DE10161102A1

DE10161102A1 - Leitungs-Steckverbindung für elektrisches Steuergerät sowie Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10161102A1
Application number: DE2001161102
Authority: DE
Inventors: Klaus Lechner; Herbert Klinger; Gerhard Thomas; Karl Wutz
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitungs-Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Kabel und einer in einem Gehäuse (4) eines Steuergeräts angeordneten Leiterplatte (6), wobei die Leitungs-Steckverbindung (2) wenigstens eine im Gehäuse lösbar verrastete Steckdose (8) und eine mit dieser lösbar verbundene Steckerleiste (10) aufweist, die mechanisch mit der Leiterplatte im Gehäuse verbunden ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Leitungs-Steckverbindung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitungs-Steckverbindung für ein elektrisches bzw. elektropneumatisches und/oder elektrohydraulisches Steuergerät, insbesondere ein Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Leitungs-Steckverbindung.
Gattungsgemäße Leitungs-Steckverbindungen zur Übertragung von elektrischer Energie für elektrische bzw. elektropneumatische und/oder elektrohydraulische Steuergeräte basieren meist darauf, dass Leiterbahnen einer Leiterplatte mit einem Buchsenteil versehen sind, das auf der Leiterplatte oder in einer Gehäusewandung arretiert oder in einen Gehäuseaufbau integriert ist. Ein strom- bzw. signalführendes Kabel weist an einem Ende ein zur Buchse passendes Steckerteil auf. Buchse und Stecker verfügen typischerweise über jeweils ein eigenes zentrisches Leitungsstück für die Signalführung. Ein Innenleiterabschnitt der Buchse wird durch Löten mit der Leiterplatte verbunden. Ein Innenleiterabschnitt des Steckers wird mit dem entsprechenden Leiter des Kabel ebenfalls durch Löten verbunden. Eine Masseanbindung wird über die Außenleiterteile von Stecker und Buchse gewährleistet, wobei die Leiterplatte typischerweise über Lötverbindungen an das mit der Buchse galvanisch gekoppelte Gehäuse oder ein entsprechendes Chassis angeschlossen wird.
Ein elektrisches Schalt- und/oder Steuergerät für eine Fahrzeugbremsanlage ist bspw. aus der DE 195 28 252 A1 bekannt. Dieses Steuergerät weist einen Gehäuseblock sowie einen Gehäusedeckel auf, der vom Gehäuseblock aufgenommene, elektrische Komponenten des Aggregats abdeckt, und der mindestens einen von außen zugänglichen, elektrischen Steckverbinder aufweist, an dem elektrische Komponenten angeschlossen sind.
Das Gerät weist eine lösbare Abdeckung auf, die den Steckverbinder überdeckt, und die zusammen mit dem Gehäusedeckel eine Kabeldurchführung für ein Kabel eines in den Steckverbinder eingesteckten Steckers bildet.
Eine Leitungs-Steckverbindung für die Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Kabel, insbesondere einem Koaxialkabel, und einer in einem Gehäuse angeordneten Leiterplatte oder dgl. ist weiterhin aus der DE 196 51 800 A1 bekannt. Die Leiterplatte ist hierbei in einem Randbereich mit mehreren länglichen Schlitzen versehen, deren Flanken jeweils partiell metallisiert sind, wobei jede Teilmetallisierung leitend zu einer anderen Leiterbahn auf der Leiterplatte führt. Die elektrischen Komponenten des kabelseitigen Steckerteils bestehen aus einer metallischen Außenleiterhülse, die mit dem Außen- oder Masseleiter des Kabels, und aus einer Innenleiterhülse, die mit dem Innen- oder signalführenden Leiter des Kabels verbunden ist. Im eingeschobenen Zustand des Steckers steht die Außenleiterhülse mit den äußeren metallisierten Flanken zweier äußerer Schlitze und die Innenleiterhülse mit den metallisierten Flanken eines mittleren Schlitzes in galvanischem Kontakt. Die Kontaktierung zwischen den Schlitzflanken und den Hülsen wird hierbei durch Kraftschluss gewährleistet.