Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung

Im Allgemeinen werden in der Elektronik separate Stecker verwendet, um elektronische Schaltungen auf einer Leiterplatte mit externen Geräten verbinden zu können. Es ist dabei eine manuelle Handhabung erforderlich, um eine Verbindung eines Steckers mit einem Gegenstecker zu bewerkstelligen. Mechatronische Teile (Stecker und Gegenstecker) erzeugen jedoch Kosten. Steckerlösungen ohne traditionelle Stecker erfordern typischerweise hohe Kräfte oder eine weitere Handhabung beim Lösen der Verbindung. Es ist technisch nicht machbar, durch mehrere Verbindungs- Trenn- Zyklen mit Drück- und Ziehkräften zu gehen.

Es kann ein Standard-Verbindungssystem für Leiterplatten verwendet werden. Das hat zwar den Vorteil, dass es üblicherweise lösbar ist, jedoch den Nachteil, dass manuelle Handhabung erforderlich ist und zwei mechatronische Teile pro Verbindung erforderlich sind, was die Kosten erhöht und den Entwurf beeinflusst.

Alternativ kann ein Leiterplatten-Kantensteckverbinder (engl. Edge connector) verwendet werden. Auch dieser stellt eine lösbare Verbindung dar und der Stecker ist vorteilhaft in die Leiterplatte integriert. Nachteilig ist allerdings, dass auf beiden Seiten der Leiterplatte bestimmte Erfordernisse an das Oberflächenmaterial gestellt werden; es wird üblicherweise Gold für die Plattierung gefordert, um eine Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Außerdem erfordert die Verbindungsrichtung, dass die Leiterplatte lateral an ihren Platz geschoben werden muss, was in Anwendungen in Kraftfahrzeugen oft umständlich ist.

Ein weitere Verbindungsmöglichkeit sind Gabelkontakte, die einfach an ihren Platz gepresst werden können. Wenn jedoch mehrere Kontakte bei einer Anwendung erforderlich sind, kann eine Trennung der Verbindung aufgrund der typisch beobachteten Verbindungskräfte schwierig sein. Eine Trennung kann Stress in die Löt- oder Pressfitverbindungen einbringen.

Schließlich kann ein SKEDD-Verbinder verwendet werden, der eine einfache Schnittstelle darstellt und geringe Verbindungskräfte erfordert. Allerdings erfordert die Trennung der Verbindung manuelle oder eine Manipulation, die spezielle Geräte erfordert. Die DE 10 2018 101 670 B3 offenbart einen Steckverbinder, der mit einer Leiterplatte verbunden werden soll, dort sind jedoch Steckkontakte in dem Steckverbinder ausgebildet und kontaktieren dort mittels einer Schneid-Klemm-Verbindung ggf. in ein Gehäuse des Steckverbinders eingeführte Anschlussleiter. Die Leiterplatte weist lediglich Kontaktöffnungen auf, in die beim Verbinden des Steckverbinders mit der Leiterplatte die Steckkontakte eingeführt werden.

Es müssen also zunächst aufwändig ein oder mehrere Anschlussleitungen in das Gehäuse des Steckverbinders eingeführt werden und anschließend die Steckkontakte in dieses Gehäuse senkrecht zur Einsteckrichtung der Anschlussleitungen eingesteckt werden, wodurch über die Schneid-Klemm-Kontakte die Anschlussleitungen mit den Steckkontakten elektrisch und mechanisch verbunden werden. Erst danach wird der fertig konfektionierte Steckverbinder mit der Leiterplatte verbunden, wobei erst jetzt die Steckkontakte in die entsprechenden Kontaktöffnungen der Leiterplatte eingedrückt werden, um dort einen Kontakt herzustellen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung anzugeben, das kostengünstig ist und einfach gehandhabt durchzuführen ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterund Ausbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach weist eine Leiterplatten-Stecker-Anordnung eine Leiterplatte auf, aus der zumindest eine elektrisch leitende Kontaktfahne, die elektrisch mit zumindest einer Leiterbahn der Leiterplatte verbunden ist, hervorragt. Sie weist außerdem ein Steckergehäuse aus isolierendem Material auf, das zumindest eine Öffnung aufweist, wobei ein Metallstreifen oder ein Metalldraht in das isolierende Material eingebettet ist, derart, dass zumindest ein Abschnitt des Metallstreifens oder des Metalldrahts in die Öffnung hineinragt, wobei das Steckergehäuse lösbar mit der Leiterplatte verbunden wird, derart, dass die Kontaktfahne in die Öffnung hineinragt und dabei mit dem Abschnitt in Kontakt kommt, wobei die Längsrichtung der Kontaktfahne und die Längsrichtung des Abschnitts senkrecht zueinander verlaufen.

