LEITERBAHNEN EINER PLATINE

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindung zwischen einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Wickelgut und Leiterbahnen einer Platine, mit mehreren Kontaktstiften, die beweglich an dem Gehäuse gelagert sind, wobei jeder Kontaktstift einerseits m it dem Wickelgut u nd andererseits m it ei nem an der Plati ne gelagerten Kontaktelement in elektrischem Kontakt steht.

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Verbindung der eingangs beschriebenen Art, die in einem Wechselrichter vorgesehen ist. Dieser kann z. B. zum Einspeisen von elektrischer Energie von einem photovoltaischen Generator in ein Wechselstromnetz vorgesehen sein.

STAND DER TECHNIK

Verschiedene elektrische Geräte, insbesondere Wechselrichter, weisen mehrere Drosseln auf, die in elektrischer Verbindung mit den Leiterbahnen auf einer Platine stehen. Die Drosseln in Form von elektrischem Wickelgut sind hierbei in Gehäusen, insbesondere topfartigen Gehäusen, untergebracht, wobei an den topfartigen Gehäusen Kontaktstifte gelagert sind, die einerseits mit dem elektrischen Wickelgut in Verbindung stehen und die andererseits dazu diesen, an der Platine gelagerte Kontaktelemente zu kontaktieren. Diese Kontaktierung erfolgt häufig, nachdem die Drosseln in ihren Gehäusen bereits in ein übergeordnetes Gehäuse des elektrischen Geräts eingebaut wurden, wenn anschließend die Platine eingebaut wird. Konkret ist es bekannt, dass an dem Gehäuse des Wickelguts mehrere Buchsen vorgesehen sind, die Stifte aufnehmen, wobei die Stifte in den Buchsen in Längsrichtung beweglich angeordnet sind. Die Stifte weisen ein Innengewinde auf. Auf der Platine sind Stützfüßchen angeordnet, die mit entsprechenden Leiterbahnen auf der Platine in Verbindung stehen. Die Stützfüßchen besitzen auf ihrer Oberseite eine Bohrung zur Aufnahme einer Schraube, die in das Innengewinde in einem zugeordneten Stift eingreift. Durch Verschrauben des Stiftes mit Hilfe der jeweiligen Schraube gegen die Platine wird die elektrische Kontaktierung hergestellt. Jede Drossel besitzt üblicherweise vier solche Schraubkontakte. Wenn ein elektrisches Gerät mehrere Drosseln umfasst, muss entsprechend eine Vielzahl von solchen Schraubkontakten geschlossen werden, was einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand bedeutet und wobei kein Schraubkontakt vergessen werden darf. Zud e m müssen, um sicherzustellen, dass die Stifte mit den Stützfüßchen auf der Platine fluchten, eine extrem genaue Fertigung der Gehäuse der elektrischen Wickelgüter, des übergeordneten Gehäuses des elektrischen Geräts und der Platine sowie ein präziser Zusammenbau derselben durchgeführt werden, da anderenfalls eine beschädigungsfreie Kontaktierung der Platine mit den Drosseln nicht möglich ist.

Aus der US 5,334,035 A ist ein elektrischer Stecker zur Ausbildung einer vielpoligen elektrischen Verbindung bekannt, bei dem jedes Kontaktelement für einen Kontaktstift eine Buchse zur Aufnahme des Kontaktstiftes aufweist, die in Grenzen um einen axial nach hinten versetzten Punkt verschwenkbar ist, um sich auf die Längsachse des Kontaktstifts ausrichten zu können.

Aus der US 5,482,470 A ist eine vielpolige elektrische Verbindung zwischen einem Stecker und einer Steckdose bekannt, bei der Kontaktstifte zwar in axialem Abstand zu einem Kontaktbereich in radialer Richtung starr abgestützt sind, aber noch vor dem Kontaktbereich gegenüber dem so gebildeten Haltepunkt in radialer Richtung elastisch ausgelenkt werden können, um sich auf sie aufnehmende Kontaktelemente ausrichten zu können.

