt jeweils zwei Verbindungselemente 125 auf, über welche die beiden Leiterplatten 161, 162 in direkter Weise elektrisch miteinander verbunden werden können. Die Verbindungselemente 125 umfassen zusätzlich zu Abschnitten zwischen der Ober- und Unterseite 112, 111 der Relais 100, welche in 2 anhand von gestrichelten Linien angedeutet sind, über die jeweilige Ober- bzw. Unterseite 112, 111 hinausragende stiftförmige Abschnitte. Diese Abschnitte können entsprechend den zuvor beschriebenen Anschlussstifte 121, 122 ausgebildet sein, und werden daher im Folgenden ebenfalls als Anschlussstifte 121, 122 bezeichnet. Auch die den Verbindungselementen 125 zugerechneten Anschlussstifte 121, 122 sind wie vorstehend beschrieben in Kontaktlöcher der beiden Leiterplatten 161, 162 eingesteckt und mittels Lot 170 an die Leiterplatten 161, 162 angeschlossen.
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Die Verbindungselemente 125 können zum Beispiel in Form von durchgehenden (und teilweise isolierten) Anschluss- bzw. Lötstiften ausgebildet sein, wobei die in 2 gestrichelt dargestellten Abschnitte die Gehäuse 110 der Relais 100 von der Ober- zur Unterseite 112, 111 durchdringen. Alternativ können die Verbindungselemente 125 auch zum Beispiel an oder im Bereich der Außenwände der Relais 100 verlaufend ausgebildet sein.
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Neben einer elektrischen Verbindung ist durch die Anschlussstifte 121, 122 und die Verbindungselemente 125 auch eine mechanische Verbindung zwischen den Relais 100 und den Leiterplatten 161, 162 hergestellt. Um eine hohe Stabilität der Anordnung zu erzielen, können die Leiterplatten 161, 162 ferner an die Ober- und Unterseiten 111, 112 der beiden Relais 100 angrenzen bzw. diese berühren.
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Wie in 2 weiter dargestellt weist die obere Leiterplatte 162 Kontaktflächen 165 auf, welche sowohl an einer Oberseite als auch an einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Leiterplatte 162 vorgesehen sind. Die Kontaktflächen 165 dienen zum Anschließen von weiteren Bauelementen 180, 181 auf beiden Seiten der Leiterplatte 162. Hierbei handelt es sich um SMD-Bauelemente 180, 181, welche ebenfalls Kontaktflächen aufweisen (nicht dargestellt), und welche über Lot bzw. Lotkugeln 171 mit den Anschlussflächen 165 der Leiterplatte 162 verbunden sind. Wie in 2 dargestellt kann das in einem Zwischenraum zwischen den Relais 100 vorgesehene und an der Unterseite der Leiterplatte 162 (hängend) angeordnete Bauelement 181 eine größere Höhe bzw. Dicke (entsprechend der Höhe des Zwischenraums) aufweisen als die Bauelemente 180 an der Oberseite der Leiterplatte 162.
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Neben den beispielhaft dargestellten Bauelementen 180, 181 können Bauelemente auch an einer anderen Position angeordnet sein und/oder kann das Relaismodul 191 auch weitere (zusätzliche) Bauelemente aufweisen. In Betracht kommt zum Beispiel eine Anordnung an der Oberseite der Leiterplatte 162 im Bereich der Anschlussstifte 122 bzw. versetzt neben den Anschlussstiften 122 (d. h. versetzt in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene von 2). Auch können Bauelemente beispielsweise auf der unteren Leiterplatte 161 (sowohl unter- als auch oberseitig), sowie alternativ bzw. zusätzlich zu der dargestellten Anordnung zwischen den Relais 100 auch außenseitig zu den Relais 100 vorgesehen sein, sofern dies die Platzverhältnisse zulassen und entsprechende Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen 165 vorgesehen sind.
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Die Übereinander-Anordnung der zwei Leiterplatten 161, 162 kann neben dem Bereistellen von günstigen Platzverhältnissen ferner dazu genutzt werden, Strom- bzw. Leitungskreise auf den Leiterplatten 161, 162 voneinander zu isolieren, so dass diese mit unterschiedlichen Spannungen bzw. Strömen betrieben werden können. Luft- und Kriechstrecken zur Isolierung, wie sie bei der Realisierung unterschiedlicher Stromkreise auf nur einer Leiterplatte eingehalten werden müssten, können hierbei weggelassen werden, was mit einem weiteren Platzvorteil verbunden ist.
