DE10215078A1

DE10215078A1 - Leitungshalterung

Info

Publication number: DE10215078A1
Application number: DE2002115078
Authority: DE
Inventors: Martin Stadlmeier
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Bisherige Leitungshalterungen, die sowohl eine feste Verbindung zu einem Leiterbahnträger als auch zur Leitung aufweisen, sind teuer und benötigen eine aufwendige Montage. DOLLAR A Um eine einfache Montage an einen Leiterbahnträger zu erzielen, besitzen die Leitungshalterungen auf einer Seite eine plane, ebene Fläche, die eine kostengünstige Oberflächenmontage an den Leiterbahnträgern erlaubt. Gleichfalls sind sie entweder hülsen- oder rinnenförmig aus einem Metallblech geformt, wodurch ein Anschweißen eines Kabels oder eines Drahts ermöglicht wird, so dass diese Verbindung eine hohe mechanische Stabilität aufweist. DOLLAR A Solche Leitungshalterungen eignen sich vor allem für Baugruppen, die kostengünstig aufgebaut werden müssen, eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen müssen und die bewegliche Bauteile aufweisen, welche elektronisch angesteuert werden, wie beispielsweise Ventilsteuergeräte im Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitungshalterung für eine elektrische Leitung zur elektrischen Verbindung dieser Leitung mit einer Leiterbahn, die auf einer Trägerplatte angeordnet ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei elektrischen oder elektronischen Baugruppen, die auf Leiterbahnen aufweisenden Trägerplatten montiert sind, beispielsweise auf Leiterplatten, ist es manchmal erforderlich, dass zusätzliche Leitungen, insbesondere Kabel oder Drähte, mit den Leiterbahnen der Trägerplatte verbunden werden müssen. In den einfachsten Fällen werden die außerhalb des Trägers angeordneten elektrischen Leitungen, die in der Regel wesentlich massiger sind als die dünnen am Träger integrierten Leiterbahnanordnungen, direkt an der Leiterbahn eingelötet. Hierbei kann die externe Leitung beispielsweise in eine durchkontaktierte Öffnung der Leiterplatte eingeführt oder auf eine plane Kontaktfläche der Leiterplatte aufgelegt und dann verlötet werden. Dadurch entsteht der elektrische Kontakt zwischen der externer Leitung und der im Träger integrierten Leiterbahn. Aufgrund der geringen mechanischen Belastbarkeit, insbesondere hinsichtlich der Zugfestigkeit, solcher direkter Lötverbindungen werden Leitungshalterungen benötigt, die eine dauerhafte Verbindung zwischen den Leiterbahnen und den separaten Leitungen gewährleisten.

Eine solche Leitungshalterung ist als Kabelhalterung aus der EP 0 450 996 B1 bekannt. Die Kabelhaltung besteht aus zwei Teilen: einem Kabelaufnehmer aus Kunststoff, der zwischen dem Kabel und der Leiterplatte angeordnet ist und einem Bügel aus schweißbarem Metallblech, der mindestens eine Gabel aufweist, die einen Kontakt mittels Durchdringung der Isolierung des Kabels bildet, um einen Kontakt mit dem Geflecht herzustellen, wobei der Bügel mehrere Anschlüsse aufweist, die in Löcher der Leiterplatte eingefügt und angelötet werden.

Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist es, dass sie aus mehreren Teilen besteht und dass die Montage einer solchen Leitungshalterung auf einer Leiterplatte sehr Zeit- und arbeitsaufwendig ist, da beide Teile der Leitungshalterung mit der Leiterplatte verbunden werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leitungshalterung aufzuzeigen, die einfach und kostengünstig am Träger mechanisch und elektrisch verbunden werden kann und die eine stabile Verbindung mit der externen Leitung ausbildet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Leitungshalterung vorgesehen, deren Anschluss bzw. Anschlüsse eine ebene Montagefläche ausbilden, die eine Oberflächenmontage auf der Trägerplatte erlauben. Die Leitungshalterung besteht aus einem leit- und schweißfähigen Material, wobei die Leitungshalterung eine Öffnung zur Aufnahme der Leitung aufweist, die beim Verbinden von Leitung und Leitungshalterung zusammengeschweißt wird.

Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Leitungshalterung geschaffen, die mittels Oberflächenmontage an die Trägerplatte angebracht werden kann. Eine solche Montage kann vollautomatisch durchgeführt werden. Dadurch sind die Kosten bei diesem Montageverfahren gering. Andererseits wird durch die Schweißverbindung zwischen der externen Leitung und dem Leitungshalter eine feste und dauerhafte Verbindung gewährleistet. Der Leitungshalter selbst kann kostengünstig einstückig, insbesondere hülsenförmig oder klammerförmig hergestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei kann die Leitungshalterung derart aufgebaut sein, dass die Leitung entweder senkrecht zur Leiterplatte oder parallel zu dieser verläuft. Hierbei weist die Leitungshalterung entweder eine Metallhülse, in die das Kabel eingeführt wird, wobei es sich hier als besonders vorteilhaft erweist, wenn die Hülse konisch verläuft, oder eine U-förmige Metallrinne auf, in die das Kabel parallel zur Leiterplatte eingelegt wird. Derartige Leitungshalterungen eignen sich besonders für elektrohydraulische oder -pneumatische Steuergeräte. Diese Steuergeräte beinhalten elektrische oder elektronische Bauteile, die beweglich sind, so dass das Zuleitungskabel auch beweglich mit der fest montierten Leiterplatte verbunden sein muss. In anderen Anwendungen sind die elektrischen oder elektronischen Komponenten zwar unbeweglich aber beispielsweise extern fixiert, so dass gleichfalls eine externe Leitung erforderlich ist, um das Bauteil mit einer integrierten Leiterbahn des Trägers elektrisch zu verbinden. Ferner können mit solchen Leitungshalterungen Leitungsbrücken, die beispielsweise als Shunt-Widerstand dienen, über bzw. unter der Trägerplatte hergestellt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung kann auch dadurch erzielt werden, dass mehrere Leitungen in einem Leitungshalter befestigt werden.

