DE102013002709B4

DE102013002709B4 - Gedichteter Leiterplattensteckverbinder

Info

Publication number: DE102013002709B4
Application number: DE102013002709.8A
Authority: DE
Inventors: Sven Filipon; Danica Holley; Michael Knödler
Original assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Current assignee: Amphenol Tuchel Electronics GmbH
Priority date: 2013-02-16
Filing date: 2013-02-16
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2033-02-17
Also published as: EP2956999A1; WO2014124657A1; DE102013002709A1; US9509071B2; US20150357747A1

Abstract

Gedichteter Leiterplattenstecker (1) zum elektrischen Anschluss eines Steckers an eine Leiterplatte (60) mit: a) einem Schnittstellengehäuse (2), welches im Anschlussbereich (10) mindestens einen Signalkontakt (6, 6') und welches mindestens zwei Einpresselemente (20, 21, 22, 23) mit Einpresszonen (41) zum Einpressen in die Leiterplatte (60) aufweist; b) das Schnittstellengehäuse (2) mit einer Auflagefläche (30) für eine Dichtung (9) ausgebildet ist; c) einer Dichtung (9), die im Dichtbereich (8) des Leiterplattensteckers (1) mit der Leiterplatte (60) angeordnet ist, wobei die Dichtung (9) eine Durchgangsöffnung (11') für den oder die Signalkontakt(e) (6, 6') aufweist und je eine Durchgangsöffnung (11) für die Einpresselemente (20, 21, 22, 23) aufweist und wobei die Einpresszonen (41) der Einpresselemente (20, 21, 22, 23) in einer definierten und gleichen Montageebene (50) angeordnet sind, sodass die Dichtung (9) in Dickenrichtung (D) im Bereich der Einpresszonen (41) angeordnet ist, sodass beim Einpressen des Leiterplattensteckverbinders (1) in die Leiterplatte (60) die Dichtung (9) in Dickenrichtung (D) komprimiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Steckverbinder gemäß Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft damit insbesondere einen elektrischen Steckverbinder zum Verbinden mit einer Leiterplatte und zum Anschluss eines Steckers am Steckverbinder.
Aus der Druckschrift US 2011/0034073 A1 und der DE 10 2011 051 644 A1 sind Schnittstellenstecker zur Verbindung eines Steckverbinders mit einer Leiterplatte bekannt.
Aus der US 2006/0148280 A1 ist ein gewinkelter Leiterplattensteckverbinder bekannt.
Leiterplattensteckverbinderlösungen der gattungsgemäßen Art, insbesondere für Ströme bis 10A für unterschiedliche Anwendungen in der Elektronik, insbesondere für Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen, wie Temperaturen bis 180°C auftreten sowie Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, bereiten die nachfolgend angeführten technischen Probleme.
Es gibt diverse Kontaktiertechniken, um Leiterplattensteckverbindungen mit der Leiterplatte zu verbinden.
Eine herkömmliche Art ist die Verbindung mit Lötkontakten. Allerdings tritt beim Löten ein Lötgas auf, was zu unerwünschten Nebeneffekten und auch zu Überdruck im Lötbereich führen kann.
Beim Löten werden Lötdämpfe freigesetzt, die entweder unmittelbar zu Überdruck in einem gedichteten Bereich oder zu Beschädigungen des Leiterplattensteckverbinders oder der Leiterplatte führen können.
Ferner unterliegen viele Leiterplattenanwendungen der RoHS-Richtlinie, bei der nur gewisse Lote und insbesondere bleifreie Lote verwendet werden dürfen.
Dies führt zu Whisker-Bildung und anderen unerwünschten Nebeneffekten, was ebenfalls zu vermeiden ist.
Bei einer gedichteten Leiterplattenschnittstelle soll neben ihrer Dichtheit auch eine kompakte Bauform gewährleistet sein und eine sichere Verbindung zur Leiterplatte bereitgestellt werden können.
Ferner soll eine dauerhafte Dichtung gewährleistet sein und eine mechanisch stabile Verbindung der elektrischen Kontakte sichergestellt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leiterplattensteckverbinder bereitzustellen, der einerseits mechanisch stabil mit der Leiterplatte verbunden ist und andererseits hinreichend dicht gegen Eintritt von Wasser und Flüssigkeiten gegenüber der Umwelt abgedichtet ist.
Dicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Steckverbinder, sofern er die nach den internationalen IP-Schutzgraden vorgesehene Schutzklasse IP55 oder besser ausgebildet sein soll.
Die vorliegende Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen.
Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Es werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leiterplattensteckverbinder mit einem Dichtelement bzw. einer Dichtung auszubilden sowie mit Einpresskontakten zur mechanischen, jedoch nicht elektrischen Verbindung des Leiterplattensteckverbinders mit einer Leiterplatte, wobei die Dichtung in einem Dichtbereich angeordnet ist und die Einpresskontakte durch Durchgangsöffnungen in der Dichtung hindurchragen.
