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Die
Erfindung betrifft eine vergussdichte Steckverbindung zwischen einem
einen leitfähigen
Kontaktstift aufweisenden Stecker und einer eine leitfähige Kontaktöffnung aufweisenden
Buchse.
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Moderne
elektrische Geräte,
insb. Messgeräte,
weisen heutzutage eine Vielzahl einzelner elektrischer Komponenten,
insb. eine oder mehrere Leiterplatten mit darauf aufgebrachten elektronischen
Schaltungen, auf, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Dabei
werden sehr gerne Steckverbindungen eingesetzt, um die einzelnen
elektrischen Komponenten elektrisch leitend miteinander zu verbinden.
Zusätzlich
zu der elektrischen Verbindung kann über die Steckverbindungen auch
eine mechanische Verbindung der jeweiligen Komponenten bewirkt werden.
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Da
elektronische Geräte
häufig
stark schwankenden unter Umständen
sehr rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden, wird der Innenraum
des Gehäuses
zum Schutz der Komponenten häufig
mit einer Vergussmasse, z. B. einem Silikongel, ausgefüllt. Hierdurch
werden die Komponenten im Gehäuse
geschützt, und
es wird insb. vermieden, dass die Komponenten und die Steckverbindungen
Feuchtigkeit ausgesetzt werden, die beispielsweise durch Kondensatbildung
in das Gehäuse
eindringen kann.
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Eine
Steckverbindung wird durch einen Stecker und eine Buchse gebildet.
Der Stecker weist mindestens einen nach außen weisenden Kontaktstift
auf. Die Buchse weist für
jeden Kontaktstift jeweils eine nach innen weisende Kontaktöffnung auf.
Die Steckverbindung wird geschlossen, indem der Stecker in die Buchse eingesteckt
wird. Kontaktöffnung
und Kontaktstift sind dabei derart dimensioniert, das die Kontaktöffnung an von
der Bauform abhängigen
Kontaktflächen
einen Anpressdruck auf die korrespondierenden Kontaktflächen des
Kontaktstifts ausübt. Über den
Anpressdruck besteht zwischen den Kontaktflächen eine dauerhafte kraftschlüssige elektrisch
leitfähige
Verbindung zwischen dem leitfähigen
Kontaktstift und der leitfähigen
Kontaktöffnung.
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Wenn
eine solche Steckverbindung, z. B. in einem Messgerätgehäuse, von
einem Verguss umschlossen wird, besteht die Gefahr, dass Vergussmasse,
z. B. durch Kriecheffekte oder durch Mikroreibung, in die Steckverbindung eindringt.
Dabei kann Vergussmasse zwischen die Kontaktflächen von Kontaktstift und Kontaktöffnung gelangen
und die elektrische Leitfähigkeit
dieser Verbindung beeinträchtigt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung eine vergussdichte Steckverbindung
anzugeben, die unter Verguss eine langzeitstabile elektrisch leitfähige Verbindung
bewirkt.
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Hierzu
besteht die Erfindung in einer vergussdichten Steckverbindung zwischen
einem einen leitfähigen
Kontaktstift aufweisenden Stecker und einer eine leitfähige Kontaktöffnung aufweisenden
Buchse, bei der
- – der Stecker in die Buchse
eingesteckt ist,
- – zwischen
dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung
eine durch einen von einer Kontaktfläche der Kontaktöffnung auf
eine Kontaktfläche
des Kontaktstifts ausgeübten
Anpressdruck bewirkte kraftschlüssige
Verbindung besteht, und
- – zwischen
dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung
eine stoffschlüssige
Verbindung besteht, die einen Zwischenraum zwischen den aufeinander
gedrückten
Kontaktflächen
nach außen
abschließt.
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Gemäß einer
ersten Weiterbildung der Erfindung ist die stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung eine zwischen den Kontaktflächen bestehende
leitfähige
stoffschlüssige Verbindung.
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Gemäß einer
ersten Variante der ersten Weiterbildung ist die leitfähige stoffschlüssige Verbindung eine
Lötverbindung,
die Kontaktfläche
des Kontaktstifts und/oder die Kontaktfläche der Kontaktöffnung sind verzinnt,
und die Verzinnung bildet das Lot der Lötverbindung.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung besteht die Verzinnung aus einer niedrig
schmelzenden Zinnverbindung, insb. einer Zinn-Wismut-Verbindung.
