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Title:
ELECTRIC CIRCUIT WITH A PLUG-IN CONNECTOR, ESPECIALLY A CONTROL DEVICE FOR MOTOR VEHICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/054901
Kind Code:
A1
Abstract:
A control device (1') has a plug-in connector element (14) which extends downwards and which contains only short-circuit interrupters (18) without contacts (17) in the lowest series. The number of plug connector contacts can therefore be significantly increased without increasing the overall height of the control device (1').

Inventors:
Kolar, Robert (Lindenstrasse 5A Ihrlerstein, D-93346, DE)
Lehnst, Thomas (Kötherberg 24 Braunschweig, D-38104, DE)
Probst, Heinrich (Hauptstrasse 22 A Tegernheim, D-93105, DE)
Dirmeyer, Josef (Waldstrasse 9 Bodenwöhr, D-92439, DE)
Application Number:
PCT/EP1999/002477
Publication Date:
October 28, 1999
Filing Date:
April 07, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2 München, D-80333, DE)
VOLKSWAGEN AG (Wolfsburg, D-38436, DE)
Kolar, Robert (Lindenstrasse 5A Ihrlerstein, D-93346, DE)
Lehnst, Thomas (Kötherberg 24 Braunschweig, D-38104, DE)
Probst, Heinrich (Hauptstrasse 22 A Tegernheim, D-93105, DE)
Dirmeyer, Josef (Waldstrasse 9 Bodenwöhr, D-92439, DE)
International Classes:
B60R16/02; B60R16/023; H01H27/04; H01R13/703; H05K5/00; H05K7/14; (IPC1-7): H01H27/04; H01R13/703; H05K5/00
Foreign References:
DE4436547A11996-04-18
DE9109488U11991-09-19
US4115665A1978-09-19
DE3902230A11990-08-02
Attorney, Agent or Firm:
Zedlitz, Peter (Postfach 22 13 17 München, D-80503, DE)
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Description:
Beschreibung Mit Steckverbinder versehene elektrische Schaltung, insbeson- dere Steuergerät für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine mit Gehäuse versehene elektrische Schaltung, an der ein von außen zugängliches Steckverbin- derelement angebracht ist. Vorzugsweise handelt es sich hier- bei um ein Steuergerät für Kraftfahrzeuge, insbesondere um ein Steuergerät für ein Insassenschutzsystem eines Kraftfahr- zeugs.

In den Fig. 3 und 4 ist eine bereits vorgeschlagene, auf in- ternen Vorüberlegungen beruhende Ausführungsform einer elek- trischen Schaltung in Form eines Steuergeräts 1 für ein Kraftfahrzeug-Airbagsystem dargestellt. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Steuergerät 1, das ein Gehäuse 2 mit Deckel 3 aufweist. Das Gehäuse 2 und der Deckel 3 bilden ei- nen allseits umschlossenen Innenraum, in dem eine Leiterplat- te 4 angeordnet ist, auf deren Oberseite Bauelemente 5 posi- tioniert sind. Die Bauelemente 5 sind mit Kontaktstiften 6 versehen, die durch entsprechende Öffnungen der Leiterplatte 4 hindurchgeführt sind und mit an der Leiterplattenunterseite vorhandenen, nicht gezeigten Leiterbahnen kontaktiert sind.

Die Bauelemente 5 können aber auch teilweise oder insgesamt als oberflächenmontierbare Bauelemente ausgestaltet sein, die lediglich auf der Leiterplattenoberseite verdrahtet werden.

Alternativ können auch auf der Leiterplattenunterseite Bau- elemente angeordnet sein. Die Leiterplatte 4 liegt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, auf entsprechenden Anlageschultern und Auflagevorsprüngen des Gehäuses 2 auf und wird durch den Dek- kel 3 oder sonstige Mittel in der in Fig. 3 gezeigten Positi- on festgelegt. Der nach unten ausgewölbte Deckel 3 stellt ei- nen entsprechenden Hohlraum unterhalb der Leiterplatte 4 zur Aufnahme von ggf. auf der Leiterplatten-Lötseite (Unterseite)