Im folgenden sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Leitungshalterung in den Figuren näher beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 Verschiedene Ausführungsformen der Leitungshalterung.
Fig. 2 Leitungshalterung für einen Spulenaufbau mit integrierter Strombrücke.
Fig. 3 Leitungshalterung zur Ausbildung eines Shunt-Widerstandes.
Fig. 1 zeigt verschiedene Ausführungsformen von Leitungshalterungen, die oberflächenmontierfähig sind und bei denen die externe Leitung 5 an der Leitungshalterung 21, 23 mittels Schweißverbindung 6 befestigt ist. Diese Leitung kann sowohl ein ein- oder mehradriges Kabel oder ein Draht mit oder ohne Isolierung sein. Die Leitungshalterung 21 besteht aus einer Metallhülse 8, die an der Seite an der sie auf der Leiterplatte 2 montiert ist, einen Fuß aufweist. Dieser Fuß ist eine plane, ringförmige Fläche 9. Diese Fläche 9 der Leitungshalterung 21 ist mittels Oberflächenmontageverfahrens (Surface Mount Technologie nachfolgend mit SMT- Verfahren bezeichnet) mit der Leiterplatte 2 verbunden, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen einer Leiterbahn 17 auf der Leiterplatte 2 und dem Kabel 5 und somit zu dem externen elektrischen Bauteil 12 hergestellt ist. Die mechanische feste Verbindung zwischen der Leitungshalterung 21 und dem Kabel 5 ist eine Schweißverbindung 6. Zusätzliche Stabilität kann durch eine Quetschverbindung 11, d. h. durch eine mechanische Verformung der Metallhülse 8 des Kabelhalters 21 erzielt werden. Als besonders vorteilhaft, erweist es sich, wenn die Metallhülse 8 einen konischen Verlauf hat. Dadurch wird das Einfädeln des Kabels 5 oder der Kabel erleichtert. Die Montage der Leitungshalterung 21 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zuerst kann der Fuß der Leitungshalterung 21 auf die Leiterplatte 2 aufgelötet werden. Danach wird das Kabel 5 in das offene Ende der konisch zulaufenden Leitungshalterung 21 eingeführt, dann wird die Leitungshalterung 21 an der Metallhülse 8, in dem sich das Kabel 5 befindet, gequetscht, so dass eine erste mechanische Fixierung erzielt wird, und zum Schluss wird die Leitungshalterung 21mit dem Kabel 5 verschweißt. Hierbei sollte das Schweißen in einem so großen Abstand zur Lötstelle erfolgen, dass die Lötverbindung nicht aufgeschmolzen wird. Alternativ kann die Leitungshalterung 21 zuerst an der externen Leitung 5 angeschweißt und erst danach an der Trägerplatte angelötet werden. Weil die Schweißverbindung beim Löten nicht zerstört wird, können damit auch geringere Aufbauhöhen der Leitungshalterung 21, 23 realisiert werden.
Die hülsenförmige Leitungshalterung 21 kann auf verschiedenste Art an der Leiterplatte 2 montiert werden. Im ersten Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 ganz links wird der Leitungshalter direkt auf die Oberseite der Trägerplatte angelötet. In der danebenliegenden Ausführungsform wird die Leitungshalterung 21 durch eine Öffnung in der Leiterplatte 2 geführt. Der Fuß 9 der Leitungshalterung 21, der den Anschluss an die Leiterplatte 2 ausbildet, weist auch hier eine ebene, plane Montagefläche auf, die die einfache und kostengünstige Oberflächenmontage erlaubt. Die Leitungshalterung 21 erstreckt sich von der Rückseite der Leiterplatte 2 durch die Leiterplattenöffnung hindurch, bis über die Vorderseite der Leiterplatte 2 hinaus. Diese Montage hat den Vorteil, dass sich die Leitungshalterung 21 zusätzlich im Bereich der Leiterplattenöffnung abstützen kann, so dass eine noch höhere mechanische Belastbarkeit gewährleistet ist. In diesem Anwendungsbeispiel wird das Kabel 5, das die elektrische Zuleitung zu einem entfernten Bauteil 12 bildet, von der Seite hin in die Leitungshalterung 21 eingeführt, an der die Lötverbindung 7 ist. Die Leitungshalterung 21 ist in dem Bereich, in dem die externe Leitung 5 eingeführt wird, trichterförmig, so dass das Einfädeln der Leitung 5 einfach ist. Die Verbindung zwischen der Leitung 5 und der Metallhülse 8 der Leitungshalterung 21 ist eine Quetsch- 11 und Schweißverbindung 6.
Bei der hülsenförmigen Leitungshalterung 21 im danebenliegenden Ausführungsbeispiel wird das Kabel 5 von oben in die Leitungshalterung 21 eingeführt wird. Hierbei befindet sich jedoch die Anschlussfläche 3 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 2. Die Kabelhalterung 21 weist mindestens eine Öffnung 4 auf, die einen trichterförmigen Verlauf hat, der das Einfädeln des Kabels 5 erleichtert. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt das Verbinden zwischen Kabel 5 und Leitungshalterung 21 durch Schweißen. In den drei beschriebenen Leitungshalterungen 21 ist die externe Leitung 5 mehr oder weniger senkrecht zur Leiterplatte 2 angeordnet. Bei weiteren Ausführungsformen dieser Art kann es von Vorteil sein, dass die hülsenförmige Leitungshalterung 21 an einer Seite verschlossen ist. Gleichfalls ist es möglich, dass der Anschlussfuß 9 nicht nur als Lochscheibe, Ring oder sternenförmig, sondern auch als volle Scheibe massiv an der Metallhülse 8 ausgebildet ist. Die Leitungshalterung 23 zeigt, dass eine solche nicht nur hülsenförmig, sondern auch als Rinne ausgebildet sein kann, in welche die externe Leitung 5 mehr oder weniger parallel zur Leiterplatte 2 eingelegt werden kann. Die hier abgebildete Leitungshalterung 23 weist eine ebene und plane Auflagefläche 9 auf, die oberflächenmontierbar ist. Oberhalb dieser Auflagefläche 9 befindet sich eine Rinne 10, die mit der Auflagefläche 9 in Kontakt steht. Die Rinne 10 ist U- oder V-förmig, insbesondere trichterförmig, so dass das Kabel 5 einfach eingelegt werden kann. Jedoch kann die Rinne 10 auch geschlossen o-förmig sein. Zwischen der Auflagefläche 9, die mit einer Leiterbahn 17, der Leiterplatte 2 verbunden ist und der Rinne 10, in die das Kabel 5 eingelegt wird, ist ein Abstand vorgesehen, so dass das Kabel 5 nicht direkt auf der eigentlichen Auflagefläche 9 der Leitungshalterung 1 anliegen kann, da sonst beim Verschweißen des Kabels 5 mit der Leitungshalterung 23 die Lötverbindung 7 gelöst werden könnte. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Fuß der Leitungshalterung 23, der unterhalb der Rinne angeordnet ist und die Auflagefläche 9 ausbildet, innen hohl. Jedoch könnte der Fuß auch massiv ausgebildet oder mit einem Füllstoff ausgefüllt werden. Nach Einlegen des Kabels 5 in die Rinne 10 der Leitungshalterung 23 kann das Kabel 5 mit der Halterung 1 verschweißt werden. Alternativ hierzu kann das Kabel 5 zuerst in die Halterung 1 eingepresst werden, bevor es dann endgültig verschweißt wird.
Solche Aufbauten erweisen sich immer dann als vorteilhaft, wenn einerseits eine kostengünstige Verarbeitung, insbesondere die Bestückung der Träger 2, insbesondere Leiterplatten oder Hybridkomponenten, die Leiterbahnen 17 aufweisen, schnell, einfach und kostengünstig vonstatten gehen soll und andererseits eine mechanisch feste Verbindung bei der Verwendung einer externen Leitung 5 benötigt wird. Wesentlich bei allen Leitungshalterungen 1 ist es, dass sie

