DE19858534A1 - Elektrischer Verbinder - Google Patents

Abstract

Ein elektrischer Verbinder mit einem an einer Vorrichtung (2) befestigten Kontaktelement (3), einem dazu passenden Gegenkontakt (4) und einer Leiteinrichtung, die das Kontaktelement (3) beim Zusammenfügen in die entsprechende Lage zum Gegenkontakt (4) bringt, wobei das Kontaktelement (3) zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material besteht, so daß Lagetoleranzen zwischen dem Kontaktelement (3) und dem Gegenkontakt (4) ausgleichbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder mit einem an einer Vorrichtung befestigten Kontaktelement, einem dazu passenden Gegenkontakt und einer Leiteinrichtung, die das Kontaktelement beim Zusammenfügen in die entsprechende Lage zum Gegenkontakt bringt.

Elektrische Vorrichtungen, insbesondere Leiterplatten mit elektronischen Schaltungen, werden üblicherweise über Kabel, Leitungen und Drähte mit Sensoren, Aktuatoren und ähnlichen Vorrichtungen elektrisch leitend verbunden. Meist werden die Leitungen und Kabel, beispielsweise im Kraftfahrzeug, zu einem Kabelbaum zusammengefaßt. Dabei besteht der Nachteil, daß die Kabelleitungen lose innerhalb oder außerhalb eines Gehäuses verlegt sind, so daß der Kabelbaum sich, insbesondere beim nachträglichen Einbau, verklemmen kann. Andererseits bilden die frei verlaufenden Kabel eine große EMV-Strecke (Elektromagnetische Verträglichkeit) aus, so daß sich störende Signale in die Leitungen einkoppeln können.

Zur Montageerleichterung sind elektrische Verbinder bekannt, beispielsweise Stecker und Buchsen, wobei durch Einführschrägen ein erleichtertes Finden beim Zusammenstecken erzielbar ist. Wenn die Stecker und Buchsen jedoch fest an den jeweiligen Vorrichtungen eingebaut bzw. befestigt sind, besteht der Nachteil, daß die Vorrichtungen so zueinander ausgerichtet sein müssen, daß der Stecker und die Buchse mit zueinander parallelen Längsachsen angeordnet sind. Das Ausrichten der Vorrichtungen in der entsprechenden Lage zueinander und das lagerichtige Zusammenfügen führt dabei zu erheblichem Kosten- und Personalaufwand bei der Produktion bspw. im Bereich der Automobiltechnik.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Verbinder der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß sich das Kontaktelement und der dazu passende Gegenkontakt beim Zusammenfügen automatisch finden und dabei Lagetoleranzen zwischen Kontaktelement und Gegenkontakt ausgeglichen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach besteht das Kontaktelement zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material, so daß Lagetoleranzen zwischen dem Kontaktelement und dem Gegenkontakt ausgleichbar sind.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß sich Lagetoleranzen automatisch ausgleichen, wenn das Kontaktelement zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material besteht. Das durch die Leiteinrichtung beim Zusammenfügen in die entsprechende Lage zum Gegenkontakt gebrachte Kontaktelement kann sich durch das elastische Material an die erforderliche Lage in Bezug zum Gegenkontakt anpassen. Dadurch kommt es zu einer erheblichen Montageerleichterung beim Einbauen, beispielsweise einer Leiterplatte in ein Gehäuse, wenn dabei das Kontaktelement mit dem passenden Gegenkontakt automatisch zusammengefügt wird. Da das Kontaktelement insbesondere starr mit der Vorrichtung, beispielsweise einer Leiterplatte, verbunden ist, ist auch kein Kabelbaum erforderlich. Deswegen werden Lagetoleranzen durch den elektrischen Verbinder automatisch ausgeglichen, ohne daß ein Kabelbaum vorhanden wäre, der sich zwischen mechanischen Bauelementen verklemmen könnte. Das Kontaktelement ist bevorzugt starr an der Vorrichtung, beispielsweise der Leiterplatte, befestigt. Das Kontaktelement selbst kann wegen des Aufbaus aus elastischem Material jedoch verformt und verbogen werden.