befindlichen Bauelementen sowie zur Bildung entsprechender Sicherheitsabstände zu diesen Bauelementen und den durch die Leiterplatte durchgeführten Kontaktstiften 6 der auf der Lei- terplattenoberseite angeordneten Bauelemente 5 bereit.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist an einer Seitenwand des Steu- ergeräts 1 ein Steckverbinderelement 7 in Form eines Steckers angeordnet, der eine umlaufende Wandung 8 und einen innerhalb der Wandung 8 ausgebildeten Einsteckraum 9 zur Aufnahme eines entsprechend ausgebildeten Gegensteckers aufweist. Das Steck- verbinderelement 7 ist durch eine Eingriffsverzahnung zwi- schen am Gehäuse 2 ausgebildeten Vorsprüngen und Vertiefungen einerseits und entsprechend geformten, am Steckverbinderele- ment 7 gebildeten Vertiefungen und Vorsprüngen andererseits fixiert, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Hierdurch wird ein seitliches Verrutschen oder eine axiale Bewegung des Steckverbinderelements 7 beim Einstecken/Herausziehen des Ge- gensteckers verhindert. Der nicht dargestellte Gegenstecker ist vorzugsweise über eine flexible Leitung mit den zugehöri- gen, durch das Steuergerät 1 zu steuernden Komponenten, bei- spielsweise den Zündpillen des Airbagsystems, verbunden.

An der hinteren, dem Einsteckraum 9 zugewandten Wand des Steckverbinderelements 7 sind mehrere Kontaktelemente 10 in Form von Kontaktstiften (oder Buchsen) vorgesehen, die stek- kerrückseitig, das heißt innerhalb des Gehäuses 2, durch ge- bogene, formstabile Verbindungsdrähte 12 in Form von metalli- schen Leiterdrähten oder Leiterstegen mit entsprechenden An- schlüssen der Leiterplatte 4 verbunden sind. Die Verbindungs- drähte 12 sind durch entsprechende Öffnungen der Leiterplatte 4 hindurchgeführt und können somit auf der Leiterplattenun- terseite, das heißt auf der Lötseite, elektrisch kontaktiert, zum Beispiel verlötet werden.

Im Einsteckraum 9 sind ferner Kurzschlußunterbrecher 11 vor- gesehen, die parallel zu den Kontaktstiften 10 verlaufen, je- doch einstückig mit der rückseitigen Steckerwandung ausgebil- det und ggf. mit zusätzlichen, aufgeschobenen Kunststoffkap- pen versehen sind. Die Unterbrecherstifte (Kurzschlußunter- brecher) 11 sind elektrisch nicht leitend und auch nicht mit der Leiterplatte 4 verdrahtet. Die Kurzschlußunterbrecher 11 dienen dazu, im Gegenstecker vorhandene, federnde Kurzschluß- brücken zu trennen, indem sie zwischen die beiden jeweiligen, sich normalerweise gegenseitig berührenden und damit einen Kurzschluß herstellenden Federkontakten des Gegensteckers eingeführt werden und hierdurch den Kurzschluß der jeweiligen Kurzschlußbrücken aufheben. Diese Kurzschlußbrücken sind dazu vorgesehen, Fehlfunktionen des an das Steuergerät 1 anzu- schließenden Geräts während dessen Handhabung, das heißt im noch nicht mit dem Steuergerät 1 verbundenen Zustand, zu ver- meiden. Das Gerät kann beispielsweise eine oder mehrere Zünd- pillen eines Insassenschutzsystems, insbesondere eines Air- bagsystems, enthalten. Die Kurzschlußbrücken stellen sicher, daß parallel zu den Zündpillen oder sonstigen, zu schützenden Schaltungskomponenten, ein Kurzschluß vorliegt, so daß Span- nungen oder Ströme, die durch unabsichtliche Berührung poten- tialführender Komponenten oder durch Störeinstreuungen verur- sacht werden, nicht auf die Zündpillen einwirken können. Die- ser Schutzzustand wird erst bei Einführung des Gegensteckers in das Steckerverbinderelement 7 durch die Kurzschlußunter- brecher 11 aufgehoben, so daß die Zündpillen (oder sonstigen zu steuernden Schaltungskomponenten) nachfolgend durch das Steuergerät 1 in situationsangepaßter Weise gesteuert werden können.

