Titel Anschlussklemme für Leiterplatten

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet grundlegender elektrisch leitender baulicher Vereinigungen. Bauliche Vereinigungen einer Vielzahl von gegenseitigen isolierten Verbindungselementen, besonders ausgebildet für gedruckte Schaltungen, wobei die bauliche Vereinigung ein Bauteil einer elektrischen Verbindung zwischen zwei oder mehreren leitenden Gliedern mit direktem Kontakt unter Verwendung einer Feder darstellt. Eine solche Verbindung, insbesondere aus dem Bereich der Klemmen, stellt die elektrische Anschlussklemme dar. Die Anschlussklemme dient als Bindeglied in der Leiterplattenanschlusstechnik zur zuverlässigen Versorgung der industriellen Elektronik und wirtschaftlichen Einzelverdrahtung auf gedruckten Schaltungen und wird beispielsweise als Steckverbinder bezeichnet.

Hintergrund im Stand der Technik

Die Anschlussklemme, insbesondere Steckverbinder zum elektrischen Konlaktieren und zum Anbringen an einer mit einer Grundleiste ausgestatteten Leiterplatte oder eines elektrischen Gerätes oder dergleichen, für wenigstens einen elektrischen Leiter, gibt es, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in vielen Bauausführungen, wie beispielsweise in einpoliger oder mehrpoliger Ausführung, mit einem in Blockbauweise oder anreihbaren Isoliersloffgehäuse, wobei das Isolierstoffgehäuse wenigstens eine Einführungsöffnung zum Einführen eines elektrischen Leiters, wenigstens eine Einführungsöffnung zum Einführen eines Kontaktstiftes in den Buchsenkontakt und eine öffnung für das Betätigungsmiltel in Form eines

BESTäTISGUNGSKOPIE

Drückerelementes zum öffnen der Klemmstelle durch Ansetzen eines Betätigungswerkzeuges, sowie einen Aufhahmeraum zur Aufnahme eines Federkraftelementes und eines Kontakteinsatzes der mehrere Funktionen besitzt, aufweist.

Solche Anschlussklemmen, insbesondere Steckverbinder, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und können beispielsweise dem Produktkatalog " Leiterplattenanschluss COMBICON 2005 " TNR 5169412/ 31.12. 2004-00 der Firma Phoenix Contact GmbH & Co KG entnommen werden, wobei es solche Steckverbinder in Federkraftanschlusstechnik für nahezu alle Anwendungsfälle in der Gebäudetechnik und Telekommunikation gibt. Alle Anschlussklemmen, insbesondere Steckverbinder dieser Art, zeichnen sich durch großes Klemmvermögen, platzsparende Abmessungen und Vielseitigkeit in der Anschlusstechnik aus. Eine Baureihe dieser Steckverbinder betrifft die Federkraftanschlussklemme in Schenkelfedertechnik.

Steckverbinder dieser Art sind ein Massenprodukt. Daraus resultiert die Forderung, dass einerseits das Anschließen der elektrischen Leiter schnell und problemlos möglich sein soll und andererseits die Einzelteile des Steckverbinders, unter Beachtung der Richtlinien und Normen für elektrisch leitende Bauteile, kostengünstig herzustellen, maschinell einfach zu konfektionieren und unter Berücksichtigung des Entwicklungsbedarfs bei der räumlichen Größe, die Isolierstoffgehäuse der Anschlussklemmen in der Baugröße zu reduzieren, um die Steckverbinder dem immer kleiner werdenden Bauraum auf den Leiterplatten anzupassen.

Es wird daher verlangt, dass die Bauteile rationell herstellbar und verarbeitbar sind und höheren Qualitätsansprüchen genügen, um den unterschiedlichen Anwendungsfällen gerecht zu werden. Jedes Bauteil ist deshalb in seiner Funktion zu optimieren und ein geschlossenes System, bei dem das kontaktgebende Federkraftelement so mit der stromleitenden Anschlussfläche, der elektrischen Schiene, verbunden wird, dass die Kontaktgabe unabhängig von einem Isolierstoffgehäuse erfolgt und demzufolge auch eine Verlagerung des Federkraftelementes bei hohen Temperaturen infolge einer Erweichung und Formänderung des Isolierstoffgehäuses ausgeschlossen ist, zu schaffen.