- eine plane ebene Auflagefläche aufweisen, die als Anschluss dient und die lötfähig ist, so dass eine Oberflächenmontage auf eine Leiterplatte 2 oder einen Hybrid erfolgen kann;
- an der Stelle, an der sie mit dem Kabel 5 verbunden ist, derart beschaffen ist, dass ein Verschweißen von Kabel 5 und Leitungshalterung 1 ermöglicht wird.

Derartige Leitungshalterungen 1 werden immer dann benötigt, wenn externe Leitungen 5, insbesondere Kabel oder Drähte mit einer Leiterplatte oder einem Hybrid verbunden werden müssen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Leitungshalterung 1 nicht nur zum elektrischen Verbinden eines Bauteils 12 dient, sondern auch zur Ausbildung einer Strombrücke Verwendung findet. Das hier abgebildete Bauteil 12 ist eine Spule, die beispielsweise in einem Ventilsteuergerät angeordnet ist. Die Spulenanschlüsse sind als Kabel 5 ausgeführt. Die Spule 12 ist in einem Kunststoffträger 14 angeordnet und in der Leiterplatte 2 beweglich positioniert. Auf der einen Seite verläuft das Kabel 5 der Spule 12 im Zwischenraum 15 zur Leitungshalterung 1. Das Kabel 5 wird von unten in die auf der Leiterplatte 2 mittels Oberflächenmontage befestigte Leitungshalterung 1 eingeführt. Die Auflagefläche 9 dieser Leitungshalterung 1 befindet sich auf der Unterseite der Leiterplatte 2. Die Unterseite der Leiterplatte 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel die Seite, die der Spule 12 zugewandt ist. Das andere Kabel 5, das aus der Spule 12 herausgeführt wird, verläuft größtenteils im Kunststoffträger 14. Dadurch können einerseits größere Entfernungen zwischen der Spule 12 und der Anschlussstelle an der Leiterplatte 2 überbrückt, die mechanische Stabilität erhöht, die elektrische Abschirmung verbessert und andere vorteilhafte Effekte erzielt werden. Daneben befindet sich ein Kabel 5, das im Innern des Kunststoffträgers 14 angeordnet ist und an seinen beiden Enden jeweils mit einer Leitungshalterung 1 verbunden ist. An diesem Kabel 5 befindet sich kein externes Bauteil. Die Anordnung dient als reine Strombrücke, die beispielsweise dazu verwendet werden kann, hohe Ströme, die die Leiterbahnanordnung auf der Leiterplatte 2 zerstören würde, von einer Stelle der Leiterplatte 2 auf eine andere Stelle der Leiterplatte 2 zu führen. Dadurch können aufwendige Steckanordnungen eingespart werden bzw. die Leiterbahnen der Leiterplatte 2 minimiert und, insbesondere durch eine geringere Fläche oder einen kleineren Querschnitt, optimiert werden. Der Verlauf des Kabels 5 im Kunststoffträger 14 kann als zusätzliche Ummantelung des Kabels 5 in diesem Bereich aufgefasst werden, so dass in diesem Bereich zusätzliche Vorteile entstehen.
Fig. 3 zeigt eine bestückte Leiterplatte 2, die Leitungshalterungen 1 aufweist, wobei das Kabel 5 zwischen den beiden Leitungshalterungen 1 als sogenannter Shunt- Widerstand dient. Hierbei ist das Kabel 5 über den Bauteilen 13, die auf dem Träger befestigt sind, angeordnet. Die Leitungshalterungen 1 sind so aufgebaut, dass das Kabel 5 seitlich in die Leitungshalterung 1 eingeführt wird. Bei der einen Leitungshalterung ist die Verbindung zwischen dem Kabel 5 und der Halterung 1 eine einfache Schweißverbindung 6, während bei der anderen Leitungshalterung 1 die Verbindung 6 durch zwei Schweißpunkte erzielt wird. Ein solcher durch eine Kabelbrücke realisierter Shunt-Widerstand kann beispielsweise dazu dienen, einen Motor mit einem Leistungstreiber 16, der sich auf der Leiterplatte befindet, anzusteuern.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten oberflächenmontierfähigen Leitungshalterungen 1, 21, 23 können sehr einfach und kostengünstig hergestellt und montiert werden, insbesondere weil sie vollautomatisch auf einer Leiterplatte, einem Hybrid oder einem anderen Leiterbahnträger angebracht werden können. Andererseits weisen Leitungshalterungen 1 mit Schweißverbindungen 16, die zwischen dem Kabel 5 und der Leitungshalterung 1, 21, 23 bestehen, eine hohe mechanische Stabilität auf. Diese mechanische Festigkeit, die verhindert, dass sich das Kabel bei mechanischer oder thermischer Belastung aus der Halterung löst, erlaubt weitere Anwendungen. Diese Anwendungen bestehen nicht nur darin, weitere elektronische Bauelemente mit einem Leiterbahnträger zu verbinden, sondern auch, ein Kabel beliebig über oder unter einem Leiterbahnträger zu führen. Ferner kann ein Kabel auch dazu verwendet werden, dass das Kabel als elektrisches Bauteil, insbesondere als ein Widerstand oder auch als eine Spule zwischen zwei Leitungshalterungen eingesetzt wird.
Ferner erweist sich die Verwendung von Lackdraht oder einem Kabel mit einem Mantel aus isolierendem Material als besonders vorteilhaft, da beim Zusammenschweißen von Leitungshalterung und einer derartigen Leitung im Bereich der Halterung die Isolation der Leitung zerstört wird und ein elektrischer Kontakt zwischen Halterung und Leitung zustande kommt. Jedoch bleibt die restliche Leitung mit dem isolierenden Mantel versehen. Dadurch werden Kriechströme oder Kurzschlüsse z. B. mit anderen Bau- oder Gehäuseteilen vermieden.