Zur Befestigung des Steuergeräts 1 an der vorgesehenen Ein- bauposition sind am Gehäuse 2 an dessen Unterseite Anla- geflansche 13 ausgebildet, die über Schrauben mit der Steuer- gerät-Auflagefläche verschraubbar sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegen die Ebenen der Kon- taktstifte 10 und der Unterbrecherstifte 11 oberhalb der Lei- terplattenoberseite, so daß die Kontaktstifte 10 in einfacher Weise durch die gebogenen, nach unten geführten Verbindungs- drähte 12 mit den Leiterplattenanschlüssen verbunden werden können. Insgesamt liegt der gesamte Einsteckraum 9 sowie die Wandung 8 oberhalb des Leiterplattenniveaus.

In Fig. 4 ist eine Seitenansicht des in Fig. 3 dargestellten Steuergeräts 1 dargestellt, die gemäß Fig. 3 von rechts gese- hen ist und damit einen Einblick in den Einsteckraum 9 ermög- licht. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind alle Kontaktstifte 10 in zwei parallelen Reihen angeordnet, wobei die Kurzschlußun- terbrecher 11 in der gleichen (unteren) Reihe wie die Stek- kerstifte 10 angeordnet sind und sich mit diesen abwechseln.

Die Kurzschlußunterbrecher 11 belegen zwei oder drei Kontakt- stift-Rasterplätze, so daß die Anzahl von zur Verfügung ste- henden Kontaktstiften durch die Kurzschlußunterbrecher ver- ringert ist. Bei dem dargestellten Steckverbinderelement 7 handelt es sich um einen 50-poligen, zweireihigen Stecker, bei dem aber bei Einsatz von zum Beispiel acht, jeweils zwei Kontaktstift-Rasterplätze belegenden Kurzschlußunterbrechern 11 lediglich maximal 34 Kontaktstifte belegbar sind.

Wenn versucht wird, die Anzahl von Kontaktstiften zu erhöhen, muß die Baugröße des Steuergeräts 1 vergrößert werden, was nachteiligerweise zusätzlichen Montageraum erfordert.

Aus der DE 44 36 547 Al ist eine dem Oberbegriff des Patent- anspruchs 1 entsprechende Schaltung mit Gehäuse bekannt, bei der-an einer Gehäuseseitenwand ein Steckverbinderelement mit einem Einsteckraum angeordnet ist, in dem eine Mehrzahl von in unterschiedlichen Höhenlagen angeordneten Kontaktstiften vorhanden ist. Diese Kontaktstifte sind rückseitig mit ent- sprechenden Anschlüssen der internen Leiterplatte verbunden.

In der DE 91 09 488 U1 ist eine elektrische Steckverbindung beschrieben, in deren Gehäuse zwei parallele Reihen von ne- beneinanderliegenden Kontaktkammern vorhanden sind. In der einen Kontaktkammer-Reihe sind Kontaktemente angeordnet, wäh- rend in der anderen Kontaktkammer-Reihe Kurzschlußunterbre- cherelemente vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Gehäuse versehene elektrische Schaltung zu schaffen, die bei geringer Bauhöhe und guter Montierbarkeit mit einer Vielzahl von Kon- taktelementen und Kurzschlußunterbrechern versehbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patent- anspruch 2 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist das Steckverbin- derelement vergrößert ausgebildet, und nützt auch denjenigen Bauraum aus, der seitlich unterhalb des Leiterplattenniveaus zur Verfügung steht. Damit wird ein vergrößerter Einsteckraum geschaffen, der eine erhöhte Anzahl von Kontaktelementen und/oder Kurzschlußunterbrechern aufnehmen kann, ohne daß sich die Gesamtbauhöhe des Gehäuses, und damit der Schaltung (zum Beispiel Steuergerät) vergrößert. Somit können die Au- ßenabmessungen der Schaltung trotz Erhöhung der Kontaktmög- lichkeiten beibehalten werden, so daß kein vergrößerter Mon- tageraum bereitgestellt werden muß.

In dem Steckverbinderelement ist diejenige Reihe, die am nächsten bei der Leiterplatte (auf, oberhalb oder unterhalb der Leiterplattenebene) liegt, durchgehend mit Kurzschlußun- terbrechern belegt, so daß in dieser Reihe keine Kontaktele-

mente angeordnet sind. Hierdurch ist die Verdrahtung mit der Leiterplatte vereinfacht, da die zu verdrahtenden Kontaktele- mente deutlich oberhalb der Leiterplattenebene liegen und durch gekrümmte Verbindungsdrähte mit der Leiterplatte ver- bunden werden können. Dem gegenüber fordern die Kurzschlußun- terbrecher keinerlei Verdrahtung, so daß deren enge räumliche Nähe zur Leiterplattenebene keine Verdrahtungsprobleme be- gründet. Trotz Bereitstellung einer zusätzlichen Stiftreihe (Kurzschlußunterbrecher) in dem Stecker erhöhen sich folglich die Verdrahtungsprobleme, insbesondere im Hinblick auf die Führung der Verbindungsdrähte in unterschiedlichen Höhenla- gen, nicht.