Aus der DE 28 02 686, welche als nächstkommender Stand der Technik betrachtet wird, ist eine Federklemme zur Steckverbindung mehrerer elektrischer Leiter mit einer Stromschiene, mittels

die Leiter gegen die Stromschiene pressender Druckfeder bekannt, wobei die Druckfedern abgewinkelte beabstandete Zungen des Basissteges eines etwa u-förmigen Federelements auf, dessen Schenkel an der Stromschiene und an dem ein es überdachendes Isoliergehäuse festlegbar ist. Diese bekannte Anordnung ist zwar für mehrere Klemmstellen vorgesehen, aber grundsätzlich nicht als Anschlussklemme für die Leiterplattentechnik geeignet. Der Nachteil besteht auch darin, dass ein schnelles Lösen der einzelnen Klemmverbindungen durch den charakteristischen Hebelöffher nicht gegeben ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussklemme der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile der bekannten Anordnungen aus dem Stand der Technik vermeidet und eine technische Lösung anzugeben, die es ermöglicht, eine kostengünstige, mit einfacher Funktionsgeometrie und geringer Baugröße ausgestattete Anschlussklemme, die einfach und schnell konfektionierbar ist, und deren Klemmenkontakt unabhängig vom Isolierstoffgehäuse erfolgt, für die Leiterplattenanschlüsse herzustellen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen.

Beschreibung der Erfindung

Um eine mit diesen Merkmalen der vorliegenden Erfindung ausgestattete Anschlussklemme in Federkrafttechnik für eine schnelle, sichere und universelle Klemmverbindung in miniaturisierter

Ausführung, unter Berücksichtung der Verdrahtungsanforderungen der Gerätehersteller und

Leiterplattenverarbeiter herzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen

Steckverbinder zu schaffen, welcher einerseits den elektrischen Kontakt optimal sicher stellt und andererseits eine Reduzierung der Baugröße ermöglicht. Steckverbinder zeichnen sich durch platzsparende Bauform, schnelle Anschlusstechnik durch Federkraft aus und besitzen keine

Verriegelung von Stecker und Grund- oder Stiftleiste.

Die universelle Verwendbarkeit der Anschlussklemme bezieht sich sowohl auf die vertikale als auch auf die horizontale Steckrichtung des anzuschließenden Steckverbinders in Verbindung mit der Grundleiste und den damit anzuschließenden elektrischen Leitern auf der Leiterplatte.

Die schnelle und sichere Klemmverbindung soll durch die Federkraftanschlusstechnik erfolgen, die im schnellen Anschluss des elektrischen Leiters- bzw. der elektrischen Leiter ohne spezielles Werkzeug liegt. Das Klemmsystem beruht auf dem Schenkelfederprinzip und kann einen oder mehrere elektrische Leiter gleichen oder unterschiedlichen Potentials klemmen.

Die Hauptaufgabe besteht darin, die Baugröße des Isolierstoffgehäuses zu reduzieren und einfache Bauteile herzustellen, die einfach und schnell zu konfektionieren sind.

Alle vorgenannten Anforderungen sollen in einer Anschlussklemme, insbesondere Steckverbinder, vereint werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Steckverbinder entwickelt λvird, welcher die Vorteile der Federkrafttechnik und die Vorteile der hohen Klemmsicherheit durch zuverlässige mechanische Verbindung und zuverlässigen elektrischen Kontakt sicher stellt wobei die Baugruppe weiter miniaturisiert wird um gleichzeitig die Packungsdichte auf der Leiterplatte zu erhöhen.