Claims

1. Leitungshalterung (1, 21, 23) aus Metallblech für eine Trägerplatte (2), dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitungshalterung (1, 21, 23) auf einer Seite einen oder mehrere Anschlüsse aufweist, die eine ebene Montagefläche (9) ausbilden,
diese Anschlüsse plan auf einer Oberfläche der Trägerplatte (2) montiert sind und
die Leitungshalterung (1, 21, 23) eine Öffnung (4) zur Aufnahme einer Leitung (5) aufweist und
die Verbindung zwischen der Leitungshalterung (1, 21, 23) und der Leitung (5) eine Schweißverbindung (6) ist.

2. Leitungshalterung (1, 21) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) senkrecht zur Trägerplatte (2) montiert ist.

3. Leitungshalterung (1, 23) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) parallel zur Trägerplatte (2) montiert ist.

4. Leitungshalterung (1, 21) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungshalterung (1, 21) eine Metallhülse (8) ist, in die die Leitung (5) eingeführt wird und die auf der einen Seite eine ringförmige Umrandung als Montagefläche (9) aufweist.

5. Leitungshalterung (1, 23) nach Patentanspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungshalterung (1, 23) eine U-förmige Metallrinne (10) aufweist, in die die Leitung (5) eingelegt wird.

6. Leitungshalterung (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leitungshalterung (1, 21, 23) und der Leitung (5) eine weitere formschlüssige Verbindung, insbesondere Quetschverbindung (11), vorhanden ist.

7. Leitungshalterung (1, 21, 23) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4) zum Einlegen der Leitung (5) konisch zusammenläuft.

8. Eine auf eine Trägerplatte (2) montierte Baugruppe mit einer Leitungshalterung (1, 21, 23) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Leitungshalterung (1, 21, 23) befestigte Leitung (5) zu einem extern mechanisch befestigten Bauteil (12) führt.

9. Eine auf eine Trägerplatte (2) montierte Baugruppe mit einer Leitungshalterung (1, 21, 23) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Leitungshalterung (1, 21, 23) befestigte Leitung (5) zu einer weiteren Leitungshalterung (1, 21, 23) auf derselben Trägerplatte (2) führt.

10. Verwendung für eine Leitung (5) an einer Baugruppe nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (5) als Shunt-Widerstand dient.