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Beispielsweise kann die untere Leiterplatte 161 Leitungsstrukturen zum Betrieb bei einer Hochspannung (Hochspannungskreis, zum Beispiel betrieben mit einer 230 V Wechselspannung), und die obere Leiterplatte 162 Leitungsstrukturen zum Betrieb bei einer Niederspannung (Niederspannungskreis, zum Beispiel betrieben mit einer 24 V Gleichspannung) aufweisen. In dieser Hinsicht können die oberen Anschlussstifte 122 auch als Hochspannungskontakte („high level contacts”) und die unteren Anschlussstifte 121 auch als Niederspannungskontakte („low level contacts”) bezeichnet werden. Zu den Niederspannungsanschlüssen können auch zum Kontaktieren eines Elektromagneten eines Relais 100 eingesetzte Anschlüsse bzw. „Spulenkontakte” gehören.
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Die Herstellung des Relaismoduls 191 von 2 kann dadurch erfolgen, dass (zunächst) die beiden Relais 100 auf der unteren Leiterplatte 161 angeordnet und mit dieser kontaktiert werden. Hierbei wird eine Durchsteckmontage durchgeführt, bei welcher die unteren Anschlussstifte 121 in Kontaktlöcher der Leiterplatte 161 gesteckt werden und über ein Lotmittel 170 in einem Lötprozess mit der Leiterplatte 161 verbunden werden. Nachfolgend können die oberen Anschlussstifte 122 im Rahmen einer weiteren Durchsteckmontage mit der oberen Leiterplatte 162 verbunden werden. Die obere Leiterplatte 162 kann hierbei bereits mit den Bauelementen 180, 181 bestückt sein. Alternativ kann die Leiterplatte 162 nur mit dem Bauelement 181 teilbestückt sein, und eine Bestückung mit den Bauelementen 180 nach dem Aufbringen der Leiterplatte 162 auf die Relais 100 erfolgen.
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Die Bestückung der Leiterplatte 162 kann durch Durchführen einer Oberflächenmontage erfolgen, wobei die Anschlussflächen der Bauelemente 180, 181 und die Anschlussflächen 165 der Leiterplatte 162 über ein Lotmittel 171 verbunden werden. Beispielsweise können die Bauelemente 180, 181 mit einer Anordnung von Lotkugeln 171, auch als „ball grid array” (BGA) bezeichnet, versehen sein, und durch Löten an die Kontaktflächen 165 der Leiterplatte 162 angeschlossen werden. Anstelle der dargestellten Lotmittel 170, 171 kann alternativ auch ein elektrisch leitfähiger Klebstoff zum Einsatz kommen.
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Im Hinblick auf die beschriebene Herstellung besteht ferner die Möglichkeit, dass die Anordnung aus der unteren Leiterplatte 161 und den Relais 100 eine „Grund-„ oder „Basisanordnung” darstellt, welche für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen geeignet ist. Die (nachträglich aufgebrachte) obere Leiterplatte 162 kann hingegen abhängig von der jeweiligen spezifischen Anwendung mit entsprechenden Bauelementen 180, 181 bestückt sein. Die „Sandwich-Struktur” kann daher auch dazu genutzt werden, eine hohe Flexibilität in Bezug auf das Herstellungsverfahren zu ermöglichen.
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Anhand der folgenden Figuren werden weitere Ausführungsformen von Relaismodulen beschreiben, welche sich auf weitere mögliche Anordnungen aus Relais und mehreren Leiterplatten in unterschiedlichen Ebenen beziehen, und welche in entsprechender Weise herstellbar sind. Im Hinblick auf Details zu übereinstimmenden Komponenten, Vorteilen, Aspekten beispielsweise zur Herstellung und zum Verwirklichen von unterschiedlichen Stromkreisen auf Leiterplatten usw. wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen.