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Leitungs- Steckverbindung für ein elektrisches Steuergerät oder dgl. zur Verfügung zu stellen, bei dem eine einfache und kostengünstige Fixierung einer Leitungsbuchse in einem Gehäuse ermöglicht ist.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Demgemäß weist eine Leitungs-Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Kabel und einem in einem Gehäuse eines elektrischen bzw. elektropneumatischen und/oder elektrohydraulischen Steuergeräts angeordneten oder gehäuseartigen, mit Leiterbahnen versehenen Trägermaterial, insbesondere einer Leiterplatte wenigstens eine im Gehäuse lösbar verrastete Steckdose und eine mit dieser lösbar verbundene Steckerleiste auf, die mechanisch mit der Leiterplatte im Gehäuse verbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht eine schnell und sicher montierbare Steckverbindung in einem Gehäuse, die sich bei Bedarf leicht wieder entfernen lässt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Steckdose ein erstes elastisches Element auf, das im eingebauten Zustand der Steckdose dichtend an einer Außenwand des Gehäuses anliegt. Auf diese Weise ist eine zuverlässige Abdichtung des Gehäuseinneren mit der darin befindlichen Elektronik gegen eindringende Medien wie Feuchtigkeit oder Gase gewährleistet. Das erste elastische Element kann bspw. eine ringförmige Kontur aufweisen und in einer ersten Nut der Steckdose angeordnet sein. Dadurch ist eine definierte Position der Dichtung gewährleistet, welche die Gefahr eines Verrutschens und damit verbundener Gefahr des Versagens der Dichtwirkung vermeidet.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steckdose wenigstens ein zweites elastisches Element aufweist, das im eingebauten Zustand der Steckerleiste dichtend zwischen Steckdose und Steckerleiste angeordnet ist. Das wenigstens eine zweite elastische Element kann eine im Wesentlichen ringförmige Kontur aufweisen und jeweils einen Rundstecker radial umfassen. Dadurch ist eine vollständige Abdichtung des Gehäuseinneren gewährleistet.
Alternativ kann die Steckerleiste mehrere parallel zueinander angeordnete Rundstecker aufweisen, die jeweils radial von einem zweiten elastischen Element umfasst sind. Diese Anordnung gewährleistet eine bessere Abdichtung für den Fall, dass zwischen den Rundsteckern Abstände vorgesehen sind, die andernfalls ein Eindringen von Medium ermöglichen könnten.
Die elastischen Elemente können jeweils aus einem Elastomer oder aus einem Naturkautschuk gebildet sein, was ihnen eine hohe Elastizität sowie eine gute Dichtwirkung verleiht.
Das Gehäuse kann im Wesentlichen aus Metall, bspw. aus Aluminium-Druckguss bestehen. Die Steckdose und die Steckerleiste bestehen vorzugsweise jeweils aus einem zumindest teilweise elastischen Kunststoff, was ihnen die notwendige Elastizität verleiht, um ein Einrasten im Gehäuse zu ermöglichen. Die mit der Steckerleiste mechanisch verbundene Leiterplatte wird im Gehäuse vorzugsweise mechanisch fixiert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Leitungs-Steckverbindung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein einseitig offenes Gehäuses mit zumindest einer Öffnung in einer Gehäuseseitenwand zum Einsetzen der Steckdose bereitgestellt. Es erfolgt das Einsetzen einer Steckdose von außen in die Öffnung des Gehäuses und das Einrasten der Steckdose an einem Anschlag unter Komprimierung eines zwischen Steckdose und Gehäuseseitenwand angeordneten ersten elastischen Elements. Anschließend wird eine Leiterplatte mit darauf befindlicher elektrischer Schaltung auf eine Auflagefläche des einseitig offenen Gehäuses aufgesetzt. Dabei wird gleichzeitig die mit der Leiterplatte verbundene Steckerleiste in eine mit dieser korrespondierenden Aufnahme der Steckdose eingefügt sowie ein zwischen Steckdose und Steckerleiste angeordnetes zweites elastisches Elements komprimiert. Abschließend wird die Leiterplatte im Gehäuse fixiert. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung einer zuverlässigen und einfach wieder lösbaren Leitungs-Steckverbindung in ein Gehäuse, die zudem gegen das Eindringen von Medium abgedichtet ist.