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Gemäß einer
zweite Variante der ersten Weiterbildung ist die stoffschlüssige leitfähige Verbindung
zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung eine zwischen den Kontaktflächen bestehende
leitfähige
Klebung, insb. eine Klebung mit einem eine anisotrope Leitfähigkeit
aufweisenden Kleber.
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Gemäß einer
zweiten Weiterbildung der Erfindung ist die stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung ein Flussmittelvorhof,
der die Kontaktflächen
außenseitlich
umschließt
und den Kontaktstift stoffschlüssig
mit der Kontaktöffnung
verbindet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der zweiten Weiterbildung ist die Kontaktfläche des
Kontaktstifts und/oder die Kontaktfläche der Kontaktöffnung vergoldet.
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Weiter
umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer vergussdichten
Steckverbindung gemäß der ersten
Variante der ersten Weiterbildung, bei dem
- – Flussmittel
auf den verzinnten Kontaktstift und/oder die verzinnte Kontaktöffnung aufgebracht
wird,
- – die
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift und Kontaktöffnung durch ein Einstecken
des Kontaktstifts in die Kontaktöffnung
gebildet wird, und
- – die
auf diese Weise gebildete Steckverbindung auf eine Temperatur aufgeheizt
wird, bei der die Verzinnung aufschmilzt und eine Lötverbindung
zwischen den Kontaktflächen
von Kontaktstift und Kontaktöffnung bildet.
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Weiter
umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer vergussdichten
Steckverbindung gemäß der zweiten
Variante der ersten Weiterbildung, bei dem
- – ein eine
anisotrope Leitfähigkeit
aufweisender Kleber auf die Kontaktfläche des Kontaktstifts und/oder
die Kontaktfläche
der Kontaktöffnung
aufgebracht wird,
- – die
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift und Kontaktöffnung durch ein Einstecken
des Kontaktstifts in die Kontaktöffnung
gebildet wird,
- – der
von der Kontaktöffnung
auf den Kontaktstift ausgeübte
Anpressdruck auf den zwischen den Kontaktflächen befindlichen eine anisotrope
Leitfähigkeit
aufweisenden Kleber wirkt und eine leitfähige Verbindung zwischen den
beiden Kontaktflächen
ausbildet,
- – der
Kleber ausgehärtet
wird und eine stoffschlüssige
leitfähige
Verbindung zwischen den Kontaktflächen bewirkt.
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Weiter
umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer vergussdichten
Steckverbindung gemäß der zweiten
Weiterbildung, bei dem
- – Flussmittel auf die Kontaktfläche des
leitfähigen
Kontaktstifts und/oder die Kontaktfläche der leitfähigen Kontaktöffnung aufgebracht
wird,
- – die
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift und Kontaktöffnung durch ein Einstecken
des Kontaktstifts in die Kontaktöffnung
gebildet wird,
- – die
auf diese Weise gebildete Steckverbindung auf eine Temperatur aufgeheizt
wird, bei der das Flussmittel durch den Anpressdruck aus dem Zwischenraum
zwischen den Kontaktflächen
von Kontaktstift und Kontaktöffnung
heraus gepresst wird, und sich außenseitlich um die sich nun
berührenden
Kontaktflächen herum
ansammelt,
- – die
Steckverbindung wieder abkühlt,
und
- – das
Flussmittel beim Abkühlen
einen Flussmittelvorhof bildet,
– der die Kontaktflächen außenseitlich
umschließt,
– der den
Kontaktstift stoffschlüssig
mit der Kontaktöffnung
verbindet, und
– der
den Zwischenraum zwischen den aneinander gedrückten Kontaktflächen nach
außen
abschließt.
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Weiter
umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen vergussdichten Steckverbindung,
bei dem
- – die
Steckverbindung in ein Gehäuse
eingebracht wird,
- – das
Gehäuse
mit einer Vergussmasse ausgefüllt
wird, und
- – die
stoffschlüssige
Verbindung zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung ein
Eindringen von Vergussmasse in den Zwischenraum zwischen den Kontaktflächen verhindert.
