Mehrteiliger Leiterplattenadapterstecker

Die Erfindung betrifft einen Adapterstecker sowie Steckverbinder zur elektrisch leitenden Kontaktierung einer Leiterplatte mit wenigstens einem weiteren elektrischen Bauteil, aufweisend wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung zur Stromleitung innerhalb des Adaptersteckers. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Montageverfahren zur elektrisch leitenden Kontaktierung einer Leiterplatte mit wenigstens einem weiteren elektrischen Bauteil.

Zur Kontaktierung oder Herstellung elektrisch leitender Verbindungen von Leiterplatten untereinander oder mit anderen elektrischen, elektronischen und stromführenden Bauteilen beziehungsweise Elementen werden eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen eingesetzt. Je nach Kontaktierungsaufgabe, erforderlichen Zusatzfunktionen und verschiedenen Anforderungsund Anwendungsumgebungen kommen unterschiedlich gestaltete Leiterplattensteckverbinder, Litzertverkabelungen, lösbare Buchsenkontaktstecker in unterschiedlichen geometrischen Ausgestaltungen oder kabelbasierende Stromführungskonzepte zur Anwendung.

Eine mehrteilige Leiterplattensteckverbindersituation zeigt die DE 10 2009 058 616 B4. Dieser zur Kontaktierung parallel angeordneter Leiterplatten konstruierte Steckverbinder besteht aus einem ersten und einem zweiten Steckverbinderteil mit zueinander fluchtenden und zu den Leiterplatten lotrecht ausgerichteten Kontaktelementen. Die in den Steckverbinder integrierte Verriegelungsvorrichtung ist ebenfalls zweiteilig aufgebaut und kombiniert kraft- und

formschlüssige Funktionskomponenten mit entsprechenden Hintergriffen.

Die DE 20 2013 100 330 U1 offenbart einen modular aufgebauten Leiterplattensteckverbinder mit einem Grundmodul und einem Aufsteckmodul. Beide Module sind zur Befestigung an der Leiterplatte zum einen und relativ zueinander zum anderen ausgebildet und verfügen zu diesem Zweck über Kopplungsmittel, sodass eine flexibel anpassbare Steckverbinderanordnung unterstützt ist. Vergleichbar einem Baukasten kann je nach Kontaktierungserfordernis die benötigte Steckverbinderanordnung aufgebaut werden. Liegen an die Leiterplattensteckverbinder Anforderung hinsichtlich einer Abdichtung gegenüber Wasser und anderen Flüssigkeiten vor, können mehrteilige Leiterplattensteckverbinder mit Dichtelementen erforderlich sein. Die DE 10 2013 002 709 A1 zeigt einen Steckverbinder für Leiterplatten, aufweisend ein Gehäuse mit Dichtflächenausbildung sowie ein

korrespondierendes Dichtelement. Ergänzt wird der Leiterplattenstecker durch

Einpresselemente und Signalkontakte.

Leiterplatten als Bestandteil elektronischer Komponenten werden häufig auch in Bauteile und Produkte verbaut, die als Massenartikel in erheblichen Stückzahlen vorliegen. Elektrisch zu kontaktierende Leiterplatten finden sich beispielsweise in Steuerungen, Regelungen oder Elektroniken von Elektromotoren, Haushaltsgeräten, Fahrzeugen, Telefonen,

Telekommunikationseinrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen, Unterhaltungselektronik und so weiter. Um diese elektronischen Komponenten vor äußeren Einflüssen und Einwirkungen zu schützen, sind diese häufig innerhalb von Gehäusen, Umhausungen oder hinter Abdeckungen und Deckeln zu montieren. Aus diesen Randbedingungen ergeben sich eine Reihe von

Anforderungen hinsichtlich Herstellung, Montage und kostengünstigem Aufbau.