Die elastischen Elemente können in vorteilhafter Weise mittels Spritzgussverfahren in die Nuten der Steckdose eingebracht werden. Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Steckdose aus Thermoplast oder Duroplast mit den darin integrierten elastischen Elementen aus Elastomer in einem zweistufigen Spritzgussverfahren hergestellt wird. Dies ermöglicht ein besonders effizientes Herstellungsverfahren.
Die Steckdose hat im Wesentlichen die folgenden Funktionen. Es soll ein Abdichten des Gehäusedurchbruchs mittels der als Dichtungen fungierenden elastischen Elemente gewährleistet werden. Der Rundstecker und die Steckerleiste sollen zum Gehäuseinnenraum abgedichtet werden. Mit der Steckdose können einzelne Stecker für Spannungsversorgung, CAN, Drehzahlfühler oder dgl. verbunden werden. Die Steckerleiste auf der Leiterplatte bildet ein Gegenlager für die Steckerabdichtung und verhindert gleichzeitig, dass die Rasthaken der Steckdose im Gehäuse ausrasten.
Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegende einzige Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt einer Leitungs-Steckverbindung 2, die im Wesentlichen aus einer Steckdose 8 sowie einer mit dieser verbundenen Steckerleiste 10, die wenigstens einen Rundstecker 16 aufweist, besteht. Die Steckerleiste 10 ist mechanisch mit einer Leiterplatte 6 verbunden. Der wenigstens eine Rundstecker 16 der Steckerleiste 10 ist elektrisch leitend mit Leiterbahnen der Leiterplatte 6 verbunden.
Die Steckdose 8 umfasst mehrere aneinander grenzende Abschnitte, nämlich einen Hülsenabschnitt 34, der je nach Gestaltung der Steckdose 8 eine hohlzylindrische oder eine dünnwandige, rechteckförmige Querschnittkontur aufweisen kann. Dieser Hülsenabschnitt, in dessen Innenseite ein Steckkontakt 18 des wenigstens einen Rundsteckers 16 über eine gewisse Länge hinein ragt, dient zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Steckers, der mit einem Kabel oder dgl. mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
An den Hülsenabschnitt 34 schließt sich ein etwas breiterer. Korpusabschnitt 38 der Steckdose 8 an, der im in das Gehäuse 4 eingeschobenen Zustand an diesem anliegt. Eine dem Hülsenabschnitt 34 gegenüber liegende Stirnseite 40 weist eine erste Nut 22 auf, in der ein erstes elastisches Element 12 angeordnet ist. Das erste elastische Element 12 besteht bspw. aus einem Elastomer, aus Naturkautschuk oder dgl. und weist im entspannten Zustand ein geringfügig größeres Volumen auf als die erste Nut 22, so dass es im eingebauten Zustand der Steckdose 8 komprimiert wird und für eine Abdichtung zwischen Gehäuse 4 und Steckdose 8 sorgen kann.
An den Korpusabschnitt 38 schließen sich wenigstens zwei gegenüber liegend angeordnete Rasthaken 28 an, die im eingebauten Zustand der Steckdose 8 durch eine Öffnung 36 des Gehäuses 4 nach innen ragen und gleichzeitig die Steckerleiste 10 zumindest abschnittsweise umgreifen. Die Rasthaken 28 sind so gestaltet, dass sie beim Einschieben der Steckdose 8 in die Öffnung 36 nach innen gebogen werden. Sobald die Stirnseite 40 an das Gehäuse 4 stößt, erreichen die Rasthaken 28 einen Absatz 30 an der Innenseite des Gehäuses 4 und schnappen in diesen ein. Auf diese Weise ist eine feste mechanische Verbindung zwischen Steckdose 8 und Gehäuse 4 geschaffen, die sich jedoch durch Zusammenbiegen der Rasthaken 28 von der Gehäuseinnenseite jederzeit wieder lösen lässt. Die Steckdose 8 mit den einstückig damit ausgebildeten Rasthaken 28 besteht vorzugsweise aus einem Duroplast oder Thermoplast, der über eine geeignete Elastizität verfügt, um die Rasthaken ausreichend flexibel und dennoch stabil zu halten.