Eine Anschlussklemme, insbesondere Steckverbinder, besteht in der Regel aus einem Isolierstoffgehäuse, einem Kontakteinsatz, einem Federkraftelement und ist, je nach Bauart, mit oder ohne einen Hebelöffner ausgestattet. Ein Steckverbinder, nach der Lehre der Erfindung, besitzt einen einstückigen Kontakteinsatz, der aus einem flachen, elektrisch leitfähigen Bandmaterial ausgestanzt ist, wobei das Bandmaterial aus einer spannungsriss- korrosionssicheren hochwertigen Kupferlegierung besteht, damit der Stromübergang nicht beeinflusst wird.

Erfindungsgemäß sind an dem Bandmaterial nach dem Ausstanzen eine Vielzahl von Endstücken, vorzugsweise fünf Endstücke ausgebildet. Dem Bandmaterial kommt die Aufgabe zu, einerseits als elektrische Schiene zu dienen und dem anzuschließenden elektrischen Leiter eine optimale Anlagefläche zu bieten und andererseits aus den Endstücken ein Kontaktelement als Buchsenkontakt zum Anschluss eine Kontaktstiftes, beispielsweise in der Grundleiste, zu bilden. Weitere Endstücke dienen erfindungsgemäß dem Federkraftelement als

Befestigungsmittel, wobei die Endstücke als Befestigungsmittel einen u-fbrmigen Federkäfig bilden. Der u-förmige Federkäfig weist zwei Haltearme auf, die öffnungen zur Aufnahme der Haltemittel des Federkraftelements besitzen, wobei die Haltemittel des Federkraftelements aus Vorsprüngen die in die öffnungen der Haltearme des Federkäfϊgs eingreifen, bestehen. Dabei hat der u-förmige Federkäfig eine Vorspannung, sodass er ohne Montageluft an den Auflageflächen der Schenkelfeder anliegt. Die so montierte Baugruppe hat ausreichend Stabilität, um so ohne zusätzliche Maßnahmen in das zugehörige Isolierstoffgehäuse montiert werden zu können. Die Auslenkung des Federkraftelements erfolgt durch Einschieben eines ausreichend knickstabilen elektrischen Leiters bzw. mittels eines im Isolierstoffgehäuse befindlichen Betätigungsmittel, vorzugsweise Federdrückers, welcher mit einem handelsüblichen Betätigungswerkzeug bedient werden kann. Das Federkraftelement kann auch aus einem Federpaket gebildet sein, wobei das Federpaket aus einzelnen Schenkel federn zusammengesetzt ist. Dieser erfindungsgemäße Vorteil wird durch die unterschiedlichen Größen der öffnungen in den Haltearmen des Kontakteinsatzes ermöglicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kontakteinsatzes mit symmetrischer Lagerung des Federkraftelements, dem erfindungsgemäß gestalteten Federkraftelement mit einfacher Schnittgeometrie und deren einfachen Montage bei der vorteilhaften Verbindung mit dem Kontakteinsatz, entsteht ein geschlossener Klemmkäfig, wodurch es ermöglicht wird, die Bauhöhe des Isolierstoffgehäuses entscheidend zu reduzieren. Das Isolierstoffgehäuse aus thermoplastischen Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt, kann daher konstruktiv auf die elektrischen Isoliereigenschaften optimal abgestimmt werden

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Anschlussklemme im Schnitt mit einer auf einer Leiterplatte montierten Grundleiste und

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Federkraftelements und

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements

In Fig.l wird in perspektivischer Ansicht eine vorteilhafte Ausfuhrung einer erfindungsgemäßen Anschlussklemme 1 in kompletter Form nach gattungsbildender Art eines Steckverbinders 2 in miniaturisierter Ausführung des Isolierstoffgehäuses 3 in Blockbauweise im Schnitt dargestellt, welche auf eine Leiterplatte 4 mit montierter Grundleiste 5 aufsteckbar ist, wobei die Grundleiste 5 5 eine Polzahl von zwei bis 12 aufweist und in vertikaler oder horizontaler Steckrichtung zur Leiterplatte, beispielsweise durch ein Through Hole Reflow- Verfahren 4, befestigt sein kann.