Neben der Anforderung möglichst reduzierter Einzelteile im Sinn der integrierten Bauweise müssen Massenartikel heute idealerweise automatisiert sowohl hergestellt als auch verbaut beziehungsweise montiert werden. Dabei ist wichtig, dass die Montagekomponenten von Automaten, Greifvorrichtungen oder Robotereinrichtungen greif-, orientier- und positionierbar gestaltet sind. Zusätzlich müssen kollisionsfreie Bewegungsräume für die Greifeinrichtungen mit dem gegriffenen Teil, Komponente realisiert sein. Dies ist bei Leiterplattensteckverbindungen regelmäßig eine besondere, die automatische Montage erschwerende Bedingung. Ursachen dafür sind Steckrichtungen, Steckort und Steckstrecke zur Realisierung der elektrisch leitenden Verbindung. Oft wird der Bewegungsraum durch die Anordnung der Leiterplatte in einem Gehäuse begrenzt.

Die DE 37 23 347 A1 offenbart eine Steckverbindung für Leiterplatten, die eine sichere

Montagebefestigung durch Zapfen mit zylindrischen Bereichen unterstützt. Die Zapfen der Befestigungsteile umfassen einen ersten zylindrischen Bereich an dessen Umfang verteilte, in axiale Richtung weisende Federzungen angeformt sind, die unter Ausbildung von Rastschultern durch in radiale Richtung weisende Kröpfungen gebogen sind, wobei nach dem Einfügen der Zapfen in eine Leiterplattenbohrung der zylindrische Bereich von der Bohrung aufgenommen ist und die Rastschultern der Zungen hinter der Leiterplatte verrasten. Zur Erleichterung der Steckverbindermontage ist vorgesehen, dass die Zapfen/Zungen insgesamt eine größere Länge aufweisen, als die Lötstifte. Dabei wird beim Aufsetzen des Steckverbinders auf die Leiterplatte zunächst eine Vorzentrierung des Steckverbinders bewirkt, sodass die übrigen Lötstifte leichter in die entsprechenden Leiterplatten-Bohrungen eingefügt werden können. Hinsichtlich des erforderlichen Handhabungs- beziehungsweise Einbauraumes ist dies jedoch nachteilig, dass der Platzbedarf bei der Montage vergrößert ist.

Liegt die Konstellation der Seitenwandmontage eines Gerätesteckers, Steckverbinders vor können sich weitere unvorteilhafte Problematiken ergeben. Unter Seitenwandmontage wird die Verbindung der Steckverbindung an der Seitenkante der Leiterplatte verstanden, das bedeutet dass die Steckrichtung in der Leiterplattenebene erfolgt. Häufig ist der Steckverbinder in gestecktem Zustand in der Leiterplattenebene liegend und kann über die

Leiterplattenseitenkante hinausragen. Wird die Leiterplatte mit einer derartigen

Steckkonstellation in ein Gehäuse eingebaut, das die Leiterplattenseitenkanten umrandet, muss der Steckverbinder in der Regel vormontiert werden, da der erforderliche Steckraum nach der Leiterplattenmontage in das Gehäuse hinein nicht mehr zur Verfügung steht. Vormontierte Steckverbinder können den Montageprozess der Leiterplatte behindern durch die anliegenden Leitungen und die um die Steckerbinderauskragung vergrößerte Seitenkontur der vormontierten Leiterplatten-Steckverbinder-Kombination. Wünschenswertes, aber ungelöstes Bedürfnis ist hier, die Vormontage des Steckverbinders zu umgehen und einer alternativen Lösung zuzuführen.

Es ist Aufgabe der Erfindung die Kontaktierung oder Herstellung elektrisch leitender

Verbindungen von Leiterplatten untereinander oder mit anderen elektrischen, elektronischen und stromführenden Bauteilen beziehungsweise Elementen oder Gerätesteckverbinder in Kontaktierung mit Gehäusewänden von Geräten derart zu verbessern, dass die zuvor genannten Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise reduziert und/oder eine verbesserte, insbesondere automatisiert durchführbare Montage der Kontaktierungsmittel auch unter begrenzten Handhabungsraumbedingungen zu unterstützen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein wenigstens zweiteiliger

Leiterplattensteckverbinder zum Einsatz kommt, der in einer bevorzugten Anwendung die Kontaktierung eines Standard M16 Geräteteils mit verschiedenen Polzahlen über einen

Adapterstecker auf einer Leiterplatte realisiert.