Auf diese Weise kann der Leiterplattensteckverbinder mittels mechanischer Einpresskontakte in die Leiterplatte eingepresst werden, um eine mechanische Verbindung mit der Leiterplatte zu erzielen, während die Signalkontakte durch die Leiterplatte hindurchdringen können, wobei gleichzeitig, die wie zuvor angebrachte Dichtung, die Durchtrittsöffnungen verschließt und somit eine gedichtete Schnittstelle herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird daher ein gedichteter Leiterplattensteckverbinder zum elektrischen Anschluss eines Steckers an einer Leiterplatte bereitgestellt mit einem Schnittstellengehäuse, welches im Anschlussbereich mindestens einen Signalkontakt und welches mindestens zwei Einpresskontakte mit Einpresszonen aufweist, wobei das Schnittstellengehäuse mit einer Auflagefläche für eine Dichtung ausgebildet ist und im Dichtbereich des Leiterplattensteckverbinders eine Dichtung angeordnet ist, wobei die Dichtung eine Durchgangsöffnung für den oder die Signalkontakte aufweist und je eine Durchgangsöffnung für die Einpresskontakte.
Erfindungsgemäß liegen die Einpresszonen der Einpresselemente in der gleichen Montageebene.
Durch eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung können die Einpresselemente mit ihren Einpresszonen mechanisch fest mit der Leiterplatte verbunden werden und zwar derart, dass eine mechanisch stabile und in der Dichtebene eindeutig festgelegte Anordnung des Leiterplattensteckverbinders zur Leiterplatte gewährleistet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Signalkontakte als Einpresskontakte ausgebildet. Durch die Ausbildung der Signalkontakte als Einpresskontakte lassen sich weitere Fertigungsschritte dahingehend vermeiden, dass Löt- oder andere Verbindungsprozesse vermieden werden können.
Insofern können die Einpresskontakte mit Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch kontaktieren, während die Einpresselemente die mechanische Verbindung zur Leiterplatte herstellen.
Insbesondere können die Einpresselemente aus einem ersten Material hergestellt sein, während die Signalkontakte aus einem vom ersten Material unterschiedlichen zweiten Material hergestellt sein können.
Insofern kann das Material der Einpresselemente so ausgewählt werden, dass eine möglichst optimale mechanische Verbindung hergestellt wird mit einer korrespondierenden Öffnung in der Leiterplatte, während die Signalkontakte aus einem für die Stromübertragung und die elektrische Verbindung optimale Material bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leiterplattensteckverbinder ausgebildet mit einem Buchsenkörper mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme eines korrespondierenden Gegensteckers auf der der Auflagefläche gegenüberliegenden Seite des Leiterplattensteckverbinders und wobei die Signalkontakte mit ihrem einen Ende in den Aufnahmeraum hineinragen.
Auf diese Weise kann ein einstückiger Buchsenkörper bereitgestellt werden, der einerseits die Einpresselemente aufweist und andererseits vom Aufnahmeraum in den Anschlussraum sich erstreckende Signalkontakte umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Signalkontakte Einpresszonen auf und liegen die Einpresszonen der Signalkontakte in der gleichen Montageebene wie die Einpresszonen der Einpresselemente.
Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass einerseits beim Verpressen des Leiterplattensteckverbinders mit der Leiterplatte die Einpresstiefe auf ein festes, definiertes Maß festgelegt wird und bei vollständigem Einstecken des Leiterplattensteckverbinders in die korrespondierenden Einpressöffnungen in der Leiterplatte eine definierte Montageebene festgelegt ist, wodurch einerseits eine Fertigungssicherheit entsteht und andererseits durch geeignete Auswahl der Dichtung auf ein vorbestimmtes definiertes Maß komprimiert werden kann.
Der erfindungsgemäße Leiterplattensteckverbinder ist so ausgebildet, dass die Dichtung in Dickenrichtung zumindest teilweise im Bereich der Einpresszonen angeordnet ist, so dass beim Einpressen des Leiterplattensteckverbinders in eine Leiterplatte die Dichtung in Dickenrichtung komprimiert wird. Dies bedeutet, dass bevorzugt eine in Dickenrichtung komprimierbare Dichtung verwendet wird.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der Dichtbereich mit einer Vertiefung ausgebildet ist zum Einbringen der Dichtung in die Vertiefung.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefung vollständig von einem die Signalkontakte und die Einpresselemente umschließenden Kragen begrenzt wird.
Dies hat den Vorteil, dass durch die Vertiefung einerseits die Position der Dichtung sichergestellt wird und beim Komprimieren der Dichtung in Dickenrichtung eine seitliche Begrenzung vorhanden ist, während gleichzeitig eine in Dickenrichtung vorhandene Auflagefläche definiert wird, um ein Überpressen des Leiterplattensteckverbinders in die Leiterplatte zu verhindern.
Anders ausgedrückt bildet der Kragen einen flächigen Anschlag, der gleichzeitig die Eindringtiefe der Einpresselemente in die Leiterplatte definiert. Darüber hinaus lässt sich auch hierdurch eine optische Kontrolle erzielen, dergestalt, dass beim vollständigen Einpressen des Leiterplattensteckverbinders in die Leiterplatte der die Kontakte und Einpresselemente umschließende Kragen vollständig auf der Leiterplatte aufliegen muss. Ist beispielsweise einseitig noch ein Spalt erkennbar, so wäre für den Betrachter ersichtlich, dass der Leiterplattensteckverbinder nur unvollständig verpresst ist.
In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist der Leiterplattensteckverbinder mit seinen Einpresselementen in korrespondierender Einpressöffnung einer Leiterplatte eingebracht und sind die Signalkontakte mit wenigstens einer auf der Leiterplatte durch eine Linse überdeckte LED (Leuchtdiode) verbunden.