Die Anschlussklemme 1 besteht aus den Elementen Isolierstoffgehäuse 3, wobei das Isolierstoffgehäuse 3 in Blockbauweise zweiteilig, in eine obere und untere Gehäusehälfte

10 aufgeteilt ist und einem Aufnahmeraum 27 bildet, mit wenigstens einem Betätigungsmittel 8, vorzugsweise einem Drückerteil aus Kunststoff zum öffnen der Klemmstelle 9 durch Ansetzen eines Betätigungswerkzeuges 10, mit wenigstens einem Federkraftelement 1 1 , bestehend aus einer aus einem Materialstreifen 12, vorzugsweise Federbandstahl, ausgestanzten und geformten Schenkelfeder 13 zum Klemmen eines elektrischen Leiters 6, mit wenigstens einem ι ₅ Kontakteinsatz 14, bestehend aus einer aus einem elektrisch leitfähigen Bandmaterial 15 ausgestanzten und geformten elektrischen Schiene 16, wobei die elektrische Schiene 16 eine Anlagefläche 17 für den elektrischen Leiter 6 und ein Kontaktelement 18 als Buchsenkontakt zum Aufstecken der Anschlussklemme 1 auf einen Kontaktstift 7, sowie Mittel 19 zur Befestigung des Isolierstoffgehäuses 3 aufweist. Die erfindungsgemäße Ausführungsform des 0 Federkraftelementes 1 1 und die des Kontakteinsatzes 14 ist der Fig.2 und Fig.3 zu entnehmen.

Fig.2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Federkraftelementes 1 1, bestehend aus einer einzelnen Schenkelfeder 13, wobei das Federkraftelement 1 1 auch aus einem Federpaket (nicht dargestellt) bestehen kann. s Das Federpaket kann aus mehreren einzelnen Schenkelfedern 13 zusammen gesetzt sein, vorzugsweise aus zwei Schenkel federn 13. Die im Federpaket eingesetzten Schenkel federn 13 können gleiche Konturen, aber auch unterschiedliche Konturen aufweisen. Bei gleichen Konturen können wiederum unterschiedliche Dicken in der Materialstärke des Materialstreifens 12 verwendet werden, wodurch sich einen Vielzahl von unterschiedlichen Kräften an der 0 Klemmstelle der Anschlussklemme einstellen lässt. D.h., mit der gleichen Anschlussklemme kann individuell die auf den Einsatzbedarf benötigte Klemmkraft durch die entsprechende ausgewählte Schenkelfeder 13 eingestellt werden, wodurch sich eine zuverlässige mechanische Verbindung und ein zuverlässiger Kontakt beim Leiteranschluss ergibt. Individuell bedeutet in

diesem Zusammenhang das Eingehen auf die unterschiedlichen elektrischen Leiter 6, die in Form von Massivleitern, das heißt, dass sowohl starre ( ein -bzw. mehrdrähtige) als auch flexible ( fein- bzw. feinstdrähtige) Leiter mit und ohne Aderendhülsen geklemmt werden können. Beispielsweise wird eine Anschlussklemme 1 zum Anschluss eines starren elektrischen Leiters 6 mit einem Kontakteinsatz 14 und Federkraftelement 11 ausgestattet, die bei gleichem Leiterquerschnitt für feindrähtige Leiter 6 ein anderes Federkraftelement 1 1 enthalten kann.

Die Form der Schenkelfeder 13, die aus zwei Schenkeln 23,24 gebildet wird, entspricht im ungespannten Zustand in etwa einem "U" mit nicht gleich langen Schenkeln. Im Scheitelpunkt befindet sich eine u-förmige Schlaufe 25. Die u-förmige Schlaufe 25 der ausgeformten Schenkelfeder 13 dient der Beweglichkeit des freien Schenkels 24 und der Umlenkung der Kraft von dem in der öffnung 47 des Kontakteinsatzes 14 befestigbaren Schenkel 23 auf den beweglichen Schenkel 24. Das Federkraftelement 11 enthält daher zur Befestigung am Kontakteinsatz 14 Mittel 20, wobei die Mittel 20 aus geometrisch angeordneten Haltemitteln 21 bestehen. Zum Einhängen bzw. zur Befestigung des Federkraftelementes 1 1 in die öffnungen 47 des u-fbrmigen Federkäfigs 45 des Kontakteinsatzes 14, ist die Kontur der Schenkelfeder 13 derart gestaltet, dass an den beiden Längsseiten 26 der Schenkelfeder 13 am Ende des zu befestigenden Schenkels 23 zwei sich parallel gegenüber liegende Haltemittel 21 angeordnet sind. Die Haltemittel 21 bestehen aus Vorsprüngen 22, wobei die Form der Vorsprünge 22 der Form der öffnungen 47 im Kontakteinsatz 14 angepasst sind und im Querschnitt einem Quadrat oder einem Rechleck entsprechen, vorzugsweise einem Rechteck.