Die Erfindung schlägt vor, dass ein Adapterstecker zur Anwendung kommt, der ein beliebiges Standard M16-Geräteteil beziehungsweise Geräteteile mit einer derartigen Verschraubung, zum Beispiel einer Gehäuseverschraubung mit einer Leiterplatte kontaktiert. Unterstützt sind beliebige Polzahlen, insbesondere 8 und 14 Pole.

Konstruktiv ist vorgesehen, dass der Adapterstecker über spezielle Kontakte auf der

Anschlussseite der M16-Verschraubung verfügt, die an der Vorderseite wie eine Buchse und an der Rückseite wie ein Stift ausgeführt sind. Die Kontakte sind leiterpiattenseitig als Löt- oder Einpresskontakte und gerätesteekerseitig als federnde Kontaktbuchsen ausgebildet, welche über eine rechtwinkelige Verbindung und vorzugsweise einstückig elektrisch leitend verbunden beziehungsweise realisiert sind.

Der Adapterstecker besitzt innenseitig auf der Steckseite Buchsenkontakte, welche am gegenüberliegenden Ende und damit an der Aufnahmeseite beziehungsweise Anschlussseite mit Kontaktstiften, Stiftkontakten versehen sind. Weiterhin ist der Adapterstecker auf der Anschlussseite zur Leiterplatte derart konstruiert, dass spezielle Kontakte die Anschlussrichtung des Leiterplattenkontaktbildes umkehren sowie hinsichtlich minimalem Bauraum und maximierter Toleranz in einer Ebene senkrecht zur Leiterplattenebene und - in der montierten Situation der Leiterplatte im Gehäuse - lotrecht zur Gehäusewand in Steckrichtung ausgelegt sind.

In korrespondierenderweise sind die Kontakte und/oder die Kontaktbereiche der

Leiterplattensteckverbindung als Buchsenkontakte ausgebildet und zum Einstecken der Stiftkontaktenden des Gerätesteckverbinders konfiguriert. Die Erfindung erkennt, dass ein Kontakteinsatz leiterplattenseitig des Adaptersteckers durch eine mehrteilige Ausführung gestaltet werden kann, der die einfache Montage auch ohne Maschinenunterstützung ermöglicht. Ein Kontakteinsatz des Adaptersteckers ist derart ausgelegt, dass die Kontakte in Steckrichtung exakt ausgerichtet sind. Neben einer

automatisierten Montage mittels unterschiedlicher Handhabungsvorrichtungen unterstützt die Erfindung auch die manuelle Montage und kann zu diesem Zweck optional durch

asymmetrische Kontaktanordnungen und/oder Zusatzfeatures ein fehlerhaftes

Zusammenstecken geometrisch verhindern.

Infolge der Kontaktierung über den erfindungsgemäßen Adapterstecker ist es möglich, besonders günstige Ausgangssituationen für eine automatisierte Montage der

kontaktherstellenden Komponenten zwischen Leiterplatten und deren Kontaktpartner bereitzustellen. Eine mögliche automatisierte Montageablauffolge kann nach einer

Leiterplattenmontage in einer Richtung oder Ebene dadurch erfolgen, dass der Adapterstecker bereits vor dem Leiterplatteneinbau montiert ist. Der Adapterstecker kann derart ausgebildet sein, dass die Steckrichtungen des Adaptersteckers zur Leiterplatte in voneinander

abweichenden Raumrichtungen liegen. Beispielsweise ist in Montagerichtung des

Gerätesteckers an eine rechtwinkelige Lage gedacht, sodass die Leiterplattenadapter in vertikaler Richtung montiert und der M16 Steckverbinder in horizontaler Richtung montiert wird. Bisherige Lösungen sehen vor, dass die Kontaktierung auf die Leiterplatte über direkte

Kontaktierung mit dem Kontaktpartner hergestellt wird. Die Lösung ist unabhängig von der Dicke der Platine beziehungsweise Leiterplatte und somit universell einsetzbar. Auch kann auf diese Weise erforderlicher Montageraum in erheblicher Weise reduziert werden.