Vorzugsweise sind im Stecker drei parallele Reihen vorhanden, wobei alle Kurzschlußunterbrecher in der untersten, am nach- sten bei der Leiterplatte liegenden Reihe angeordnet sind und die beiden anderen parallelen Reihen durchgehend mit Kontak- telementen (Kontaktstiften oder Kontaktbuchsen) belegt sind, so daß sich eine Verdrahtung mit hoher Dichte und einer Viel- zahl von Kontakten auf engem Raum ergibt.

Die Kontaktelemente können mit den Leiterplattenanschlüsse durch flexible Leiter verbunden sein, sind jedoch vorzugswei- se aber insbesondere gebogene, steife Verbindungsdrähte mit der Leiterplatte verbunden. Durch Verlöten der Verbindungs- drähte mit der Leiterplatte wird das Steckverbinderelement nicht nur elektrisch angeschlossen, sondern zugleich auch me- chanisch abgestützt.

Die Kurzschlußunterbrecher sind durch elektrisch nicht lei- tende, aus Steckverbindungswandungsmaterial bestehende Stifte oder Stege gebildet. Wenn mehrere oder alle Kurzschlußunter- brecher durch einen Steg gebildet sind, der in eine entspre- chende Aufnahmeöffnung des Gegensteckers einführbar ist, kann dort eine Mehrzahl von Kurzschlußbrücken gleichzeitig geöff-

net werden. Bei dieser Ausgestaltung zeichnen sich die Kurz- schlußunterbrecher durch hohe mechanische Festigkeit aus und sind somit gegenüber Beschädigungen, unerwünschten Verformun- gen oder dergleichen gut geschützt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 näher beschrie- ben.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung in Form eines Steu- ergeräts 1'eines Kraftfahrzeug-Insassenschutzsystems, insbe- sondere Airbagsystems, während in Fig. 2 eine von rechts (ge- mäß Fig. 1) gesehene Seitenansicht dargestellt ist. Das Steu- ergerät 1'besitzt mit Ausnahme des seitlichen Steckverbin- derelements im wesentlichen denselben Aufbau wie das in Fig.

3 dargestellte Steuergerät 1. Die übereinstimmenden Komponen- ten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist der von einer Wandung 15 umgrenzte Einsteckraum 16 des Steckverbinderele- ments (Steckers) 14 größer als in den Fig. 3 und 4 ausgebil- det, wobei der untere, dem Deckel 3 benachbarte Wandabschnitt 15'der Wandung 15 unterhalb der Leiterplattenebene liegt. In diesem vergrößerten Einsteckraum 16 sind zwei parallele Rei- hen von Kontaktelementen 17 angeordnet, die hier die Form von Kontaktstiften aufweisen, jedoch auch als Kontaktbuchsen aus- gestaltet sein können. Die Kontaktstifte stehen von der rück- seitigen Wand des Einsteckraums 16 rechtwinklig vor. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind 50 Kontaktstifte (zwei Reihen à 25 Kontaktelemente) vorgesehen, so daß sich eine große Vielzahl von Signalen übertragen läßt. Die Anzahl der Kontaktstifte kann je nach Einsatzzweck erhöht oder verrin-

gert sein, wobei dann auch die Anzahl von Kontaktelement- Reihen entsprechend modifiziert werden kann.