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3 zeigt ein weiteres Relaismodul 192, bei welchem beispielsweise lediglich ein Relais 100 vorgesehen ist, welches zwischen zwei Leiterplatten 161, 162 angeordnet ist. Das Relais 100 weist erneut ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 110 mit einer Unterseite 111 und einer der Unterseite 111 gegenüberliegenden Oberseite 112 auf. Weiter vorgesehen sind metallische Anschlussstifte 131, 132, welche von der Unterseite 111 und der Oberseite 112 aus dem Gehäuse 110 austreten bzw. über die jeweilige Seite 111, 112 hinausragen, und über welche das Relais 100 an die beiden Leiterplatten 161, 162 angeschlossen ist. Ferner vorgesehen sind durchgehende Verbindungselemente 125 mit über die jeweilige Unter- bzw. Oberseite 111, 112 des Relais 100 hinausragenden stiftförmigen Abschnitten bzw. Anschlussstiften 131, 132, so dass auch eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 161, 162 herstellbar ist.
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Im Unterschied zu den Anschlussstiften 121, 122 der 1 und 2 sind die Anschlussstifte 131, 132 bei dem Relais 100 von 3 als Einpressstifte ausgebildet, welche zum Kontaktieren in metallisierte Kontaktlöcher der Leiterplatten 161, 162 eingepresst werden. Für eine solche auch als Einpressmontage bzw. Einpresstechnik bezeichnete Verbindungstechnik können die Anschlussstifte 131, 132 (in einem Bereich) einen Stiftquerschnitt aufweisen, welcher größer ist als ein Durchmesser der zugehörigen Kontaktlöcher, so dass eine beim Einpressen stattfindende Überpressung eine Verformung der Kontaktloch-Metallisierung und/oder eine Verformung der Stifte 131, 132 zur Folge hat. Die Stifte 131, 132 können hierbei massiv oder auch flexibel bzw. elastisch mit entsprechenden Verformungszonen ausgebildet sein.
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Durch das Einpressen bzw. Einschneiden der Stifte 131, 132 bzw. deren Kanten in die Metallisierung der Kontaktlöcher der Leiterplatten 161, 162 lässt sich eine gasdichte elektrische Verbindung herstellen, welche sich durch eine hohe Langlebigkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet. Vorteile gegenüber einem Löten sind insbesondere das Vermeiden einer thermischen Belastung und das Vermeiden von Flussmittelresten (bzw. einem Entfernen derselben).
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In 3 ist des Weiteren anhand von gestrichelten Linien ein Modulgehäuse 199 des Relaismoduls 192 angedeutet, in welchem die vertikale Anordnung aus dem Relais 100 und den Leiterplatten 161, 162 aufgenommen ist. Die vertikale Ausgestaltung mit zwei Leiterplatten 161, 162 ermöglicht es hierbei, weitere Bauelemente auf der oberen Leiterplatte 162 anzuordnen, für welche seitlich neben dem Relais 100 aufgrund der (vorgegebenen lateralen) Abmessungen des Gehäuses 199 kein oder nur ein ungenügender Platz vorhanden ist. In 3 ist beispielhaft ein mit Kontaktflächen 165 der Leiterplatte 162 über Lotkugeln 171 verbundenes Bauelement 180 dargestellt.
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4 zeigt ein weiteres Relaismodul 193 mit einem Relais 100, welches zwischen zwei Leiterplatten 161, 162 angeordnet ist. Auf der oberen Leiterplatte 162 sind des Weiteren beispielhaft zwei weitere Bauelemente 180 angeordnet. Ferner ist anhand von gestrichelten Linien ein Modulgehäuse 199 des Relaismoduls 193 angedeutet.
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Anstelle von Anschlussstiften weist das Relais 100 von 4 Kontaktflächen 141, 142 an der Unterseite 111 und an der Oberseite 112 des Relaisgehäuses 110 auf. Ferner vorgesehen sind durchgehende Verbindungselemente 125, welche ebenfalls Kontaktflächen 141, 142 an der Unter- und Oberseite 111, 112 umfassen. Durch das Vorsehen von Kontaktflächen 141, 142 kann eine (gegebenenfalls nacheinander durchgeführte) Kontaktierung mit den beiden Leiterplatten 161, 162 im Rahmen einer Oberflächen- bzw. SMD-Montage erfolgen. Hierbei werden die Kontaktflächen 141, 142 des Relais 100 in einem (bzw. zwei nacheinander durchgeführten) Lötprozess(en) über ein Lotmittel 171 an zugehörige Kontaktflächen 165 der Leiterplatten 161, 162 angeschlossen. Beispielsweise kann das Relais 100 mit einer Anordnung von Lotkugeln 171 („ball grid array”, BGA) auf den Anschlussflächen 141, 142 versehen sein, welche durch Löten mit den Anschlussflächen 165 der Leiterplatten 161, 162 verbunden werden. Anstelle eines Lotmittels 171 kann alternativ auch ein elektrisch leitfähiger Klebstoff zum Einsatz kommen.