Der durch die Erfindung erreichte vereinfachte Montageablauf unterstützt nicht nur die manuelle sondern auch die automatisierte Montage und ist geeignet, den für die Montage erforderlichen Montageraum zu verringern. Dies kann genutzt werden um auch in beengten

Raumverhältnissen - beispielsweise Leiterplatten angeordnet innerhalb von Elektronikgehäusen oder Smartphones - die elektrische Kontaktierung herzustellen. Eine Litzenverkabelung ist bei der Verwendung des vorgeschlagenen Adaptersteckers zwischen dem Gerätestecker und dem Leiterplattenstecker oder der Leiterplatte nicht mehr erforderlich. Nicht nur dieser Umstand wirkt sich kostensenkend aus, sondern auch die Unabhängigkeit der elektrischen Kontaktierung von der Leiterplattendicke, sodass nur ein Adapterstecker für die Kontaktierungsaufgabe vorgehalten werden muss. Werden herkömmliche Leiterplattenstecker im direkten Kontaktierungsweg eingesetzt und/oder Steckverbinder für die Verwendung an der Leiterplattenseitenkante vorgesehen sind diese Kontaktierungsmittel von der Platinendicke abhängig beziehungsweise müssen an diese angepasst sein. Der erfindungsgemäße

Kontaktierungsaufbau hingegen ist unabhängig davon und kann folglich für alle geometrischen Ausbildungen und Dickenvarianten der zu kontaktierenden Leiterplatten eingesetzt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei exemplarischen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des

Adaptersteckers exemplarisch ausgebildet als 8-poliger

Leiterplattensteckverbinder mit zwei zueinander nichtparallelen Steckebenen beziehungsweise Steckrichtungen;

Fig. 1 b rechtsseitig die Rückansicht und linksseitig die Seitenansicht des

Adaptersteckers;

Fig. 2a linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des mit dem in Fig. 1 dargestellten Adapterstecker korrespondierenden Steckverbinder als exemplarisch ausgebildeten Rundstecker;

Fig. 2b linksseitig die Seitenansicht und rechtsseitig die Rückansicht des

Steckverbinders;

Fig. 3a linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des

Adaptersteckers beispielhaft ausgebildet als 14-poliger

Leiterplattensteckverbinder mit zwei zueinander nichtparallelen Steckebenen beziehungsweise Steckrichtungen; Fig. 3b rechtsseitig die Rückansicht und linksseitig die Seitenansicht des

Adaptersteckers;

Fig. 4a linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des mit dem in Fig. 3 dargestellten Adapterstecker korrespondierenden Steckverbinder als exemplarisch ausgebildeten Rundstecker und

Fig. 4b linksseitig die Seitenansicht und rechtsseitig die Rückansicht des

Steckverbinders.

Figur 1a zeigt linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des Adaptersteckers 100 exemplarisch ausgebildet als 8-poliger Leiterplattensteckverbinder mit zwei zueinander nichtparallelen Steckebenen beziehungsweise Steckrichtungen SV, SL. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Steckebenen SL, SV zueinander rechtwinkelig angeordnet. Möglich sind polzahlunabhängig auch beliebige andere Lagen, beispielsweise windschiefe oder von der rechtwinkeligen Ausrichtung abweichende Anordnungen.

Das in Figur 1a gezeigte exemplarische Ausführungsbeispiel verfügt über ein 8-poliges

Kontaktbild in achsensymmetrischer Ausbildung zur Vertikalen und asymmetrischen Gestaltung zur Horizontalen. Auf diese Weise ist sowohl die Lage als auch die Orientierung der Stecklage von Adapterstecker 100 und Steckverbinder 110 zueinander geometrisch definiert. Auch davon abweichende Polzahlen und Anordnungen sind von der Erfindung unterstützt.