Das Kontaktelement weist bevorzugt einen isolierenden Grundkörper auf, in den ein elektrischer Leiter eingearbeitet ist. Auf diese Weise kann das Kontaktelement auch als isolierender Leiterplattenhalter zwischen der Leitplatte und einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einem Aktuator oder einem Sensor, verwendet werden. Der Grundkörper kann auch eine zusätzliche Schirmung aufweisen, so daß die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des elektrischen Verbinders verbessert werden kann. Ein isolierender Grundkörper ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das elastische Kontaktelement könnte auch aus einem biegsamen aber leitenden Material, wie ein Federelement, hergestellt sein.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktelement als elastischer Stift ausgebildet. Aufgrund der elastischen Ausbildung des Stiftes können mehrere derartige elektrische Verbinder zwischen zwei Vorrichtungen angeordnet sein, die sich beim Zusammensetzen bzw. Einbauen der Vorrichtungen automatisch in die entsprechende Position zum Gegenkontakt bringen und wobei Herstellungstoleranzen bezüglich der Lage und Abmessungen der Gegenkontakte und bezüglich des Abstands zwischen den elektrischen Verbindern ausgeglichen werden.

Bevorzugt weist das Kontaktelement an seinem einen Ende einen leitenden Metallkontakt, insbesondere eine knopfartige Kontaktplatte auf. Der Metallkontakt kann aber auch, wie bei Steckern üblich, in Form eines Metallstiftes ausgebildet sein. Andererseits kann das Kontaktelement insgesamt aus einem leitenden Material hergestellt sein, jedoch in einem bestimmten Abschnitt federelastisch ausgebildet sein.

Der Gegenkontakt ist bevorzugt eine Nut mit Einführschrägen oder eine Buchse mit trichterförmiger Öffnung als Leiteinrichtung. In die Nut oder die Buchse ist dann das Kontaktelement einsteckbar. Die Nut kann beispielsweise eine langgestreckte Ausnehmung zur Aufnahme mehrerer Kontaktelemente sein. In die Buchse mit trichterförmiger Öffnung ist jeweils ein Kontaktelement einschiebbar. An der innenliegenden Rückwand der Buchse ist eine Kontaktplatte angeordnet, die mit der knopfartigen Kontaktplatte des Kontaktelements zusammenpaßt. Werden beide Kontaktplatten gegeneinander gepreßt, so entsteht die elektrisch leitende Verbindung zwischen den zu kontaktierenden Vorrichtungen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elastische Material des Kontaktelements ein gummiartiger Kunststoff, in den der elektrische Leiter eingearbeitet, insbesondere eingegossen ist. Das Kontaktelement kann dabei insgesamt oder lediglich abschnittsweise aus dem elastischen Material bestehen und der elektrische Leiter könnte auch in eine Bohrung in dem elastischen Material eingesteckt sein. Auf diese Weise ist der elektrische Leiter innerhalb des Kontaktelements gegen Umwelteinflüsse geschützt und biegsam geführt und zur elektrischen Verbindung zwischen Vorrichtungen sind auch keine lose herumhängenden Leiter bzw. Kabel mehr erforderlich.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktelement als Spiral-, Druck- oder Kontaktfeder ausgebildet. Es sind dabei eine Vielzahl von federelastischen Elementen herstellbar, die einen Metallkontakt an einem Ende aufweisen und mit einem gegenüberliegenden Befestigungsende starr mit einer Vorrichtung verbunden sind. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Toleranzausgleich durch die biegsamen Federelemente möglich.

Der Metallkontakt des Kontaktelements kann unter Vorspannung gegen einen Metallkontakt des Gegenkontakts angedrückt werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Kontaktelemente als Abstandhalter zwischen zwei Vorrichtungen verwendet sind und die Vorrichtungen in ihrer Einbaulage die Kontaktelemente leicht in Richtung ihrer Längsachse zusammendrücken. Infolgedessen sind die Metallkontakte des Kontaktelements und des Gegenkontakts gegeneinander vorgespannt.