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Weiter
umfasst die Erfindung ein Messgerät mit
- – einem
Innenraum, in dem mindestens zwei elektrische Komponenten angeordnet
sind, die über
mindestens eine erfindungsgemäße vergussdichte
Steckverbindung miteinander verbunden sind, und
- – einer
Vergussmasse, die den Innenraum ausfüllt und die Steckverbindung
umschließt.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiel
dargestellt sind, näher
erläutert;
gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Messgerät
mit zwei in einem vergossenen Gehäuse angeordneten elektrischen
Komponenten, die über
erfindungsgemäße Steckverbindungen
miteinander verbunden sind;
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2 zeigt
zeigt einen Schnitt durch eine vergussdichte Steckverbindung, bei
der die Kontaktflächen von
Kontaktstift und Kontaktöffnung über eine
elektrisch leitfähige
stoffschlüssige
Verbindung miteinander verbunden sind; und
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3 zeigt
zeigt einen Schnitt durch eine vergussdichte Steckverbindung, bei
der zwischen dem Kontaktstift und der Kontaktöffnung eine stoffschlüssige Verbindung
besteht, die die aufeinander gedrückten Kontaktflächen von
Kontaktstift und Kontaktöffnung
außenseitlich
umschließt.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines elektronischen Geräts, insb.
eines Messgeräts,
das ein Gehäuse 1 aufweist,
in dem zwei elektrische Komponenten 3 angeordnet sind.
Die elektrischen Komponenten 3 sind beispielsweise zwei
Leiterplatten 5 mit darauf angeordneten elektronischen
Schaltungen 7. Die beiden Schaltungen 7 der elektrischen
Komponenten 3 sind miteinander elektrisch leitend über mindestens eine
erfindungsgemäße vergussdichte
Steckverbindung 9 verbunden, und der Innenraum des Gehäuses 1 ist mit
einer Vergussmasse 11, z. B. einem Silikongel, aufgefüllt.
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Selbstverständlich ist
die erfindungsgemäße vergussdichte
Steckverbindung 9 nicht auf dieses Anwendungsbeispiel begrenzt.
Sie kann immer dann eingesetzt werden, wenn eine vergussdichte elektrische Verbindung
zwischen zwei Komponenten benötigt
wird. So können
beispielsweise auch zwei lose in einem Gehäuse verlegte Anschlussleitungen
oder Kabel miteinander mittels der erfindungsgemäßen Steckverbindung miteinander
vergussdicht verbunden werden.
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Die
erfindungsgemäße Steckverbindung 9 ist
nachfolgend anhand der in den 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Die
erfindungsgemäße vergussdichte
Steckverbindung 9 umfasst einen Stecker 13 und
Buchse 15. Der Stecker 13 weist einen leitfähigen Kontaktstift 17 auf
und die Buchse 15 weist eine leitfähige Kontaktöffnung 19 auf.
Die Erfindung ist in völlig
analoger Weise aber auch in Verbindung mit Steckern einsetzbar,
die mehrere Kontaktstifte aufweisen, die dann in entsprechend viele
Kontaktöffnungen
aufweisende Buchsen eingesteckt werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen
weisen der Stecker 13 und die Buchse 15 jeweils einen
Sockel 21, 23 auf, der auf der zugehörigen Leiterplatte 5 mechanisch
befestigt und dort elektrisch angeschlossen ist. In dem hier dargestellten
Anwendungsbeispiel bietet die vergussdichte Steckverbindung 9 den Vorteil,
dass sie neben der elektrisch leitenden Verbindung der beiden Komponenten 3 auch
eine mechanische Verbindung der beiden Komponenten 3 bewirkt,
da Stecker 13 und Buchse 15 jeweils über deren
Sockel 21, 23 mechanisch mit der Leiterplatte 5 verbunden
sind.
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Der
Stecker 13 ist in die Buchse 15 eingesteckt. Dabei übt die Kontaktöffnung 19 einen
Anpressdruck auf den Kontaktstift 17 aus. Der Anpressdruck
bewirkt, dass eine Kontaktfläche 25 der
Kontaktöffnung 19 gegen
eine Kontaktfläche 27 des
Kontaktstifts 17 gedrückt
wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Kontaktflächen 25, 27 durch
im wesentlichen zylindrische Mantelflächen von Kontaktstift 17 und
Kontaktöffnung 19 gebildet.
Entsprechend besteht zwischen dem Kontaktstift 13 und der
Kontaktöffnung 17 im
Bereich der Kontaktflächen 25, 27 eine
kraftschlüssige
Verbindung.