Das Adaptersteckergehäuse ist wenigstens zweiteilig aufgebaut und wird gebildet durch ein Grundgehäuse 10 sowie wenigstens eine Leiterführung 20. Optional kann das

Adaptersteckergehäuse ergänzt beziehungsweise komplettiert sein durch ein Rückwand 30, welche funktional mit dem Grundgehäuse 10 und/oder der Leiterführung 20 hinsichtlich der Arretierung der inneren Kontaktierungselemente zusammenwirkt und die rückseitige

Einhausung sicherstellt. Je nach Stecksituation und Umfeldbedingungen kann auf die

Rückwand 30 auch verzichtet werden. Vorzugsweise ist daran gedacht, die wenigstens zwei Gehäuseelemente mittels Arretiereinrichtungen 40 relativ zueinander festzulegen sodass eine Baueinheit gebildet ist, die eine vereinfachte und zuverlässige manuelle oder automatische Handhabung und Montage unterstützt. Die Arretiereinrichtungen können beispielsweise gebildet sein durch Schnappnasen, Hintergriffe oder Rasthaken sodass entweder eine kraft- und/oder formschlüssige Arretierung erreicht wird. Figur 1 b umfasst rechtsseitig die Rückansicht und linksseitig die Seitenansicht des Adaptersteckers 100. Die mit den Polen P innerhalb des Adaptersteckers 100 elektrisch leitend verbundenen Kontakten K sind derart gestaltet, dass sich die Anschlussrichtung umkehren und sowohl auf minimal erforderlichen Bauraum als auch für hohe Toleranz in Steckrichtung SL ausgelegt sind.

Leiterplattenseitig kann der Adapterstecker 100 weiterhin mit wenigstens einem Steckstift 11 ausgestattet sein. Der vorzugsweise mit dem Adapterstecker-Grundgehäuse 10 einteilig

ausgeführte wenigstens eine Steckstift 11 kann symmetrisch oder asymmetrisch hinsichtlich des Stecklochbildes angeordnet sein und einen prismatischen oder zylindrischen Querschnitt aufweisen. Werden mehrere Steckstifte 11 vorgesehen kann sich die Stecksicherheit und Zuverlässigkeit der Steckverbindung von Adapterstecker 100 zur Leiterplatte erhöhen.

Vorteilhaft bei der Verwendung mehrerer Steckstifte 11 ist die Ausbildung in unterschiedlichen Querschnitten, beispielsweise runde und dreieckige und mehreckige Querschnitte. Auf diese Weise wird geometrisch die steckrichtige Orientierung vom Adapterstecker 100 relativ zur Leiterplatte erzwungen.

Der Adapterstecker 100 ist auf seiner Leiterplattenseite durch einen dreiteiligen Kontakteinsatz gebildet und derart gestaltet, dass eine einfache Montage ohne Maschinenunterstützung ermöglicht wird. Der Adapterstecker 100 ist auf seiner Steckverbinderseite durch einen zweiteiligen Kontakteinsatz gebildet und derart gestaltet, dass die exakte Ausrichtung der Kontakte des Steckverbinders 110 für den Eingriff in die Pole P gewährleistet ist. Auch kann optional steckverbinderseitig des Adaptersteckers 100 ein zusätzliches Feature integriert werden um ein falsches Stecken im Sinn der Orientierung der Steckpartner zueinander zu vermeiden.

Figur 2a illustriert linksseitig die Vorderansicht in Richtung des zu kontaktierenden

Gerätesteckers und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des mit dem in Figur 1

dargestellten Adapterstecker 100 korrespondierenden Steckverbinder 110 als hier exemplarisch ausgebildeten Rundstecker. In einem Steckverbindergehäuse 111 ist ein Kontakteinsatz 120 aufgenommen, der in zum Adapterstecker 100 gemäß Figur 1a, 1 b korrespondierender Weise über Pole P und zugeordnete Polstifte PS verfügt. Die Pole P sind als spezielle Kontakte auf der Steckseite als Buchsen ausgebildet und rückseitig stiftförmig. Das Steckverbindergehäuse 111 kann optional eine Orientierungshilfe 112 aufweisen, hier exemplarisch als halbrunde Ausnehmung im Flanschbereich des Steckverbindergehäuses 111 ausgebildet. Der Kontakteinsatz 120 mit den Polen P und den Polstiften PS kann optional ebenfalls eine Orientierungshilfe122 aufweisen, die ein fehlerhaftes Stecken verhindert und/oder eine definierte Lage des Kontakteinsatzes 120 innerhalb des Steckverbindergehäuses 111 unterstützt.