Diese Leiterplatten-Stecker-Anordnung erfordert nur geringe Kräfte beim Zusammenstecken und Lösen der Verbindung. Außerdem ermöglicht sie ein unkompliziertes Leiterplattendesign an der Stecker- bzw. Kontaktfahnenseite. Die Verbindung kann auf einfache Weise bewerkstelligt werden durch Drücken und Ziehen der Leiterplatten-Steckergehäuse-Verbindung. Ein weiterer Vorteil sind die geringen Kosten.

In einer ersten Ausbildung der Leiterplatten-Stecker-Anordnung ist der Abschnitt nur einseitig in dem isolierenden Material des Steckergehäuses eingebettet und wird beim Zusammenstecken durch die in die Öffnung hineinragende Kontaktfahne elastisch gebogen.

Der Abschnitt des in die Öffnung des Steckergehäuses hineinragenden Metallstreifens oder Metalldrahts ist also als Blattfeder ausgebildet und wird durch die in die senkrecht dazu in die Öffnung des Steckergehäuses hineinragende Kontaktfahne der Leiterplatte elastisch verbogen, wobei ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem Abschnitt und der Kontaktfahne zustande kommt.

In einer alternativen Ausbildung der Leiterplatten-Stecker-Anordnung ist der Abschnitt beidseitig in dem isolierenden Material des Steckergehäuses eingebettet und wird durch die in die Öffnung hineingeführte Kontaktfahne elastisch verformt.

Der Abschnitt bildet hier also eine beidseitig eingespannte Feder, die durch die die Kontaktfahne aus ihrer Längsrichtung ausgelenkt wird.

In einer weiteren Alternative der Leiterplatten-Stecker-Anordnung ist der Abschnitt beidseitig in dem isolierenden Material des Steckergehäuses eingebettet und mit dem Boden der Öffnung in Kontakt und die in die Öffnung hineinragende Kontaktfahne ist mit einem Federelement gebildet, das die Kontaktfahne gegen den Abschnitt drückt.

Die Federkraft wird hier also nicht durch die Elastizität des beweglich in der Öffnung gelagerten Abschnitts erzeugt, sondern durch eine zusätzliche Feder, die Teil der Kontaktfahne ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Leiterplatten-Stecker-Anordnung kann die Leiterplatte mit einer isolierenden Umhüllung versehen sein.

Um einen besseren Kontakt zwischen dem Abschnitt und dem Ende der diesen elektrisch kontaktierenden Kontaktfahne zu erzeugen, kann das mit dem Abschnitt in Kontakt kommende Ende der Kontaktfahne in vorteilhafter Weise strukturiert sein.

Hierzu kann das Ende Zacken aufweisen oder angespitzt oder abgerundet sein.

Der Abschnitt kann hierzu auch eine mit der Struktur zusammenwirkende Gegenstruktur aufweisen.

Eine vorteilhafte Verbindung der Leiterplatte und des Steckergehäuses kann vorteilhaft, da einfach, über eine Schnappverbindung erfolgen, die ohne große Handhabungskräfte verriegel- und lösbar ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im offenen Zustand der Kontaktstelle,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im geschlossenen Zustand der Kontaktstelle

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im offenen Zustand der Kontaktstelle,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im geschlossenen Zustand der Kontaktstelle,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im offenen Zustand der Kontaktstelle,

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung im geschlossenen Zustand der Kontaktstelle, Fig. 7 eine einfache Ausführung der Kontaktstelle zwischen dem Abschnitt und der Kontaktfahne,

Fig. 8 eine erste strukturierte Ausführung der Kontaktstelle zwischen dem Abschnitt und der Kontaktfahne mit Zacken am Ende der Kontaktfahne,

Fig. 9 eine zweite strukturierte Ausführung der Kontaktstelle zwischen dem Abschnitt und der Kontaktfahne mit einer Spitze am Ende der Kontaktfahne und einer entsprechenden Ausnehmung im Abschnitt, und

Fig. 10 eine dritte strukturierte Ausführung der Kontaktstelle zwischen dem Abschnitt und der Kontaktfahne mit einer Rundung am Ende der Kontaktfahne und einer entsprechenden Ausnehmung im Abschnitt.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung jeweils im offenen Zustand der Kontaktstelle bzw. im geschlossenen Zustand der Kontaktstelle. Dargestellt ist in schematischer Weise eine Leiterplatte 5, auf der eine Kontaktfahne 3 in Form eines Kontaktstiftes angeordnet ist. Die Kontaktfahne 3 soll dabei mit Leiterbahnen oder sonstigen Leitungen auf oder in der Leiterplatte 5 in Verbindung stehen. Die Kontaktfahne 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte 5 orientiert, kann prinzipiell mit ihrem Ende jedoch auch parallel zur Oberfläche der Leiterplatte 5 verlaufen. Es ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Kontaktfahne 3 dargestellt, es können jedoch, wie bei Leiterplatten üblich, eine große Anzahl von solchen Kontaktfahnen 3 vorgesehen sein, die in einer oder auch mehreren Reihen angeordnet sind.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist die Leiterplatte 5 mit einer isolierenden Umhüllung 4 versehen, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen. An der Umhüllung 4 ist ein erstes Teil einer Schnappverbindung 8 in Form einer Rastnase angeordnet.

