Titel

Leistungs-Steckkontakt sowie Leiterplattenanordnung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leistungs- Steckkontakt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Leiterplattenanordnung gemäß Anspruch 11.

Heute werden im Automobilbereich zur Kontaktierung von Leiterplatten von Steuergeräten und anderen Komponenten, wie Ventilen, Sensoren, Aktoren, etc. lösbare Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung genutzt, die über eine sogenannte Messerleiste, auch Stiftwanne genannt, die Schnittstelle realisieren. Eine derartige Steckverbindung mit Messerleiste ist in der GB 2257579 A beschrieben. Üblicherweise bestehen die Messerleisten aus einem metallischen, mit Kunststoff umspritzten Stanzgitter, welches die sogenannten Pins für die Schnittstelle zum Steckverbinder realisiert. Das Stanzgitter wird durch Löten, Schweißen, etc. oder über sogenannte Press-fit-Verbindungen an einer Leiterplatte festgelegt und dient zur Aufnahme eines Steckkontaktes.

Nachteilig bei den bekannten Steckverbindungen mit Messerleiste ist der hohe Bauraumbedarf. Eine Miniaturisierung scheiterte bislang an den zu realisierenden Normalkräften des Steckkontaktes zur sicheren elektrischen Kontaktierung des Steuergerätes sowie an der zu garantierenden Robustheit des Steckkontaktes. Weitere im Automobilbereich zum Einsatz kommende Steckverbindungen sind in der DE 202 08 635 Ul, der EP 0 971 446 Bl, der DE 102 24 889 Al, der DE 102 24 683 Al, der DE 44 39 105 Cl sowie der DE 101 21 654 Al beschrieben.

Aus der DE 199 34 302 Al ist es bekannt, zwei Leiterplatten elektrisch mit einem Steckkontakt miteinander zu verbinden. Der bekannte Steckverbinder ist nicht zur elektrischen An- bindung einer Leiterplatte an ein elektrisches Kabel eines Kabelbaums geeignet. Nachteilig ist der mehrteilige Aufbau des Steckverbinders.

In der EP 110 73 73 A2 ist eine konstruktiv aufwändige Press-Fit-Steckverbindung beschrieben.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten, robusten und zum Übertragen hoher Ströme geeigneten Leistungs-Steckkontakt vorzuschlagen, der zum Anbinden eines elektrischen Kabels eines Kabelbaums in einem Kraftfahrzeug an ein Steuergerät oder eine andere Kraft- fahrzeugkomponente geeignet ist. Bevorzugt soll der elektrische Leistungs-Steckkontakt einen geringen Bauraumbedarf haben. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Leiterplattenanordnung vorzuschlagen, bei der eine Leiterbahn mit einem einfach aufgebauten, robusten und zur Übertragung grö- ßer Ströme geeigneten Leistungs-Steckkontakt kontaktiert ist. Auf das Vorsehen von Messerleisten auf der Leiterbahn zur Kontaktierung des Steckkontaktes soll bevorzugt verzichtet werden können. Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Leistungs- Steckkontaktes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumin- dest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Kontaktbereich des Leistungs-Steckkontaktes derart auszubilden, dass er zur unmittelbaren Kontaktierung einer Leiterbahn einer Leiterplatte geeignet ist. Dadurch kann auf das Vorsehen von Messerleisten, wie sie im Stand der Technik notwendig sind, verzichtet werden. Durch den Verzicht auf Messerleisten wird bei Einsatz eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Leistungs-Steckkontaktes der Bauraumbedarf für die gesamte Steckverbindung erheblich reduziert. Zum Erzeugen einer Anpresskraft umfasst der Leistungs- Steckkontakt Federmittel. Bei der Auslegung der Federmittel zum Erzeugen der normal zur Einsteckrichtung gerichteten Anpresskraft des Steckkontaktes auf die Leiterbahn der Leiterplatte ist darauf zu achten, dass die zu erzielende Normalkraft (Anpresskraft) ausreichend groß ist, um eine dauerhafte Kontaktierung und einen Toleranzausgleich bei Unebenheiten oder Maßschwankungen zu ermöglichen. Bevorzugt beträgt die Normalkraft etwa 0,5 bis 4N oder mehr. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Federmittel einen großen elastischen Federweg von bis etwa 0,4mm realisieren. Weiter bevorzugt ist es, wenn sich der Leistungs-Steckkontakt auf einer der Leiterbahn der Leiterplatte gegenüberliegenden Kunststofffläche abstützt. Bevorzugt ist der Leistungs-Steckkontakt derart dimensioniert, dass die elektrische Stromtragfähigkeit bei einer Standard- leiterplatte mindestens 1,5A Dauerstrom bei Temperaturen bis 80 ⁰ C und/oder zumindest kurzzeitig mindestens 8A bei Temperaturen bis mindestens 80 ⁰ C beträgt.