Figur 2b zeigt linksseitig die Seitenansicht und rechtsseitig die Rückansicht des Steckverbinders 110. Ist der Steckverbinder 110, wie dargestellt, als Rundsteckverbinder ausgebildet, kann er zu Sicherungszwecken, das heißt über eine Formschlussverbindung zum Kontaktierungspartner, mit einem Gewinde Gl (hier: Metrisches Innengewinde) ausgestattet sein, das mit dem korrespondierenden (Außen-)Gewinde GA des Gerätesteckers beziehungsweise

Kontaktierungspartners verschraubbar ist.

Figur 3a umfasst linksseitig die Vorderansicht und rechtsseitig die Seitenschnittdarstellung des Adaptersteckers 100 beispielhaft ausgebildet als 14-poliger Leiterplattensteckverbinder mit zwei zueinander nichtparallelen Steckebenen beziehungsweise Steckrichtungen. Dieses

Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Erfindung auch im Zusammenhang mit 14-poligen

Kontaktierungsaufgaben korrespondiert. Letztlich ist die Erfindung polzahlunabhängig realisierbar und beschränkt sich ebenfalls nicht auf symmetrische Polsteckbilder.

Je nach Polsteckbild und/oder der Polzahl kann es erforderlich sein, dass das

Adaptersteckergehäuse wiederum wenigstens zweiteilig aufgebaut und dann um wenigstens eine weitere Gehäusekomponente ergänzt ist. Wie bei dem Adapterstecker 100 in 8-poliger Ausbildung ist auch die 14-polige Variante in Steckrichtung zur Leiterplatte SL hinsichtlich der Kontakte K und der Steckstifte 11 wenigstens in 2 Steckreihen - hier konkret in 4 Reihen - gestaltet. Durch die Anordnung der Zungenkontaktelemente K und/oder der Steckstifte 11 in wenigstens zwei Steckebenen kann die Auflagefläche des Adaptersteckers 100 zur Leiterplatte vergrößert werden, sodass ein Kippen der Steckpartner relativ zueinander beim Steckvorgang reduziert und sichere Auflage im gesteckten Zustand verbessert ist. Figur 3b umfasst rechtsseitig die Rückansicht und linksseitig die Seitenansicht des Adaptersteckers 100 in seiner exemplarisch gezeigten 14-poligen Variante. Die mit den Polen P innerhalb des Adaptersteckers 100 elektrisch leitend verbundenen Kontakten K sind wie bei dem 8-poligen Ausführungsbeispiel aus Figur 1 b derart gestaltet, dass sich die

Anschlussrichtung umkehren und sowohl auf minimal erforderlichen Bauraum als auch für hohe Toleranz in Steckrichtung SL ausgelegt sind. In analoger Weise zu den Figuren 2a und 2b mit dem Steckverbinder 110 in 8-poliger

Rundbauweise zeigen die Figuren 4a und 4b eine exemplarische Variante in 14-poliger Ausführung der in korrespondierender Weise zum Adapterstecker 100 gemäß Figur 3a, 3b über Pole P und zugeordnete Polstifte PS verfügt.

Bezugszeichenliste

10 Grundgehäuse

11 Steckstift

20 Leiterführung

30 Rückwand, rückseitiges Adaptersteckergehäuseelement 40 Arretiereinrichtung

100 Adapterstecker, Leiterplattensteckverbinder

110 Steckverbinder, Rundstecker

11 1 Steckverbindergehäuse

112 Orientierungshilfe Steckverbindergehäuse

120 Kontakteinsatz

122 Orientierungshilfe Kontakteinsatz

GA Gewinde außen

Gl Gewinde innen

K Kontakt, Zungenkontaktelement

P Pol, Steckverbinderkontakt

PS Polstifte, Steckverbinderstifte

SL Steckebene, Steckrichtung zur Leiterplatte

SV Steckebene, Steckrichtung zum Steckverbinder