Die aus den beiden zuvor genannten US-Patenten bekannten elektrischen Verbindungen sind nicht geeignet, einen größeren lateralen Versatz zwischen den Kontaktstiften und den sie aufnehmenden Kontaktelementen zu kompensieren. Sie sind überdies speziell für vielpolige Stecker in der Informationstechnologie und nicht für Leistungsströme führende elektrische Verbindungen, in denen es auf die Ausbildung großer Kontaktflächen ankommt, vorgesehen. AUFGABE DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Verbindung der eingangs beschriebenen Art einen Toleranzausgleich vorzusehen , der auch bei nicht fluchtender Anordnung der zu kontaktierenden Teile eine problemlose Montage unter Ausbildung eines elektrischen Kontakts ermöglicht, welcher einen Leistungsstrom tragen kann.

LÖSUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine elektrische Verbindung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 14 definiert. Der nebengeordnete Patentanspruch 15 ist auf einen Wechselrichter mit mindestens einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Wickelgut, einer Leiterbahnen aufweisenden Platine und einer elektrischen Verbindung zwischen dem Wickelgut und den Leiterbahnen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gerichtet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei der neuen elektrischen Verbindung ist für jeden Kontaktstift eine Lagerbuchse an dem Gehäuse vorgesehen, von der der Kontaktstift parallel verschieblich, d. h. senkrecht zu seiner Längsachse schwimmend und insoweit seitlich beweglich gehalten wird. Durch diese Lagerung kann der Kontaktstift insbesondere einen seitlichen Versatz zwischen dem Gehäuse des Wickelguts und dem an der Platine gelagerten Kontaktelement durch eine seitliche Bewegung kompensieren, ohne das es zu unmittelbaren Beschädigungen oder nur dem Aufbau unerwünschter großer Kräfte zwischen dem Gehäuse des Wickelguts und der Platine kommt.

Zur Realisierung der schwimmenden Lagerung des Kontaktstifts kann die Lagerbuchse mehrere radial am Umfang des Kontaktstifts angreifende, senkrecht zur Längsachse des Kontaktstifts elastisch nachgiebige Haltearme aufweisen. Es versteht sich , dass dabei der Kontaktstift radiales Spiel innerhalb einer Hülse der Lagerbuchse aufweist, so dass er sich gegen die elastischen Rückstellkräfte der Haltearme tatsächlich seitlich bewegen kann. Die Haltearme können mit ihren an dem Umfang des Kontaktstifts angreifenden Enden in eine in diesem Umfang vorgesehene Nut eingreifen und so den Kontaktstift über die Flanken der Nut in axialer Richtung abstützen.

An dem an dem Umfang der Kontaktstifte angreifenden Enden der Haltearme kann auch ein Haltering für den Kontaktstift ausgebildet sein, der von den elastischen Haltearmen an den Kontaktstift angedrückt wird. Dieser Haltering kann insbesondere segmentiert sein. D. h. dass an jedem den Kontaktstift zugekehrten Ende eines Haltearms ein Segment des Halterings ausgebildet ist und diese Segmente zusammen den Haltering ausbilden.

Auch der Haltering kann in eine Nut im Umfang des Kontaktstifts eingreifen und den Kontaktstift so über die Flanken der Nut in axialer Richtung abstützen. Insbesondere kann der Haltering bei der Montage des Kontaktstifts in diese Nut eingerastet sein. Dieses Einrasten wird durch die segmentierte Ausbildung des Halterings erleichtert, kann aber durch eine elastische Ausbildung des Halterings ermöglicht werden.

Die Elastizität der Haltearme senkrecht zur Längsachse des Kontaktstifts kann dadurch bereitgestellt werden, dass sie einen spiralförmigen Verlauf um die Längsachse der Kontaktelemente aufweisen. D. h . sie verlaufen nicht in radialer Richtung zu der Längsachse der Kontaktelemente sondern gekrümmt unter einem Winkel dazu und werden entsprechend bei einer radialen Bewegung des Kontaktstifts nicht auf Druck sondern auf Biegung beansprucht.

Wenn die Haltearme längs ihres spiralförmigen Verlaufs nicht länger sind als in Richtung der Längsachse des Kontaktstifts sorgen sie bei Auslenkungen des Kontaktstifts für eine gewisse Parallelführung des Kontaktstifts senkrecht zu seiner Längsachse. Die Lagerung des Kontaktstifts durch die Haltearme erlaubt, außer wenn der Haltering für den Kontaktstift starr ausgebildet ist und starr an den Kontaktstift angreift, aber immer auch ein nicht unerhebliches Maß an Verkippung des Kontaktstifts gegenüber der Lagerbuchse um eine Kippachse im Bereich des Angriffs der Haltearme oder des Halterings an seinem Umfang. So können auch Winkelausrichtungsfehler zwischen dem Gehäuse des Wickelguts und der Platine bzw. den Kontaktstiften und den zugehörigen Kontaktelementen kompensiert werden.