Zur Realisierung eines besonders robusten und einfach auf- gebauten Steckkontaktes ist es vorteilhaft, diesen als vollständig aus Metall ausgebildetes Stanz-Biegeteil auszubilden. Bevorzugt beträgt dabei die Blechdicke des gestanzten Blechs weniger als 0,3mm, ganz besonders bevorzugt etwa 0,2mm. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Steckkontakt dabei einteilig ausgebildet ist, wodurch auf eine Montage von aneinander festzulegenden Steckkontaktbauteilen verzichtet werden kann. Dabei kann das Stanz-Biegeteil beispielsweise aus einer Kupferlegierung, oder aus Stahl, insbesondere rostfreiem Federstahl oder Edelstahl ausgebildet werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Steckkontakt zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden den Steckkontakt bildenden Bauteile bevorzugt aus Metall, ganz bevorzugt aus unterschiedlichen Metallen bzw. Metalllegierungen ausgebildet sind. Es ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der beide Bauteile aus derselben oder unterschiedlichen Kupferlegierung ausgebildet sind. Ganz besonders bevorzugt ist eine Materialpaarung aus einer Kupferlegierung und einer Stahllegierung, insbesondere nicht rostender Federstahl oder Edelstahl. Zur Gewährleistung der eingangs erwähnten, hohen elektrischen Stromtragfähigkeit ist es bevorzugt, wenn die eine Normalkraft verursachende Federmittel derart ausgebildet und angeordnet sind, dass diese in einem eingesteckten Zu- stand des Steckkontaktes, vorzugsweise mit einem freien Ende, einen stromführenden Bereich des Steckkontaktes kontaktierten und dadurch einen zweiten Strompfad zur Versorgung des Kontaktbereichs mit elektrischer Energie von zwei Seiten her freischalten, wobei die Federmittel bevorzugt Be- standteil dieses zweiten Strompfades zur Versorgung des

Kontaktbereiches und damit der Leiterbahn der Leiterplatte mit elektrischer Energie sind. Die Federmittel können ein Federelement, oder alternativ zwei, oder drei, oder vier oder mehr relativ zueinander bewegbare Federelemente umfas- sen.

Bevorzugt umfasst der Steckkontakt eine Verriegelungsfeder, die ein Herausziehen des Steckkontaktes aus einer eingesteckten, die Leiterplatte kontaktierenden Position sicher verhindert.

Um eine sichere, unmittelbare Kontaktierung der Leiterbahn der Leiterplatte sicherzustellen, ist es bevorzugt, wenn der Kontaktbereich des Leistungs-Steckkontaktes von mindes- tens einem ballig erhabenen, sich in Richtung der Leiterbahn erstreckenden Anlageabschnitt (Kontaktpunkt) gebildet ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn mindestens zwei Kontaktpunkte mit balliger Geometrie zur Realisierung einer redundanten Kontaktierung vorgesehen sind.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Steckkontakt selektiv mit Zinn, Silber, Gold, Palladium oder Nickel, etc. beschichtet ist. Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Steckkontakt im Bereich der die Leiterbahn der Leiterplatte unmittelbar kontaktierenden Kontaktpunkte selektiv mit einer derartigen Beschichtung beschichtet ist. Zusätzlich oder alternativ können auch die zuvor beschriebenen Federmittel in einem Kontaktbereich zur Herstellung des zweiten Strompfades in gleicher Weise oder anders insbesondere zur Verbesserung der Leitfähigkeit beschichtet werden. Weiter alternativ ist der gesamte Steckkontakt, insbesondere zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit, vor- zugsweise wie zuvor beschrieben, beschichtet.

Ein besonders robuster Leistungs-Steckkontakt kann erhalten werden, wenn der Kontaktbereich zur unmittelbaren Kontak- tierung der Leiterbahn der Leiterplatte an einem streifen- förmigen, vorzugsweise die Federmittel bildende, Abschnitt des Steckkontaktes gebildet ist, der zwischen zwei seitlichen Schutzwänden aufgenommen ist, die sich vorzugsweise senkrecht zum den Kontaktbereich bildenden Streifenabschnitt erstrecken. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Streifenabschnitt abschnittsweise längsgeschlitzt ist, wobei bevorzugt an jedem der durch den Schlitz voneinander getrennten Streifenabschnittbereiche jeweils mindestens eine ballige Anlagegeometrie zur unmittelbaren Kontaktierung der Leiterbahn realisiert ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn der den Kontaktbereich bildende Streifenabschnitt, vorzugsweise an einer von dem Kontaktbereich abgewandten Seite, die mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich eine, Verriegelungsfeder zum Verhindern eines ungewollten Entfernens des Steckkontaktes entgegen der Einsteckrichtung bildet. Zur Erhöhung der Verriegelungskräfte ist es bevorzugt, wenn die Verriegelungsfeder gekrümmt ausgeführt ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Verriegelungsfeder ein Sekundärverriegelungselement zugeordnet ist, das eine Entriegelung der Verriegelungsfeder sicher verhindert.