Parallel zu den Kontaktelement-Reihen ist eine Reihe von Kurzschlußunterbrechern im Einsteckraum 16 vorgesehen, die von der Rückseitenwand rechtwinklig abstehen und einstückig mit dieser ausgebildet sind, das heißt durch das isolierende Wandmaterial gebildet sind. Die Kurzschlußunterbrecher 18 können auch auf diese vorstehenden Abschnitte aufgeschobene Kunststoffkappen enthalten und bewirken eine Auftrennung der im nicht dargestellten Gegenstecker an entsprechenden Posi- tionen vorgesehenen Kurzschlußbrücken. Die Kurzschlußunter- brecher 18 sind in der untersten, das heißt der am nächsten bei der Leiterplattenebene liegenden Reihe positioniert. Da die Kurzschlußunterbrecher 18 keinerlei elektrische Verdrah- tung mit der Leiterplatte 4 erfordern, ergeben sich trotz dieser engen Nähe zur Leiterplatte keine Leiterführungspro- bleme. Die Verdrahtung der Kontaktelemente 17 mit der Leiter- platte 4 kann damit trotz Vorhandensein einer dritten Funkti- onsreihe im Stecker in gleicher Weise wie bei den Fig. 3 und 4 mit Hilfe von in nur zwei Lagen angeordneten Verbindungs- drähten 12 ausgeführt werden, die von beiden Kontaktelemen- treihen zunächst in deren Höhenlage verlaufen und anschlie- ßend rechtwinklig nach unten bis zur Leiterplatte entlang zweier paralleler Ebenen geführt sind.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind alle Kurzschlußunterbrecher in der untersten Reihe ange- ordnet. Sollten jedoch zusätzliche Kurzschlußunterbrecher er- forderlich sein, können diese auch in der mittleren oder obe- ren-Kontaktelementreihe positioniert werden. Umgekehrt sollte jedoch vermieden werden, in der untersten Kurzschlußunterbre- cher-Reihe Kontaktelemente anzuordnen, die separat mit der Leiterplatte über einzelne Verbindungsleitungen kontaktiert werden müßten.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Kurzschlußunterbre- cher-Reihe in einer Ebene angeordnet, die geringfügig ober- halb der Ebene der Leiterplattenoberseite liegt. Die Kurz- schlußunterbrecher können aber auch in der gleichen Höhenlage wie die Leiterplatte oder sogar unterhalb dieses Niveaus an- geordnet werden. Ferner können die in Fig. 2 gezeigten ein- zelnen Kurzschlußunterbrecher 18 auch durch eine einzige, durchgehende Leiste aus elektrisch isolierendem Material, zum Beispiel dem Steckerwandungsmaterial, gebildet sein. Die Lei- ste kann hierbei auch in mehrere getrennte Teilleisten unter- teilt sein, so daß nicht alle, sondern nur jeweils einige Kurzschlußunterbrecher durch Leistenabschnitte gebildet sind.

Durch die Verlagerung der Kurzschlußunterbrecher (Kunststoff- zungen) 18 in die unterste Kontaktreihe und die Vergrößerung des Einsteckraums 16 nach unten läßt sich der unterhalb der Leiterplatte befindliche Gehäusebauraum für die Steckverbin- derfunktion ausnützen. Die Gesamtbauhöhe läßt sich folglich sehr kompakt halten.

Das in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigte, mit dem Steckverbin- derelement 14 zu verbindende Gegensteckverbinderelement ent- halt die Kontaktelemente und Kurzschlußunterbrecher in einer an das Steckerverbinderelement 14 angepaßten Positionierung und Gruppierung.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der untere, parallel zur Bodenfläche verlaufende Wandabschnitt der Stek- kerwandung 15 seitlich neben dem Anlageflansch 13 im wesent- lichen auf dessen Höhenlage angeordnet und weist einen nur geringen Abstand zur Montageauflagefläche auf. Insbesondere aus einem direkten Vergleich der Fig. 2 und 4 ist die deutli- che Vergrößerung des Einsteckraums 16 bei der erfindungsgemä- ßen Schaltung klar erkennbar.

Die Leiterplatte 4 kann im Gehäuse 2 auch in umgekehrter Lage angeordnet sein, so daß die Bauelemente 5 nach unten weisen.

In diesem Fall sind die am Gehäuse 2 für die Leiterplatte 4 vorgesehenen Auflageflächen in kleinerem Abstand zu der par- allel verlaufenden Gehäusewand angeordnet und es ist der Dek- kel 3 so vergrößert, daß er die Bauelemente 5 überspannen kann. Das Steckverbinderelement 14 ist in diesem Fall eben- falls in umgekehrter Positionierung angeordnet, so daß die Kurzschlußunterbrecher 18 dann in der obersten Reihe, das heißt wiederum näher bei der Leiterplattenebene als die Kon- taktelementreihen, angeordnet sind.