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In dieser Ausgestaltung kann ferner optional vorgesehen sein, gegebenenfalls zwischen den Leiterplatten 161, 162 und dem Relais 100 eine zusätzliche Klebe- bzw. Moldschicht zur Verbesserung der mechanischen Stabilität auszubilden (nicht dargestellt). Möglich ist auch der Einsatz von wärmeleitfähigen (insbesondere metallischen) Materialien, beispielsweise in Form von flächigen Kupferelementen, an der Unter- und/oder Oberseite 111, 112 des Relais 100, um eine im Betrieb des Relais 100 auftretende Wärmemenge an eine oder beide der Leiterplatten 161, 162 abzuführen (nicht dargestellt).
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5 zeigt ein weiteres Relaismodul 194 mit einem Relais 100, welches zwischen zwei Leiterplatten 161, 162 angeordnet ist. Auf der oberen Leiterplatte 162 ist des Weiteren beispielhaft ein weiteres Bauelement 180 vorgesehen. Ferner ist anhand von gestrichelten Linien ein Modulgehäuse 199 des Relaismoduls 194 angedeutet. Das Relais 100 von 5 weist erneut Anschlussstifte 121, 122 zur Durchsteckmontage oder alternativ Anschlussstifte 131, 132 zur Einpressmontage auf, welche über die Unterseite 111 und die Oberseite 112 des Relais 100 bzw. dessen Gehäuse 110 hinausragen, und über welche das Relais 100 an die beiden Leiterplatten 161, 162 angeschlossen ist.
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Darüber hinaus weist das Relais 100 von 5 Anschlussstifte 151, 152 auf, welche seitlich von einer Außenwand des Gehäuses 110 zwischen der Ober- und Unterseite 112, 111 herausgeführt sind. Hierbei weisen die Anschlussstifte 151, 152 in Richtung der Leiterplatten 161, 162 abgewinkelte Abschnitte auf, und sind ebenfalls mit den Leiterplatten 161, 162 verbunden. Auch auf diese Weise kann das Relais 100 bzw. können Komponenten des Relais 100 elektrisch an die Leiterplatten 161, 162 angeschlossen werden.
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Für eine Ausgestaltung des Relais 100 mit Anschlussstiften 121, 122 können die Anschlussstifte 151, 152 bzw. deren abgewinkelte Abschnitte entsprechend den Anschlussstiften 121, 122 für das Durchführen einer Durchsteckmontage ausgebildet sein, so dass zum Anschließen der Anschlussstifte 151, 152 an die Leiterplatten 161, 162 ein in 5 nicht dargestelltes Lotmittel verwendet wird. Für eine alternative Ausgestaltung des Relais 100 mit Anschlussstiften 131, 132 können die Anschlussstifte 151, 152 bzw. deren abgewinkelte Abschnitte entsprechend den Anschlussstiften 131, 132 in Form von Einpressstiften zur Einpressmontage ausgebildet sein, welche wie die Anschlussstifte 131, 132 zum Anschließen in entsprechende Kontaktlöcher der Leiterplatten 161, 162 eingepresst werden.
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Auch das Relais 100 von 5 kann ein oder mehrere Verbindungselemente 125 zum Herstellen einer direkten elektrischen Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten 161, 162 aufweisen (nicht dargestellt). Ein solches Verbindungselement 125 kann neben einem sich durch das bzw. an dem Gehäuse 110 entlang erstreckenden Abschnitt sowohl „vertikale” Anschlussstifte 121, 122 bzw. 131, 132, als auch seitliche Anschlussstifte 151, 152 umfassen. Möglich ist auch eine Kombination aus einem vertikalen und einem seitlichen Anschlussstift.