Die Steckdose 8 kann ggf. eine längliche, rechteckförmige Kontur aufweisen, so dass an ihrem Korpusabschnitt 38 jeweils mehrere parallel zueinander angeordnete Paare von sich gegenüber stehenden Rasthaken 28 vorgesehen sind.
Im vollständig eingeschobenen Zustand der Steckdose 8 lassen die eingeschnappten und damit entspannten Rasthaken 28 ausreichend Raum, dass zwischen ihnen die Steckerleiste 10 mit den darin angeordneten Rundsteckern 16 von der Gehäuseinnenseite eingeschoben werden kann. Die mit der Steckerleiste 10 verbundene Leiterplatte 6 kann auf einer Auflagefläche 32 des Gehäuses 4 fixiert werden, wodurch die Steckerleiste 10 ebenfalls an ihrem vorgesehenen Einbauort fixiert wird. Die Rundstecker 16 sind dabei jeweils über Verbindungsstellen 20 mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte 6 elektrisch leitend verbunden.
Die Steckdose 8 weist wenigstens eine zweite Nut 24 auf, in der ein zweites elastisches Element 14 angeordnet ist. Es können grundsätzlich so viele zweite Nuten 24 und zweite elastische Elemente 14 vorgesehen sein, wie Rundstecker 16 vorhanden sind. Alternativ dazu kann allerdings auch eine einzige zweite Nut 24 vorgesehen sein, die alle vorhandenen Rundstecker 16 umhüllt, und in die entsprechend nur ein zweites elastisches Element 14 eingelegt ist. Das zweite elastische Element 14 aus Elastomer oder Naturkautschuk wird im eingeschobenen Zustand der Steckerleiste 10 zwischen dieser und der zweiten Nut 24 komprimiert und sorgt auf diese Weise für eine vollständige Abdichtung der Gehäuseinnenseite, da ansonsten ein Kanal zwischen Rundstecker 16 und Korpusabschnitt 38 verbleiben könnte, durch den Feuchtigkeit oder andere Medien in das Gehäuse 4 eindringen könnten.
Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leitungs- Steckverbindung 2 umfasst zumindest die folgenden Schritte. Es wird ein einseitig offenes Gehäuse 4 bereitgestellt, das wenigstens eine Öffnung 36 in einer Gehäuseseitenwand aufweist, die zum Einsetzen der Steckdose 8 vorgesehen ist. Diese wird von außen in die Öffnung 36 eingesetzt, bis sie an einem mechanischen Anschlag einrastet. Dabei wird das zwischen Steckdose 8 und Gehäuseseitenwand angeordnete erste elastische Element komprimiert, wodurch eine Abdichtung zwischen Gehäuse 4 und Steckdose 8 gebildet wird.
Von der Innenseite des Gehäuses 4 wird eine Leiterplatte 6 mit darauf befindlicher elektrischer Schaltung auf eine Auflagefläche 32 aufgesetzt. Mit der Leiterplatte 6 ist die Steckerleiste 10 verbunden, die in eine mit dieser korrespondierenden Aufnahme der Steckdose 8 passt. Mit dem Aufsetzen der Leiterplatte 6 wird die Steckerleiste 10 mit der Steckdose 8 verbunden, wobei gleichzeitig das zwischen Steckdose 8 und Steckerleiste 10 angeordnete zweite elastische Element 14 komprimiert wird. Mit der mechanischen Fixierung der Leiterplatte 6 ist auch die Steckerleiste 10 in der Steckdose 8 fixiert.
Die elastischen Elemente 12, 14 können in vorteilhafter Weise mittels Spritzgussverfahren in die Nuten 22, 24 der Steckdose 8 eingebracht werden, ggf. mittels eines zweistufigen Spritzgussverfahrens, wodurch ein integriertes Bauteil entsteht. Bezugszeichenliste 2 Leitungs-Steckverbindung
4 Gehäuse
6 Leiterplatte
8 Steckdose
10 Steckerleiste
12 erstes elastisches Element
14 zweites elastisches Element
16 Rundstecker
18 Steckkontakte
20 Verbindungsstelle
22 erste Nut
24 zweite Nut
26 -
28 Rasthaken
30 Absatz
32 Auflagefläche
34 Hülsenabschnitt
36 Öffnung
38 Korpusabschnitt
40 Stirnseite