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Erfindungsgemäß ist zusätzlich zu
der kraftschlüssigen
Verbindung zwischen Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 eine
stoffschlüssige
Verbindung zwischen dem Kontaktstift 17 und der Kontaktöffnung 19 vorgesehen,
die einen Zwischenraum zwischen den aneinander gedrückten Kontaktflächen 25, 27 nach
außen abschließt. Hierdurch
wird bewirkt, dass keine Vergussmasse 11 in diesen Zwischenraum
eindringen kann. Die Steckverbindung 9 ist damit vergussdicht.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung wird diese stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Kontaktstift 17 und der Kontaktöffnung 19 durch
eine zwischen den Kontaktflächen 25, 27 bestehende
leitfähige Verbindung
gebildet ist. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer leitfähigen
stoffschlüssigen
Verbindung 29 zwischen den Kontaktflächen 25, 27.
Die leitfähige
stoffschlüssige
Verbindung 29 ist beispielsweise eine Lötverbindung oder eine mit einem
leitfähigen
Kleber ausgeführte
Klebung.
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Ist
die stoffschlüssige
Verbindung 29 eine Lötverbindung,
so werden vorzugsweise verzinnte Stecker 13 und/oder Buchsen 15 eingesetzt.
Dabei genügt
es, wenn mindestens eine der Kontaktflächen 25, 27 eine Verzinnung
aufweist. Die Verzinnung besteht vorzugsweise aus einer niedrig
schmelzenden Zinnverbindung, insb. einer Zinn-Wismut-Verbindung,
und bildet das Lot der Lötverbindung.
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Diese
Form der vergussdichten Steckverbindung wird vorzugsweise hergestellt,
in dem ein Flussmittel auf den verzinnten Kontaktstift 17 und/oder
die verzinnte Kontaktöffnung 19 aufgebracht
wird, die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 durch
ein Einstecken des Kontaktstifts 17 in die Kontaktöffnung 19 gebildet
wird, und die auf diese Weise gebildete Steckverbindung auf eine
Temperatur aufgeheizt wird, bei der die Verzinnung aufschmilzt und
eine Lötverbindung
zwischen den Kontaktflächen 25 und 27 von
Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 bildet.
Das Aufheizen auf die Löttemperatur
erfolgt beispielsweise in einem Lötofen. Dabei bietet die Verwendung
einer niedrig schmelzenden Verzinnung den Vorteil, dass die Löttemperatur
entsprechend niedrig ist, und dadurch bereits die bereits auf den
Leiterplatten 5 befindlichen Schaltungen 7, insb.
deren elektronische Bauteile, geschont werden.
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Ist
die stoffschlüssige
Verbindung 29 eine Klebung, so wird vorzugsweise ein eine
anisotrope Leitfähigkeit
aufweisender Kleber verwendet. Anisotrop leitende Kleber sind Kleber,
die nur in die Richtungen leitfähig
sind, in die sie während
des Klebvorganges durch einen darauf einwirkenden Druck zusammengepresst werden.
Hierzu können
beispielsweise mit einem leitfähigen
Füllgut,
wie z. B. Silber, versetzte Epoxidharzkleber eingesetzt werden.
Zu Verbesserung der Leitfähigkeit
dieser stoffschlüssigen
Verbindung werden bevorzugt Kontaktstifte 17 mit vergoldeten
Kontaktflächen 27 und/oder
Kontaktöffnungen 19 mit
vergoldeten Kontaktflächen 25 eingesetzt.
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Hergestellt
wird diese Variante der erfindungsgemäßen vergussdichten Steckverbindung
vorzugsweise, indem der anisotrop leitende Kleber auf die Kontaktfläche 27 des
Kontaktstifts 17 und/oder die Kontaktfläche 25 der Kontaktöffnung 19 aufgebracht
wird, und die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 durch
das Einstecken des Kontaktstifts 17 in die Kontaktöffnung 19 gebildet
wird.
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Der
von der Kontaktöffnung 19 auf
den Kontaktstift 17 ausgeübte Anpressdruck wirkt auf
den zwischen den Kontaktflächen 25, 27 befindlichen
anisotrop leitenden Kleber und bewirkt, dass sich ausschließlich zwischen
den beiden Kontaktflächen 25, 27 eine
leitfähige
Verbindung ausbildet. In alle anderen Richtungen leitet der Kleber
nicht. Dies ist insb. dann von Vorteil, wenn mehrere Kontaktstifte
und die zugehörigen
Kontaktöffnungen
eng benachbart zueinander angeordnet sind. Hierdurch werden Kurzschlüsse und
unerwünschte Kriechströme zu benachbarten
Kontaktstiften, Kontaktöffnungen
oder anderen Elementen ausgeschlossen.