Diese Ausführungsform stellt eine besonders effiziente und gedichtete Lösung für einen Leiterplattensteckverbinder bereit, bei dem bereits eine gedichtete Leuchtdiode integriert ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Signalkontakte durch die Leiterplatte hindurch in den Bereich der Linse hineinragen.
Alternativ können auch mehrere LED's in der Linse angeordnet sein, wodurch eine steckbare Leuchtanordnung bereitgestellt wird, in der ein gedichteter Leiterplattensteckverbinder integriert ist.
Erfindungsgemäß wird daher auch eine LED-Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die über eine gedichtete Leiterplattenschnittstelle verfügt.
Insbesondere wird erfindungsgemäß damit eine LED-Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die über eine gedichtete Leiterplattenschnittstelle gemäß einem der oben genannten Merkmale einzeln oder in Kombination verfügt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Patentansprüchen und den Figuren.
Diese zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leiterplattensteckverbinders;
2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Leiterplattensteckverbinders gemäß 1 von einer Ansicht von schräg unten;
3 eine schematische Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen gedichteten Leiterplattensteckverbinder, welche mit einer Leiterplatte verbunden ist, auf der eine von einer Linse überdeckte LED angeordnet ist.
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiterplattensteckverbinders 1 gezeigt. Der Leiterplattensteckverbinder 1 besteht aus einem Schnittstellengehäuse 2, was in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Aufnahmebuchse 3 mit einem Aufnahmeraum 5 aufweist. In die Aufnahmebuchse 3 bzw. in den Aufnahmeraum 5 lässt sich ein korrespondierender Gegenstecker mit dem Leiterplattensteckverbinder 1 elektrisch und mechanisch kontaktieren.
Der Leiterplattensteckverbinder 1 weist wie in 1 und 2 ersichtlich, zwei Signalkontakte 6, 6' auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Signalkontakte 6, 6' als Einpresskontakte ausgebildet mit Einpresszonen 40.
Ebenfalls in den 1 und 2 ersichtlich, ist, dass benachbart zu den Ecken des im wesentlichen quaderförmigen Leiterplattensteckverbinderflansch 4 (kurz Flansch 4 genannt) jeweils ein mechanisches Verbindungsmittel angeordnet ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die mechanischen Verbindungsmittel erfindungsgemäß als Einpresselemente 20, 21, 22, 23 ausgebildet. Die Einpresselemente 20, 21, 22, 23 weisen Einpresszonen 41 auf, um diese, wie in 3 ersichtlich, mit der Leiterplatte mechanisch zu verbinden.
Wie in 3 ersichtlich, weist der Flansch 4 und damit das Schnittstellengehäuse 2 eine Vertiefung 7 auf, welche eine Auflagefläche 30 ausbildet. Die Auflagefläche 30 ist umgeben von einem umlaufenden Kragen 12.
In die Vertiefung 7 ist eine Dichtung 9 eingebracht, die unter Bildung eines Spaltes zum Kragen 12 auf der Auflagefläche 30 aufliegt, wie dies in 2 in der perspektivischen Ansicht beispielhaft gezeigt ist.
Beim Einpressen des Leiterplattensteckverbinders 1 in eine Leiterplatte 60 wird die Dichtung 9 in Dickenrichtung D komprimiert und kann sich in den Spalt, der in 2 gezeigt ist, hinein ausdehnen. Die Oberfläche der Dichtung 9 bildet mit der Oberfläche der Leiterplatte 60 die Dichtebene aus. Diese Dichtebene stellt gleichzeitig die Montageebene 50 des Leiterplattensteckverbinders 1 dar.
Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Montageebene 50 durch die Oberseite des Kragens 12 ausgebildet.
In der Montageebene 50 befinden sich ferner zumindest teilweise die Einpresszonen 40 und/oder die Einpresszonen 41 der Signalkontakte 6, 6' und der Einpresselemente 20, 21, 22, 23.
Durch Einpressen des Leiterplattensteckverbinders 1 mit der Dichtung 9 in die Leiterplatte 60 derart, dass der Kragen 12 und damit die Montageebene 50 auf der Oberseite der Leiterplatte zu liegen kommt, wird der in 3 gezeigte Montagezustand erzielt.
In 1 ist die Montageebene 50 durch eine gestrichelte Linie exemplarisch gezeigt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen damit der Anschlag des Kragens 12 und die Einpresszonen 40, 41 sowohl der Kontakte als auch der Einpresselemente in einer im Wesentlichen gemeinsamen Ebene.
In der in 3 gezeigten, exemplarischen Ansicht wurde die nicht dargestellte Dichtung 9 in Dickenrichtung D komprimiert.
Ferner ist in 3 ersichtlich, dass die beiden Signalkontakte 6, 6' mit einer LED 80 (Leuchtdiode) elektrisch kontaktieren, wobei die LED 80 von einer Linse 70 dichtend überdeckt ist.
Hierdurch wird eine LED-Leuchtvorrichtung erhalten, die über eine gedichtete Leiterplattenschnittstelle verfügt.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplattenstecker
2: Schnittstellengehäuse
3: Aufnahmebuchse
4: Flansch
5: Aufnahmeraum
6, 6': Signalkontakte
7: Vertiefung
8: Dichtbereich
9: Dichtung
10: Anschlussbereich
11: Durchgangsöffnung der Einpresselemente
11': Durchgangsöffnung der Signalkontakte
12: Kragen
20, 21, 22, 23: Einpresselemente
30: Auflagefläche
40: Einpresszonen
41: Einpresszonen
50: Montageebene
60: Leiterplatte
70: Linse
80: LED
D: Dickenrichtung