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Im Hinblick auf die anhand der 3 bis 5 beschriebenen Relaismodule 192, 193, 194 ist die Möglichkeit gegeben, anstelle eines einzelnen Relais 100 zwei Relais 100 zu verwenden, welche vergleichbar zu dem Relaismodul 191 von 2 horizontal zueinander zwischen zwei Leiterplatten 161, 162 angeordnet sind. Alternativ ist es auch vorstellbar, für Relais 100 anstelle einer horizontalen Nebeneinanderanordnung eine vertikale Anordnung vorzusehen.
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Zur Veranschaulichung zeigt 6 ein weiteres Relaismodul 195 in einer schematischen Darstellung. Das Relaismodul 195 weist zwei übereinander angeordnete Relais 100 und drei Leiterplatten 161, 162, 163 auf. Hierbei ist das untere Relais 100 zwischen den Leiterplatten 161, 162 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden. Das obere Relais 100 ist zwischen den Leiterplatten 162, 163 angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden. Auf der obersten Leiterplatte 163 sind beispielhaft drei weitere (SMD-)Bauelemente 180 angedeutet.
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Die Relais 100 des Relaismoduls 195 von 6 können eine Ausgestaltung entsprechend den vorstehend beschriebenen 1 bis 5 aufweisen, und daher über Anschlussstifte 121, 122, 131, 132, 151, 152 bzw. Anschlussflächen 141, 142 an die Leiterplatten 161, 162, 163 angeschlossen sein. Hierbei können beide Relais 100 den gleichen Aufbau aufweisen, oder auch unterschiedlich ausgebildet sein, d. h. beispielsweise unterschiedliche Kontaktelemente umfassen, eine unterschiedliche Lage und/oder Anzahl der Kontaktelemente aufweisen, usw. Auch können die beiden Relais 100 entgegen der Darstellung in 6 nicht nur „genau” bzw. direkt übereinander, sondern auch in einer zueinander seitlich versetzten bzw. in einer diagonal zueinander versetzten Anordnung übereinander vorgesehen sein.
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Eine (direkte oder versetzte) Übereinanderordnung von Relais 100 ist ebenfalls dazu geeignet, um eingeschränkten lateralen Platzverhältnissen gerecht zu werden, sofern dies die Höhenabmessungen zulassen. Zur beispielhaften Verdeutlichung ist in 6 anhand von gestrichelten Linien ein Modulgehäuse 199 des Relaismoduls 195 angedeutet, in welchem die vertikale Anordnung aus den Relais 100 und den Leiterplatten 161, 162, 163 aufgenommen ist.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen von Relais bzw. Relaismodulen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen der beschriebenen Merkmale umfassen können.
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Insbesondere sind anstelle der dargestellten Relais 100 der 1 bis 5 Relais vorstellbar, welche einen anderen Aufbau aufweisen. Beispielsweise können Kontaktelemente 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 152 und Verbindungselemente 125 in einer anderen Lage und Anzahl an einem Relais vorgesehen sein. Auch können die dargestellten Verbindungselemente 125 weggelassen werden.
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Eine weitere mögliche Abwandlung stellt ein Relais mit unterschiedlichen Kontaktelementen an Unterseite und Oberseite dar. Ein Beispiel ist ein Relais mit Anschlussstiften 121 zur Durchsteckmontage an der Unterseite und Anschlussstiften 132 bzw. Einpressstiften zur Einpressmontage an der Oberseite.
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Im Hinblick auf das Relais 100 von 5 mit seitlichen Anschlussstiften 151, 152 sind ebenfalls alternative Ausgestaltungen vorstellbar. Beispielsweise ist es möglich, ein Relais auszubilden, welches lediglich seitliche Anschlussstifte 151, 152 und keine vertikalen Anschlussstifte 121, 122 bzw. 131, 132 aufweist. Möglich sind auch Ausgestaltungen, bei welchen für das Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte im Bereich einer Seite (Unterseite oder Oberseite) seitliche Anschlussstifte, und für die Kontaktierung an der gegenüberliegenden Seite vertikale Anschlussstifte vorgesehen sind.