Das Kontaktelement kann in seiner Lage zum Gegenkontakt, insbesondere durch Rastmittel sowie eine Schmelz- oder Schraubverbindung, festsetzbar sein. Die Metallkontakte von Kontaktelement und Gegenkontakt können beispielsweise durch ein automatisches Lötverfahren miteinander verbunden werden. Andererseits kann eine Schraub- oder Rastverbindung das Kontaktelement in der Position zum Gegenkontakt festsetzen.

Bevorzugt ist das Kontaktelement mit einem Befestigungsende an der Vorrichtung, beispielsweise einer Leiterplatte festgelegt. Das Befestigungsende des Kontaktelements ist dann insbesondere form- oder kraftschlüssig mit der Vorrichtung verbunden. Das Befestigungsende kann beispielsweise an einer Leiterplatte eingespannt sein oder in eine Befestigungsnut einsetzbar und dort beispielsweise festgeklebt sein. Das Befestigungsende ist dann starr und unbeweglich mit der Leiterplatte verbunden, wobei das Kontaktelement selbst elastisch und biegbar ist.

Bei einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktelement in sich derart verbiegbar, daß der Metallkontakt entlang einer Ebene parallel zur Leiterplatte in zwei Dimensionen elastisch verlagerbar ist. Andererseits kann der Metallkontakt des Kontaktelements durch Strecken und Stauchen des Kontaktelements auch in einer dritten Dimension, d. h. parallel zu seiner Längsachse, elastisch verlagerbar sein.

Der innerhalb des Kontaktelements verlaufende elektrische Leiter, der den Metallkontakt mit elektronischen Schaltungen auf der Leiterplatte elektrisch leitend verbindet, kann in der Art eines herkömmlichen Metalldrahts oder einer Litze ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Kontaktelement mit dem innenliegenden Leiter einfach seitlich verbogen werden. Andererseits kann im Zusammenhang mit einem als Spiralfeder ausgeführten Kontaktelement auch der Federdraht selbst als Leiter vorgesehen sein.

Bevorzugt weist der Leiter Entlastungsabschnitte, insbesondere Entlastungsschleifen auf, über die sich der Leiter entsprechend der Verlagerung des Kontaktelements verlängern oder verkürzen kann. Beispielsweise kann der Leiter in bestimmten Abschnitten spiralförmig angeordnet sein und dann in anderen Abschnitten wiederum parallel zur Längsrichtung des Kontaktelements verlaufen. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, daß das Kontaktelement gestreckt oder gestaucht werden kann, ohne daß die elektrische Verbindung zwischen den zu kontaktierenden Vorrichtungen unterbrochen wird.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann das Kontaktelement neben der Kontaktierung auch als Lagerstift zur schwimmenden Lagerung einer Leiterplatte dienen. Die mit den Kontaktelementen versehene Leiterplatte kann dann beispielsweise beim Einbau in ein Gehäuse automatisch auf einen Unterbau oder eine zweite Leiterplatte aufgesetzt werden, wobei die Kontaktelemente in die als Buchsen ausgebildeten Gegenkontakte durch die Leiteinrichtungen einführbar sind und eine elektrische Verbindung erzeugen. Durch die toleranzausgleichende Wirkung der biegsamen Kontaktelemente können Kabelbäume innerhalb eines Gerätes teilweise oder insgesamt ersetzt werden. Natürlich können auch mehrere Leiter innerhalb eines elastischen Kontaktelements zur Erzeugung mehrerer unabhängiger elektrisch leitender Verbindungen vorgesehen sein. Die "gefederte" Kontaktplatte wird beim Zusammenfügen unter Vorspannung gesetzt und anschließend in dieser Lage fixiert. Auf diese Weise ist eine sichere elektrische Kontaktierung der Leiterplatte erzielbar.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Eine Ausführungsform ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders.

Der elektrische Verbinder 1 weist erfindungsgemäß ein an einer Vorrichtung 2 befestigtes Kontaktelement 3, einen dazu passenden Gegenkontakt 4 und einen Einführkegel 5 auf. Die Vorrichtung 2 ist als Leiterplatte ausgebildet. Mit dieser Leiterplatte 2 ist eine Befestigungsbasis 6 verbunden, die eine Nut 7 zur Aufnahme eines Befestigungsendes 8 des Kontaktelements 3 aufweist. Das Befestigungsende 8 kann alternativ auch mit der Leiterplatte 2 verlötet oder verschraubt sein.