Der Fig.3 ist in perspektivischer Ansicht eine vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Kontakteinsatzes 14 der in Rede stehenden Art für einen Steckverbinder 2 zu entnehmen Der

Kontakteinsatz 14 wird aus einem flachen elektrisch leitfähigen Bandmaterial 15 hergestellt. Der aus dem Bandmaterial 15 ausgestanzte und in Biegetechnik ausgeformte Kontakteinsatz 1 4 ist einstückig und bildet eine elektrische Schiene 16. Die Kontur der elektrischen Schiene 16 besteht, in der Abwicklung betrachtet, im wesentlichen aus einem schmalen Steg 30, an dem eine Vielzahl daran angeordneter Endstücke 31 , 32, 33, 34, 35 ausgebildet sind, wobei zwei

Endstücke 31 , 32 auf der Mittelachse des aus Bandmaterial 15 gefertigten schmalen Steges 30, jeweils am sich gegenüber liegenden Ende 36, 37 angeordnet sind. Das Endstück 31 ist über einen Schenkel 38 mit dem Endstück 33, welches parallel zum Endstück 31 und zur Mittelachse

des schmalen Steges 30 verläuft, angeordnet. Beide Endstücke 31, 32 bilden zusammen ein Kontaktelement 18, welches als Buchsenkontakt ausgebildet ist und einen Kontaktstift 7 aufnimmt, beispielsweise den Kontaktstift einer Grundleiste 5 (siehe Fig.1). Der Buchsenkontakt 18 kann, wie in Fig.3 dargestellt, zur Erhöhung der Klemmkraft mit einem zusätzlichen Bügel 41 ausgestattet sein. Der Bügel 41 umgreift die beiden Endstücke 31 ,33, wobei die Befestigung des Bügels 41 über jeweils einen an der Außenseite des Endstückes 31 ,32 ausgeprägten Kumpel 42 , der in eine Bohrung 43 des Bügels 41 greift, erfolgt. Andere Befestigungsarten des Bügels 41 an den Endstücken, wie beispielsweise Nieten, sind denkbar. In einer anderen Ausführungsform eines Kontakteinsatzes 14 ist das Endstück 33 an der dem freien Ende gegenüber liegenden Schmalseite 39 mit der elektrischen Schiene 16 verbunden, vorzugsweise durch Schweißen, wobei andere Befestigungsarten denkbar sind. Beispielsweise das an der Schmalseite 39 ein 90 Grad abgewinkelter Schenkel 40 (als gestrichelte Linie in Fig.3 dargestellt) angeordnet ist, welcher der auftretenden Kraft die beim öffnen des Buchsenkontaktes 18 durch den Kontaktstift 7 auftritt, entgegenwirkt. Der Bügel 41 kann dadurch entfallen.