Claims

Gedichteter Leiterplattenstecker (1) zum elektrischen Anschluss eines Steckers an eine Leiterplatte (60) mit: a) einem Schnittstellengehäuse (2), welches im Anschlussbereich (10) mindestens einen Signalkontakt (6, 6') und welches mindestens zwei Einpresselemente (20, 21, 22, 23) mit Einpresszonen (41) zum Einpressen in die Leiterplatte (60) aufweist; b) das Schnittstellengehäuse (2) mit einer Auflagefläche (30) für eine Dichtung (9) ausgebildet ist; c) einer Dichtung (9), die im Dichtbereich (8) des Leiterplattensteckers (1) mit der Leiterplatte (60) angeordnet ist, wobei die Dichtung (9) eine Durchgangsöffnung (11') für den oder die Signalkontakt(e) (6, 6') aufweist und je eine Durchgangsöffnung (11) für die Einpresselemente (20, 21, 22, 23) aufweist und wobei die Einpresszonen (41) der Einpresselemente (20, 21, 22, 23) in einer definierten und gleichen Montageebene (50) angeordnet sind, sodass die Dichtung (9) in Dickenrichtung (D) im Bereich der Einpresszonen (41) angeordnet ist, sodass beim Einpressen des Leiterplattensteckverbinders (1) in die Leiterplatte (60) die Dichtung (9) in Dickenrichtung (D) komprimiert wird.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkontakte (6, 6') als Einpresskontakte ausgebildet sind.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattenstecker eine Aufnahmebuchse (3) mit einem Aufnahmeraum (5) zur Aufnahme eines korrespondierenden Gegensteckers auf der der Auflagefläche (30) gegenüberliegenden Seite aufweist und die Signalkontakte (6, 6') mit ihrem einen Ende in den Aufnahmeraum (5) hineinragen.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtbereich (8) eine Vertiefung (7) zum Einbringen der Dichtung (9) aufweist.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß Anspruch 4, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (7) vollständig von einem die Signalkontakte (6, 6') und die Einpresselemente (20, 21, 22, 23) umschließenden Kragen (12) begrenzt wird.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterplattensteckverbinder (1) mit seinen Einpresselementen (20, 21, 22, 23) in korrespondierende Einpressöffnungen eine Leiterplatte (60) eingebracht ist und die Signalkontakte (6, 6') mit wenigstens einer auf der Leiterplatte (60) durch eine Linse (70) überdeckte LED (80) verbunden ist.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß Anspruch 6, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkontakte (6, 6') durch die Leiterplatte (60) in den Bereich der Linse (70) hindurchragen.
Gedichteter Leiterplattenstecker (1) gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkontakte (6, 6') aus einem ersten Material hergestellt sind und die Einpresselemente (20, 21, 22, 23) aus einem davon unterschiedlichen zweiten Material.