Claims

1. Leitungs-Steckverbindung zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Kabel und einem in einem Gehäuse (4) eines elektrischen bzw. elektropneumatischen und/oder elektrohydraulischen Steuergeräts angeordneten oder gehäuseartigen, mit Leiterbahnen versehenen Trägermaterial, insbesondere einer Leiterplatte (6), wobei die Leitungs-Steckverbindung (2) wenigstens eine im Gehäuse (4) lösbar verrastete Steckdose (8) und eine mit dieser lösbar verbundene Steckerleiste (10) aufweist, die mechanisch mit der Leiterplatte (6) im Gehäuse (4) verbunden ist.

2. Leitungs-Steckverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdose (8) ein erstes elastisches Element (12) aufweist, das im eingebauten Zustand der Steckdose (8) dichtend an einer Außenwand des Gehäuses (4) anliegt.

3. Leitungs-Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastische Element (12) eine ringförmige Kontur aufweist.

4. Leitungs-Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elastische Element (12) in einer ersten Nut (22) der Steckdose (8) angeordnet ist.

5. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdose (8) wenigstens ein zweites elastisches Element (14) aufweist, das im eingebauten Zustand der Steckerleiste (10) dichtend zwischen Steckdose (8) und Steckerleiste (10) angeordnet ist.

6. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite elastische Element (14) eine im Wesentlichen ringförmige Kontur aufweist und jeweils einen Rundstecker (16) radial umfasst.

7. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckerleiste (10) mehrere parallel zueinander angeordnete Rundstecker (16) aufweist, die jeweils radial von einem zweiten elastischen Element (14) umfasst sind.

8. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (12, 14) jeweils aus einem Elastomer gebildet sind.

9. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) im Wesentlichen aus Metall besteht.

10. Leitungs-Steckverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus Aluminium-Druckguss besteht.

11. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdose (8) und die Steckerleiste (10) jeweils aus einem zumindest teilweise elastischen Kunststoff bestehen.

12. Leitungs-Steckverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Steckerleiste (10) mechanisch verbundene Leiterplatte (6) im Gehäuse (4) mechanisch fixiert ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Leitungs-Steckverbindung (2) zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einem Kabel und einem in einem Gehäuse (4) eines elektrischen bzw. elektropneumatischen und/oder elektrohydraulischen Steuergeräts angeordneten oder gehäuseartigen, mit Leiterbahnen versehenen Trägermaterial, insbesondere einer Leiterplatte (6), wobei die Leitungs-Steckverbindung (2) wenigstens eine im Gehäuse (4) lösbar verrastete Steckdose (8) und eine mit dieser lösbar verbundene Steckerleiste (10) aufweist, die mechanisch mit der Leiterplatte (6) im Gehäuse (4) verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

- Bereitstellen eines einseitig offenen Gehäuses (4) mit zumindest einer Öffnung (36) in einer Gehäuseseitenwand zum Einsetzen der Steckdose (8),

- Einsetzen einer Steckdose (8) von außen in die Öffnung (36) des Gehäuses (4) und Einrasten der Steckdose (8) an einem Anschlag unter Komprimierung eines zwischen Steckdose (8) und Gehäuseseitenwand angeordneten ersten elastischen Elements (12),

- Aufsetzen einer Leiterplatte (6) mit darauf befindlicher elektrischer Schaltung auf eine Auflagefläche (32) des einseitig offenen Gehäuses (4) unter gleichzeitigem Einfügen der mit der Leiterplatte (6) verbundenen Steckerleiste (10) in eine mit dieser korrespondierenden Aufnahme der Steckdose (8) sowie unter Komprimierung eines zwischen Steckdose (8) und Steckerleiste (10) angeordneten zweiten elastischen Elements (14),

- Fixieren der Leiterplatte (6) im Gehäuse (4).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (12, 14) mittels Spritzgussverfahren in die Nuten (22, 24) der Steckdose (8) eingebracht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckdose (8) aus Thermoplast oder Duroplast mit den darin integrierten elastischen Elementen (12, 14) aus Elastomer in einem zweistufigen Spritzgussverfahren hergestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zur Herstellung einer Leitungs-Steckverbindung (2) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12.