Wie bereits angedeutet wurde, können die Haltearme im Inneren einer Hülse der Haltebuchse angeordnet sein, die ihrerseits starr an dem Gehäuse des jeweiligen Wickelguts gelagert ist. Dabei sind die Haltearme insbesondere einstückig mit der Hülse ausgebildet, beispielsweise durch Formspritzen. Vorzugsweise bestehen die Haltearme und die Hülse aus einem elektrisch isolierenden Material.

Das Kontaktelement an der Platine kann bei der neuen elektrischen Verbindung einen Federkranz aus mehreren kreisförmig angeordneten Federzungen aufweisen, die am Umfang des Kontaktstifts anliegen. Eine ringförmige Basis, von der die Federzungen ausgehen, kann dabei starr an der Platine befestigt sein . Ein Gehäuse, insbesondere aus elektrisch isolierendem Material, kann die Federzungen und deren Basis umschließen. Dabei können sich die Federzungen bei in das Kontaktelement eingeführtem Kontaktstift mit endseitigen Vorsprüngen radial an der I nnenwandung des Gehäuses federnd abstützen , was zu einem erhöhten Anpressdruck zwischen den Federzungen und dem eingeführten Kontaktstift und einem entsprechend guten elektrischen Kontakt führt.

Da der Kontaktschluss in der neuen elektrischen Verbindung kein Verschrauben irgendwelcher Bauteile erfordert, kann die neue elektrische Verbindung auch ein durch Werkzeuge unzugänglichen Stellen angeordnet werden. Durch den Wegfall der Herstellung einer Schraubverbindung wird überdies bei der Montage von elektrischen Geräten, die mit der neuen elektrischen Kontaktierung ausgestattet sind, erhebliche Montagezeit gespart. Auch kann das Ausbilden einer Schraubverbindung nicht vergessen werden. Durch die schwimmende Lagerung der Kontaktstifte treten bei der neuen elektrischen Verbindung keine unerwünschten Kräfte auf die Platine auf. Dennoch können auch Relativbewegungen zwischen dem Wickelgut und der Platine beispielsweise aufgrund von Erschütterungen des jeweiligen elektrischen Geräts, kompensiert werden. Die Vorteile bei der Montage von Wickelgütern mit der neuen elektrischen Verbindung ist besonders groß, wenn eine Vielzahl solcher Wickelgüter vorgesehen ist, wie dies bei den Drosseln eines Wechselrichters der Fall ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von zwei Kontaktstiften und deren Lagerung an dem Gehäuse eines Wickelguts in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 2 zeigt die Lagerung der Kontaktstifte gemäß Figur 1 in einer axialen Ansicht in

Richtung der Längsachse der Kontaktstifte.

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Lagerung der Kontaktstifte gemäß Figu r 1 u nd 2 mit Schnittrichtung längs der Längsachse eines der

Kontaktstifte.

Fig. 4 zeigt ist eine axiale Draufsicht auf eine Haltebuchse für einen der Kontaktstifte gemäß Figur 1 bis 3.

Fig. 5 zeigt ein Kontaktelement zur Kontaktierung eines der Kontaktstifte gemäß Figur 1 bis 3.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch das Kontaktelement gemäß Figur 5 und ein dieses umgebenes Gehäuse in Längsrichtung; und Fig. 7 illustriert die elektrische Verbindung zwischen einem Wickelgut und einer Platine mit Hilfe von Kontaktstiften gemäß den Figuren 1 bis 3 und Kontaktelementen gemäß den Figuren 5 und 6.