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Anschließend wird
der Leitkleber ausgehärtet
und dadurch die stoffschlüssige
leitfähige
Verbindung 29 zwischen den Kontaktflächen 25, 27 bewirkt.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung wird die stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Kontaktstift 17 und der Kontaktöffnung 23 durch
eine stoffschlüssige
Verbindung 31 gebildet, die den Zwischenraum zwischen den
aufeinander gedrückten
Kontaktflächen 25 und 27 außenseitlich
umschließt
und nach außen
abschließt.
Ein Ausführungsbeispiel
einer solchen stoffschlüssigen
Verbindung 31 ist in 3 dargestellt.
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Die
stoffschlüssige
Verbindung 31 ist vorzugsweise durch einen Flussmittelvorhof
gebildet, der die Kontaktflächen 25, 27 außenseitlich
umschließt
und den Kontaktstift 17 stoffschlüssig mit der Kontaktöffnung 19 verbindet.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift 17 und
der Kontaktöffnung 19 erfolgt
hier über
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 durch
die die Kontaktflächen 25 und 27 aufeinander
gedrückt
sind. Auch hier wird zur Verbesserung der elektrischen Verbindung
vorzugsweise ein Stecker 17 mit einer vergoldeten Kontaktfläche 27 und/oder
eine Kontaktöffnung 19 mit
einer vergoldeten Kontaktfläche 25 eingesetzt.
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Hergestellt
wird diese Variante der vergussdichten Steckverbindung vorzugsweise
indem Flussmittel auf den leitfähigen
Kontaktstift 17 und/oder die leitfähige Kontaktöffnung 19 aufgebracht
wird, und die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 durch
Einstecken des Kontaktstifts 17 in die Kontaktöffnung 19 gebildet
wird. Die auf diese Weise gebildete Steckverbindung wird nun auf
eine Temperatur aufgeheizt wird, bei der das Flussmittel durch den
Anpressdruck aus dem Zwischenraum zwischen den Kontaktflächen 25, 27 von
Kontaktstift 17 und Kontaktöffnung 19 heraus gepresst
wird, und sich außenseitlich um
die aufeinander gedrückten
Kontaktflächen 25, 27 herum
ansammelt. Abschließend
kühlt die
Steckverbindung wieder ab. Beim Abkühlen bildet das Flussmittel
einen Flussmittelvorhof, der die aufeinander gedrückten Kontaktflächen 25, 27 außenseitlich
umschließt
und den Kontaktstift 17 stoffschlüssig mit der Kontaktöffnung 19 verbindet.
Der Flussmittelvorhof bildet die stoffschlüssige Verbindung 31 die
den Zwischenraum zwischen den aneinander gedrückten Kontaktflächen 25, 27 nach
außen
abschließt.
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Die
beschriebenen vergussdichten Steckverbindungen werden vorzugsweise
derart verwendet, das sie in ein Gehäuse
1 eingebracht
werden, das dann anschließend
mit einer Vergussmasse
11 ausgefüllt wird. Dabei verhindert
die stoffschlüssige
Verbindung
29 bzw.
31 zwischen dem Kontaktstift
17 und
der Kontaktöffnung
19 ein
Eindringen von Vergussmasse
11 in den Zwischenraum zwischen
den aufeinander gedrückten Kontaktflächen
25,
27.
| 1 | Gehäuse |
| 3 | elektrische
Komponenten |
| 5 | Leiterplatte |
| 7 | Schaltung |
| 9 | vergussdichte
Steckverbindung |
| 11 | Vergussmasse |
| 13 | Stecker |
| 15 | Buchse |
| 17 | Kontaktstift |
| 19 | Kontaktöffnung |
| 21 | Sockel |
| 23 | Sockel |
| 25 | Kontaktfläche der
Kontaktöffnung |
| 27 | Kontaktfläche des
Kontaktstifts |
| 29 | stoffschlüssige Verbindung |
| 31 | stoffschlüssige Verbindung |