Die beiden Endstücke 34,35, angeordnet unterhalb des angrenzenden Endstückes 32 und oberhalb des Kontaktelementes 18, bilden mit dem Endstück 32 einen u-förmigen Federkäfig 45. Der Federkäfig 45 besteht aus zwei Halteaπnen 46 und einem Bereich der elektrischen Schiene 16, uzw. dem Bereich der elektrischen Schiene 16, der dem elektrischen Leiter 6 als Anlagefläche 17 in der Klemmstelle 9 dient, wobei die zwei Haltearme 46 die Befestigung des Federkraftelementes 1 1 übernehmen. Dem Endstück 32 kommen somit mehrere Funktionen zu. Die erste Funktion besteht darin, dass das Endstück 32 im u-förmigen Bereich die Verbindung zwischen den Endstücken 34 und 35 herstellt. Die am Endstück 32 seitlich angeordneten Führungsschienen 48 erfüllen weitere Funktionen. Einerseits wird damit der bewegliche Schenkel 24 des Federkraftelementes 1 1 geführt und andererseits ein geschlossener Federkäfig 45 gebildet. Die beiden parallel beabstandeten Führungsschienen 48 bilden gleichzeitig auch den kurzen "L" fönnigen Schenkel (siehe gestrichelte Linie) der Haltearme 46, die dem elektrischen Leiter 6 ebenfalls zur Führung und zum elektrischen Kontakt dienen, wobei die Haltearme 46 den langen " L" förmigen " Schenkel darstellen. Des weiteren verstärken die Führungsschienen 48 die Festigkeit der elektrischen Schiene 16 bei der Aufnahme der Kräfte, beispielsweise gegen die Durchbiegung, die durch das Federkraftelement 1 1 in den Haltearmen 46 erzeugt wird. Im Endstück 32 sind noch Durchbrüche 50, vorzugsweise drei Durchbrüche 50, stanztechnisch hergestellt, enthalten, die sich vorteilhaft im Formgebungsprozess bei der Herstellung des

Kontakteinsatzes 14 auswirken. Ein am Endstück 32 angeordnetes Befestigungsmitte] 19, bestehend aus einem abgewinkelten Rasthaken 49, dient dem Kontakteinsatz 14 als Haltefunktion, wohingegen die parallel zueinander und senkrecht zur Mittelachse der elektrischen Schiene 16 stehenden zwei Haltearme 46 der Aufnahme und Befestigung des Federkraftelementes 1 1 dienen. Die Haltearme 46 besitzen dazu öffnungen 47, in denen die am Federkraftelement 1 1 angeordneten Haltemitte] 21 , bestehend vorzugsweise aus Vorsprüngen 22, eingreifen. Die Form der öffnung 47 in einem Haltearm 46 bildet ein Langloch 51 , wobei das Langloch 51 im Querschnitt ein Quadrat oder ein Rechteck bildet, vorzugsweise Rechteck. Auch ist es denkbar, das zwei Langlöcher 51 in einem Haltearm 46 angeordnet sind. Die Breite des Langlochs 51 richtet sich danach, ob ein Materialstreifen 12 des Federkraftelements 1 1 oder ein Federpaket bestehend aus mehreren Schenkel federn 13 eingesetzt werden soll. D.h., dass die Größe der öffnung 47 der Material stärke des Federkraftelements 1 1 entsprechend hergestellt bzw. angepasst ist.

Bezuεszeichenhste

1 Anschlussklemme 29 Frei

2 Steckverbinder 30 Steg

3 Isolierstoffgehäuse 31 Endstück

4 Leiterplatte 32 Endstück

5 Grundleiste 33 Endstück

6 elektrischer Leiter 34 Endstück

7 Kontaktstift 35 Endstück

8 Betätigungsmittel 36 Ende

9 Klemmstelle 37 Ende

10 B etäti gungswerkzeu g 38 Schenkel

1 1 Federkraftelement 39 Schmalseite

12 Material streifen 40 Schenkel (abgewinkelt)

13 Schenkel fed er 41 Bügel

14 Kontakteinsatz 42 Kumpel

15 Bandmaterial 43 Bohrung

16 elektrische Schiene 44 Frei

17 Anlagefläche 45 Federkäfig

18 Kontaktelement 46 Haltearme

19 Befestigungsmittel 47 öffnungen

20 Mittel 48 Führungsschienen

21 Haltemittel 49 Rasthaken

22 Vorsprünge 50 Durchbrüche

23 Schenkel(befestigt) 51 Langloch

24 Schenkel ( beweglich)

25 Schlaufe

26 Längsseite

27 Aufnahmeraum

28 Frei