FIGURENBESCHREIBUNG

Die Fig. 1 bis 3 zeigen zwei Kontaktstifte 3, die in Lagerbuchsen 2 an einem Gehäuse 1 für ein hier nicht dargestelltes elektrisches Wickelgut gelagert sind. Dabei ist d ie Lageru ng der Kontaktstifte 3 an dem Gehäuse 1 schwimmend, d. h. sie sind in seitlicher Richtung senkrecht zu ihrer Längsachse gegen begrenzte elastische Rückstellkräfte verschieblich. Diese Beweglichkeit wird hier als "parallelverschieblich" bezeichnet. Bewirkt wird die parallel- verschiebliche Lagerung der Kontaktstifte 3 senkrecht zu ihrer Längsachse durch die spezielle Ausbildung der Lagerbuchsen 2. Diese weisen jeweils eine äußere Hülse 30 auf, die starr mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Die äußere Hülse 30 umschließt den jeweiligen Kontaktstift 3 mit ausgeprägtem radialen Spiel. Über dieses Spiel erstrecken sich spiralförmig gekrümmte Haltearme 37 vom Innenumfang der Hülse 30 zum Umfang des Kontaktstiftes 3. Dabei ist an den freien Enden jedes Haltearms 37 ein Segment 36 eines segmentierten Halterings 35 für den Kontaktstift 3 ausgebildet. Der Haltering 35 ist in eine ringförmige Nut 4 in dem Umfang des Kontaktstifts 3 eingerastet und stützt den Kontaktstift 3 so über die Flanken der Nut 4 in axialer Richtung ab. Durch die Verformbarkeit der Haltearme 37 ist der Haltering 35 mit dem darin angeordneten Kontaktstift 3 in seitlicher Richtung zu seiner Längsachse innerhalb der Hülse 30 verschieblich. Durch die zulaufende Spitze jedes Kontaktstifts 3 ist seine Montage in der jeweiligen Haltebuchse 2 durch einfaches Einschieben in den Haltering 35, bis dieser in die Nut 4 einrastet, möglich. An seinem hinteren Ende weist der Kontaktstift 3 eine Ausformung zur Ausbildung einer dauerhaften elektrischen Kontaktierung des Wickelguts, das in dem Gehäuse 1 anzuordnen ist, durch Aufquetschen oder Anlöten auf.

Fig. 4, in der eine Haltebuchse 2 ohne eingesetzten Kontaktstift mit axialer Blickrichtung dargestellt ist, zeigt besonders deutlich die Ausbildung der Segmente 36 des Halterings 35 an den freien Enden der Haltearme 34.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Kontaktelement 39 für einen der Kontaktstifte 3 gemäß den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Das Kontaktelement 39 weist einen Federring 38 aus Federzungen 71 zur Anlage am Umfang des Kontaktstifts auf. Die Federzungen 41 gehen von einer ringförmigen Ba si s 40 a u s , a uf d e ren a n d eren Se ite Konta ktfü ßch en 43 zu r Befesti g u n g d es Kontaktselements 39 auf einer Platine und zur Kontaktierung von dortigen Leiterbahnen vorgesehen sind. Figur 6 zeigt, dass das Kontaktelement 39 von einem Gehäuse 45 umschlossen ist, das ebenso wie die Lagerbuchse für den zugehörigen Kontaktstift aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Das Gehäuse 45 stützt Vorsprünge 42 an den freien Enden der Federelemente 41 in radialer Richtung zur Längsachse des zugehörigen Kontaktstifts ab, wenn dieser in das Kontaktelement 39 eingeschoben ist, um einen besonders guten elektrischen Kontakt, der auch zur Übertragung von Leistungsströmen geeignet ist, zwischen dem Kontaktelement 39 und dem Kontaktstift bereitzustellen.

Fig. 7 zeigt die Ausbildung der elektrischen Verbindung zwischen zwei Kontaktelementen 39 und zwei Kontaktstiften 3, um Anschlussleitungen 6 eines auch hier nicht sichtbaren, in dem Gehäuse 1 angeordneten Wickelguts mit ebenfalls nicht dargestellten Leiterbahnen auf einer Platine 5 elektrisch zu kontaktieren. Dabei ist aus Figur 7 ersichtlich, dass die Kontaktelemente 39 auf der dem Gehäuse 1 des Wickelguts abgekehrten Seite der Platine 5 angeordnet sind, d.h. die Kontaktstifte 13 durch Bohrungen in der Platine 5 hindurch in die Kontaktelemente 39 eingreifen.

BEZUGSZEICHENLISTE Gehäuse

Lagerbuchse

Kontaktstift

Nut

Platine

Anschlussleitung

Hülse

Haltering

Segment

Haltearm

Kontaktelement

Federkranz

Federzunge

Vorsprung

Kontaktfüßchen

Gehäuse