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Auch für ein Relaisgehäuse kann eine andere Ausgestaltung als das gezeigte Gehäuse 110 in Betracht kommen. Beispielsweise kann ein Relaisgehäuse mit (einem oder mehreren) zusätzlichen Abstandshaltern bzw. Graten versehen sein, an welchen eine Leiterplatte angrenzen kann. Derartige Abstandshalter können zum Beispiel bei dem in 4 dargestellten Relaismodul 193 auf der Oberseite 112 des Gehäuses 110 im Bereich des rechts angeordneten Bauelements 180 in Betracht kommen, um ein stabiles Aufliegen der oberen Leiterplatte 162 zu ermöglichen.
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Des Weiteren können auch Relaismodule mit einem anderen Aufbau bzw. einer anderen Struktur verwirklicht werden. Eine mögliche Abwandlung besteht beispielsweise darin, ein Relaismodul vergleichbar mit dem Relaismodul 191 von 2 auszubilden, welches keinen Zwischenraum zwischen den Relais 100 und damit kein (hängendes) Bauelement, oder alternativ einen größeren Zwischenraum und/oder eine größere Anzahl an Bauelementen in dem Zwischenraum aufweist. Im Hinblick auf das Relaismodul 191 von 2 wird ferner darauf hingewiesen, dass auch dieses Relaismodul 191 ein Relaisgehäuse zum Aufnehmen der Anordnung aus den Leiterplatten 161, 162 und den Relais 100 aufweisen kann. Ein zu dem Relaismodul 191 vergleichbares Modul kann ferner mit nur einem der in 2 gezeigten Relais 100 verwirklicht werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, auch auf einer Leiterplatte, auf welcher ein oder mehrere Relais angeordnet werden, weitere Bauelemente neben einem bzw. zwischen zwei Relais anzuordnen. Anstelle der dargestellten Bauelemente 180, 181 können ferner weitere bzw. anders aufgebaute Bauelemente in Betracht kommen, welche zum Beispiel andere Kontaktelemente als Anschlussflächen aufweisen. Mögliche Beispiele sind Anschlussstifte zur Durchsteckmontage bzw. Einpressmontage und/oder seitliche Anschlussstifte mit abgewinkelten Abschnitten (entsprechend den dargestellten Anschlussstiften 121, 122, 131, 132, 151, 152).
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Darüber hinaus können Relaismodule weitere als die dargestellten Komponenten aufweisen. Hierunter fallen zum Beispiel Verbindungs- und Kontaktelemente, um eine Strom- bzw. Spannungsversorgung eines Relaismoduls zu ermöglichen. Derartige Verbindungs- und Kontaktelemente können beispielsweise ausgebildet sein, um an eine untere Leiterplatte eine Hochspannung anzulegen.
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Im Hinblick auf weitere Komponenten von Relaismodulen kommen darüber hinaus auch Mittel und Komponenten zur Wärmeabführung in Betracht. Hierunter fallen zum Beispiel flächige metallische Elemente und Kühlkörper, welche an geeigneten Stellen der Relaismodule (beispielsweise auf den Leiterplatten sowie zwischen den Leiterplatten und den Relais) vorgesehen sein können.
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Ferner sind Relaismodule vorstellbar, welche mehr als zwei Relais aufweisen, wobei die Relais neben- und/oder übereinander angeordnet sein können. Auch wird darauf hingewiesen, dass für die Relaismodule alle Arten von Leiterplatten einsetzbar sind, d. h. zum Beispiel neben Leiterplatten mit Leiterbahnen auf einer oder zwei Seiten (Ober- und Unterseite) auch mehrlagige Leiterplatten („Multilayer”-Leiterplatten), bei denen eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Leiterbahnebenen vorgesehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Relais
- 110
- Gehäuse
- 111
- Unterseite
- 112
- Oberseite
- 121, 122
- Anschlussstift
- 125
- Verbindungselement
- 131, 132
- Anschlussstift
- 141, 142
- Kontaktfläche
- 151, 152
- Anschlussstift
- 161, 162, 163
- Leiterplatte
- 165
- Kontaktfläche
- 170, 171
- Lotmittel
- 180, 181
- Bauelement
- 191, 192, 193
- Relaismodul
- 194, 195
- Relaismodul
- 199
- Modulgehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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