Zur weiteren Stabilisierung bzw. Erhöhung der Robustheit des Leistungs-Steckkontaktes ist es bevorzugt, wenn die Schutzwände über jeweils mindestens einen Schweißpunkt, vorzugsweise über jeweils drei Schweißpunkte, mit dem Streifenabschnitt verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ zu dem Vorsehen von Schweißpunkten zwischen Streifenab- schnitt und Schutzwänden ist es auch möglich, kostengünstigere Verclinchungen zu realisieren. Der mindestens eine Schweißpunkt und/oder die mindestens eine Verclinchung sind dabei bevorzugt Bestandteil eines ersten, den Kontaktbereich dauerhaft mit Strom versorgenden Strompfad. Zu diesem ersten Strompfad gehören bevorzugt die Seitenwände des

Leistungs-Steckkontaktes sowie ein vorderer, gebogener Abschnitt des Streifenabschnitts.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest eine der Seitenwände als Steckerkodierung ausgebildet ist, um ein falsch orientiertes Einschieben des Leistungs-Steckkontaktes sicher zu verhindern. Bevorzugt ist die Kodierung dabei als sich senkrecht zur Längserstreckung des Steckverbinders erstreckende Kodierwand ausgebil- det, die mit einer entsprechenden Gegenkontur der zu kontaktierenden elektrischen Einrichtung, insbesondere eines Steuergerätes, vorzugsweise eines Türsteuergerätes, in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.

Im Hinblick auf die Festlegung des elektrischen Kabels an dem Leistungs-Steckkontakt zur Kontaktierung der Leiterkontaktfläche des Steckkontaktes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So kann das elektrische Kabel beispielsweise durch Vercrimpen oder Verschweißen am Steckkontakt festgelegt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Verbindungsmittel mindestens eine zum Vercrimpen mit dem Kabel ausgebildete und angeordnete Metalllasche umfassen.

Die Erfindung führt auch auf eine Leiterplattenanordnung, umfassend eine mit mindestens einer Leiterbahn versehene Leiterplatte, die unmittelbar von einem nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Leistungs-Steckkontakt kontak- tiert ist. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform der Leiterplattenanordnung, bei der die Federmittel im eingesteckten, d.h. kraftbeaufschlagtem Zustand einen zweiten Strompfad freischalten, um die geforderte Stromtragfähigkeit zu realisieren.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Leiterplattenanordnung, bei der die Leiterplatte auf beiden Flachseiten jeweils mindestens eine Leiterbahn aufweist, die jeweils von mindestens einem nach dem Konzept der Er- findung ausgebildeten Leitungs-Steckkontakt unmittelbar kontaktiert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Diese zeigen in:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungs- Steckkontaktes von schräg oben, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Leistungs- Steckkontaktes gemäß Fig. 1 von schräg unten, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Leistungs- Steckkontaktes, wobei auf eine Darstellung von seitlichen Schutzwänden zum besseren Verständnis des „Innenlebens" verzichtet wurde.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Leistungs-Steckkontakt 1 zur unmittelbaren Kontaktierung einer in Fig. 3 gezeigten Leiterbahn 2 auf einer Leiterplatte 3 gezeigt. Konkret dient der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Leistungs-Steckkontakt 1 zur elektrischen Kontaktierung eines Tür-Steuergerätes in einem Kraftfahrzeug bzw. zur Anbindung eines Kabelbaums an dieses Steuergerät. Zu erkennen ist, dass der Leistungs- Steckkontakt 1 durch Vercrimpen an einem abisolierten Ende 4 eines elektrischen Kabels 5 festgelegt ist. Hierzu weist der Leistungs-Steckkontakt 1 als Krimplaschen ausgebildete Verbindungsmittel 6 auf, die auf ihrer Innenseite nicht mit einem Bezugszeichen versehene Leiterkontaktflächen- kontaktierung des elektrischen Kabels 5 bilden.

Bei dem dargestellten Leistungs-Steckkontakt 1 handelt es sich um ein einteiliges, vollständig aus Metall ausgebildetes, Stanzbiegeteil. Dieses umfasst auf seiner Unterseite 7 einen Kontaktbereich 8 zur unmittelbaren Anlage auf der Leiterbahn 2 der Leiterplatte 3. Der Kontaktbereich 8 ist an Federmitteln 9 ausgebildet, mit denen eine Anpresskraft (Normalkraft) senkrecht zur Einsteckrichtung 10 auf den Kontaktbereich 8 ausübbar ist. Der Kontaktbereich 8 ist gebildet von vier, in Richtung der Leiterbahn 2 erhabenen, balligen Anlageabschnitten 11 zur Realisierung einer redundanten Kontaktierung.