An einer dem Befestigungsende 8 gegenüberliegenden Endseite des Kontaktelements 3 ist ein knopfartiger Metallkontakt 9 vorgesehen, der an einem Metallkontakt 10 anliegt, der an der Innenseite einer Aufnahmebuchse 11 angeordnet ist. Der mit dem Kontaktelement 3 zusammenfügbare Gegenkontakt 4 ist durch den Einführkegel 5, die Aufnahmebuchse 11 und den Metallkontakt 10 gebildet.

Eine leitfähige Verbindung zwischen einer auf der Leiterplatte 2 angeordneten elektrischen Schaltung 12 und einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einem Sensor oder einer mechanischen Stellvorrichtung mit elektrischer Schnittstelle 14, entsteht durch das erfindungsgemäß biegsame bzw. federelastische Kontaktelement 3. Das Kontaktelement 3 ist einerseits in einer Ebene parallel zur Leiterplatte biegbar und andererseits in seiner Längsrichtung verlängerbar bzw. verkürzbar. Innerhalb des Kontaktelements 3 ist ein elektrischer Leiter 15 angeordnet, der Entlastungsschleifen 16 aufweist, so daß beim Verbiegen oder Verlängern des Kontaktelements die elektrische Verbindung nicht unterbrochen wird.

Claims (15)

1. Elektrischer Verbinder mit einem an einer Vorrichtung (2) befestigten Kontakt­ element (3), einem dazu passenden Gegenkontakt (4) und einer Leiteinrichtung (5), die das Kontaktelement (3) beim Zusammenfügen in die entsprechende Lage zum Gegenkontakt (4) bringt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) zumindest abschnittsweise aus einem elastischen Material besteht, so daß Lagetoleranzen zwischen dem Kontaktelement (3) und dem Gegenkontakt (4) ausgleichbar sind.

2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) einen isolierenden Grundkörper aufweist, in den ein elektrischer Leiter (15) eingearbeitet ist.

3. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) als elastischer Stift ausgebildet ist.

4. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) an seinem einen Ende einen leitenden Metallkontakt (9), insbesondere eine knopfartige Kontaktplatte, aufweist.

5. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkontakt (4) eine Nut mit Einführschrägen oder eine Buchse (11) mit trichterförmiger Öffnung (5) ist, in die das Kontaktelement (3) einsteckbar ist.

6. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material des Kontaktelements (3) ein gummiartiger Kunststoff ist, in den der elektrische Leiter (15) eingearbeitet, insbesondere eingegossen ist.

7. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) als Spiral-, Druckfeder oder als Kontaktfeder ausgebildet ist.

8. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das der Metallkontakt (9) des Kontaktelements (3) unter Vorspannung gegen einen Metallkontakt (10) des Gegenkontakts (4) gedrückt ist.

9. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) in seiner Lage zum Gegenkontakt (4), insbesondere durch Rastmittel sowie eine Schmelz- oder Schraubverbindung, festsetzbar ist.

10. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (3) mit einem Befestigungsende (8) an der Vorrichtung (2), bspw. einer Leiterplatte, festgelegt ist.

11. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsende (8) des Kontaktelements (3) starr, insbesondere form- oder kraftschlüssig an der Vorrichtung (2) befestigt ist.

12. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei festgelegtem Befestigungsende (8) des Kontaktelements (3) der Metallkontakt (9) in drei Dimensionen elastisch verlagerbar ist.

13. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (15) des Kontaktelements (3) den Metallkontakt (9) mit elektronischen Schaltungen (12) der Vorrichtung (2) elektrisch leitend verbindet.

14. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (15) Entlastungsabschnitte (16), insbesondere Entlastungsschleifen, aufweist, über die der Leiter (15) sich entsprechend der Verlagerung des Kontaktelements (3) verlängern oder verkürzen kann.

15. Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (3) neben der Kontaktierung auch als Lagerstift zur schwimmenden Lagerung einer Leiterplatte (2) dienen.