Ein Steckergehäuse 1 aus isolierendem Material weist eine Öffnung 7 auf, in die die Kontaktfahne 3 eingesteckt werden kann. In dem isolierenden Material des Steckergehäuses 1 verläuft ein Metallstreifen oder ein Metalldraht 2a, der mit einem Abschnitt 2b in die Öffnung 7 hineinragt und dort als Blattfeder fungiert. Das Steckergehäuse 1 weist außerdem den korrespondierenden Teil der Schnappvorrichtung 8 auf, der beispielsweise als Bügel ausgebildet sein kann und über die Rastnase beim Zusammenführung des Steckergehäuses 1 und der Leiterplatte 5 mit ihrer Umhüllung 4 geschoben wird und mit ihr verrstet. Bei diesem Zusammenführen wird die Kontaktfahne 3 in die Öffnung 7 hineingesteckt und kontaktiert den Abschnitt 2b und drückt ihn, wie in Figur 2 zu sehen ist, federnd zur Seite und bewerkstelligt auf diese Weise einen guten elektrischen Kontakt.

Die Verbindung zwischen dem Steckergehäuse 1 und der umhüllten Leiterplatte 5 kann in üblicher Weise mittels der Schnappverbindung 8 leicht gelöst werden und somit auch die elektrische Verbindung zwischen dem Metallstreifen oder Metalldraht 2a mittels dessen Abschnittes 2b und der Kontaktfahne 3 leicht unterbrochen werden.

In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leiterplatten-Stecker-Anordnung ebenfalls in schematischer Weise dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Schnappverbindung 8 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, soll jedoch auch dort vorhanden sein, wobei auch andere lösbare Verbindungen denkbar sind.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist der Abschnitt 2d des Metallstreifens oder Metalldrahtes 2c mit seinen beiden Enden in das isolierende Material des Steckergehäuses 1 eingebettet und somit in der Öffnung 7 fixiert. Beim Einstecken der Kontaktfahne 3 bei der Verbindung des Steckergehäuses 1 mit der Leiterplatte 5 drückt dabei die Kontaktfahne 3 gegen den Abschnitt 2d und verformt diesen elastisch, wodurch eine elektrische Kontaktierung erfolgt.

Eine weitere Alternative zeigen die Figuren 5 und 6 jeweils in der offenen und geschlossenen Darstellung des Kontaktes zwischen dem Metalldraht oder Metallstreifen 2e bzw. dessen Abschnitt 2f, der am Boden der Öffnung 7 verläuft. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Abschnitt 2f nicht deformiert werden, jedoch weist der Kontaktstift 3 ein Federelement 6 auf, das im dargestellten Beispiel zwischen der Kontaktfahne 3 und der Leiterplatte 5 angeordnet ist, so dass beim Zusammenführen des Steckergehäuses 1 und der Leiterplatte 5 dieses Federelement 6 zusammengedrückt wird und aufgrund der sich einstellenden Federkraft die Kontaktfahne 3 gegen den Abschnitt 2f gedrückt wird, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Das Ende 9 der Kontaktfahne 3 kann, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 7 dargestellt ist, plan ausgeführt sein und gegen eine ebenfalls plane Fläche des Abschnittes 2b, 2d, 2f drücken.

Es ist jedoch zur Verbesserung des Kontaktes möglich, wie in der Figur 8 dargestellt ist, das Ende 9 der Kontaktfahne 3 mit einer Strukturierung in Form von Zacken oder einer einfachen Aufrauhung zu versehen, um beim Pressen der Kontaktfahne 3 gegen den Abschnitt 2B, 2D, 2F den elektrischen Kontakt zu verbessern.

Alternativ können auch weitere Formen der Strukturierung des Endes 9 der Kontaktfahne 3 gewählt werden; so sind in den Figuren 9 und 10 eine Anspitzung oder Abrundung des Endes 9 der Kontaktfahne 3 dargestellt, wobei in einer Weiterbildung der Abschnitt 2b, 2d, 2f des Metallstreifens oder Metalldrahtes 2a, 2c, 2e mit einer entsprechend geformten Gegenstruktur versehen sein kann, um den Kontakt zu verbessern.

Durch die erfindungsgemäße Leiterplatten-Stecker-Anordnung ist eine kostengünstige und einfache steck- und lösbare Realisierung eines Steckers für eine Leiterplatte dargestellt.