Wie sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, ist der mehrteilige Kontaktbereich 8 ausgebildet an einem gebogenen Strei- fenabschnitt 12 des Leistungs-Steckkontaktes 1, der gleichzeitig mit seinem unteren, der Leiterbahn 2 zugewandten Bereich, die Federmittel 9 bildet. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Streifenabschnitt 12 im Bereich der Federmittel 9 bzw. im Kontaktbereich 8 längsgeschlitzt ausge- führt, also von zwei relativ zueinander verstellbaren Federmitteln 9 gebildet und liegt im Bereich seines unteren, in der Zeichnungsebene rechten, freien Endes 13 an einem in einen als Flachabschnitt ausgebildeten stromführenden Bereich 14 an, wobei sich der stromführende Bereich 14 in Einsteckrichtung 10 betrachtet zwischen den Verbindungsmitteln 6 und dem Kontaktbereich 8 befindet. Für den Fall, dass der Leistungs-Steckkontakt 1 nicht eingesteckt ist und somit die Federmittel 9 nicht kraftbeaufschlagt sind, und somit keine Anpresskraft als Gegenkraft erzeugen, ist das freie Ende 13 der Federmittel 9 von dem stromführenden Bereich 14 beabstandet. Durch Einstecken des Leistungs- Steckkontaktes 1 und der damit einhergehenden Kraftbeaufschlagung, schwenken die Federmittel 9 mit ihrem freien Ende 13 (von unten) gegen den stromführenden Bereich 14 und schließen somit einen zweiten Strompfad 18 zur Versorgung des Kontaktbereichs 8 mit Strom bzw. zur Gewährleistung der geforderten Stromtragfähigkeit. Auf der von dem (unteren) freien Ende 13 abgewandten (Ober-) Seite des stromführenden Bereichs 14 befindet sich ein abgeschrägtes, (oberes) freies Ende 15 des Streifenabschnittes 12. Dieses bildet eine Verriegelungsfeder 16, die im eingesteckten Zustand des Leistungs-Steckkontaktes 1 ein Herausziehen entgegen der Einsteckrichtung 10 durch Herstellung eines Formschlusses sicher verhindert. Um ein unbeabsichtigtes Lösen der Verriegelungsfeder 16 zu verhindern, sind dieser Sekundärverriegelungsmittel 19 in Form einer Metallebene zugeordnet, die von der Verriegelungsfeder 16 im verriegelten Zustand hintergriffen wird, sodass ein zerstörungsfreies Lösen des einmal eingesteckten Leistungs-Steckkontaktes 1 quasi unmöglich wird.

Wie sich insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ergibt, ist der Streifenabschnitt 12 aufgenommen zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Schutzwänden 21, 22, die den vorderen, gebogenen Abschnitt 20 in Einsteckrichtung 10 überragen. Die Flächenerstreckung der Schutzwände 21, 22 verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Flächenerstreckungen der Ober- und Unterseite des Streifenabschnittes 12. Zur Erhöhung der Robustheit des Leistungs-Steckkontaktes sind die Schutzwände 21, 22 jeweils über drei Schweißpunkte 23 mit dem Streifenabschnitt 12 verbunden. Von den Schutzwänden 21, 22 wird zusammen mit dem Streifenabschnitt 12 eine Art robuster (Hohl-) Kasten gebildet.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, wird ein erster Strompfad 17, zu dem bei Kraftbeaufschlagung der Federmittel 9 ein zwei- ter Strompfad 18 hinzugeschaltet wird, im Wesentlichen gebildet von dem stromführenden Bereich 14, den Schutzwänden 21, 22, den Schweißpunkten 23, dem oberen Abschnitt (Oberseite) des Streifenabschnitts 12 sowie einem von dem gebo- genen Abschnitt 20 des Streifenabschnitts 12. Der zweite Strompfad 18 wird bei eingestecktem Leistungs-Steckkontakt 1 gebildet von dem stromführenden Bereich 14 sowie dem Bereich des Stromabschnitts 12 zwischen dem stromführenden Bereich 14 und dem Kontaktbereich 8. Im eingesteckten Zustand stützt sich der Leistungs-Steckkontakt 1 mit der Oberseite des Streifenabschnittes 12, vorzugsweise in etwa gegenüberliegend des Kontaktbereichs 8, an einer nicht gezeigten Kunststofffläche ab, die derart angeordnet ist, dass die Federmittel 9 senkrecht zur Einsteckrichtung 10 zusammengedrückt werden und somit den zweiten Strompfad 18 freischaltet .

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die in der Zeichnungsebene vordere Schutzwand 22 als Steckerkodierung 24 ausgebildet, die ein korrekt orientiertes Einschieben des Leistungs- Steckkontaktes 1 gewährleisten soll.