DE102009046870B4

DE102009046870B4 - Elektronisches Schaltgerät mit Anschlusskabel

Info

Publication number: DE102009046870B4
Application number: DE102009046870.6A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Preisegger
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: DE102009046870A1

Abstract

Bei einem elektronischen Schaltgerät wird ein zusätzliches Leiterplattenelement zwischen dem Anschlusskabel und der Elektronikeinheit eingefügt. Die Litzen des Anschlusskabels werden in einem Arbeitsgang sowohl mit der Elektronikeinheit als auch mit dem Leiterplattenelement verlötet. Anschließend wird das Gerät mit einem Gehäuse aus Kunststoffmaterial umspritzt. Dadurch wird die Montage wesentlich vereinfacht und die Zugentlastung verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltgerät mit Anschlusskabel gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Elektronische Schaltgeräte arbeiten vorzugsweise berührungslos und werden vor allem in der Automatisierungstechnik in großen Stückzahlen eingesetzt. Sie bestehen aus einem von außen beeinflussbaren Sensor und einer elektronischen Auswerteschaltung. Die Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Sensors durch einen Auslöser wird auswertet und bei Überschreiten eines Schwellwerts eine vorzugsweise elektronische Schaltstufe angesteuert. Solche berührungslos arbeitende elektronische Schaltgeräte werden in den verschiedensten Ausführungen, beispielsweise als optische, induktive oder kapazitive Schaltgeräte unter anderem auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben. In der überwiegenden Mehrzahl der Anwendungsfälle werden sie über Stecker oder Kabel mit der zu steuernden Last bzw. einer übergeordneten Auswerteinheit verbunden. Da sie als Massenprodukt Verwendung finden, ist ihre effiziente Herstellung von großer Bedeutung. Bei den sogenannten Kabelgeräten spielen sowohl eine betriebssichere Kontaktierung als auch die wirksame Zugentlastung des Anschlusskabels eine wichtige Rolle. In der DE 103 50 724 A1 ist eine Kabelanschlusseinheit gezeigt, bei dem die Litzen des Anschlusskabels über eine aus einem separaten Leiterplattenelement bestehende Verschaltplatine mit den Anschlussdrähten der Elektronikeinheit verlötet werden. Zur Abdichtung werden die Lötpunkte und die Anschlussdrähte vollständig mit einer Dichtungsmasse, vorzugsweise mit einer Epoxydharzmasse, vergossen. Nachteilig ist u. a. die Lötverbindung zwischen dem separaten Leiterplattenelement und der Verschaltplatine, die einen separaten, nur schwer zu automatisierenden zusätzlichen Arbeitsgang erfordert. Die DE 43 24 917 A1 zeigt ein elektrisches Kontaktelement zur Verbindung eines Kabels mit einer Leiterplatte. Die Anordnung ist für höhere Strombelastungen im Niederfrequenzbereich geeignet. Ein Leiterdraht-Anschlussteil mit einem Kontaktteil ist als einstückiges Blechstanzteil ausgebildet. Nachteilig ist der Herstellungsaufwand für das kompliziert geformten Blechstanzteil, sowie die Leiterplattenausnehmungen mit lötfähigen Rändern. Die DE 695 13 509 T2 zeigt eine Vielzahl von besonders für Koaxialkabel geeigneter Verbindungen. Die Kontaktierung erfolgt ausnahmslos durch ein Blechformteil mit elastischen Einpresskontakten und einer klemmenden Zugentlastungsschelle für den Kabelmantel. Die Anordnungen werden als zu aufwändig angesehen. Die US 2004/0057220 A1 zeigt die Verbindung eines Koaxialkabels mit Innen- und Außenleiter mit einer mehrlagigen Leiterplatte. Zur Abschirmung, aber auch zur Zugentlastung dient ein Deckel oder eine Hohlzylinder (conductor case), der mit der Leiterplatte verlötet wird. Der Innenleiter kann stirnseitig auch mit inneren Leiterbahnen verlötet werden. Die Anordnung wird für Niederfrequenzleitungen als unzweckmäßig und zu als aufwändig angesehen. Die DE 297 12 306 U1 zeigt eine besonders für Koaxialkabel geeignete Verbindung. Die Kontaktierung erfolgt durch ein Blechformteil mit elastischen Einpresskontakten in Nadelöhrtechnik und einer Zugentlastungsschelle für den Kabelmantel, die vorzugweise auch aus Metall besteht. Die Anordnung wird als zu aufwändig angesehen. Die US 2004/0171301 A1 zeigt eine Leiterplatte mit einer Steckverbindung für ein Koaxialkabel. Der Kabelmantel wird in einem Formteil mit einer Metallhülse kontaktiert und fixiert. Das Formteil wird durch einen Zapfen und eine Bohrung in der Leiterplatte fixiert. Die Seele des Kabels und auch das Formteil können mit der Leiterplatte verlötet werden. Die Anordnung ist für ein mehrpoliges Kabel wenig geeignet und zu aufwändig. Die US 2006/0022775 A1 zeigt ein mit einer Leiterplatte verbundenes Koaxialkabel. Der Innenleiter ist direkt mit einer Leiterbahn verlötet. Zur Abschirmung und wohl auch zur Zugentlastung ist ein zusätzliches Formteil vorgesehen. Diese Anordnung ist für eine mehrpolige Niederfrequenzleitung zu aufwändig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektronisches Schaltgerät mit Anschlusskabel zu schaffen, das eine einfache Zugentlastung aufweist, das einfach und kostengünstig zu montieren ist und das insbesondere wenig Lötvorgänge benötigt.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Litzen des Anschlusskabels auch als Verbindungsleitungen zwischen einem Leiterplattenelement und der Leiterplatte auf der die Elektronikeinheit vorgesehen ist, zu nutzen. Dadurch wird die Montage des Gerätes erleichtert und ein Lötvorgang eingespart. Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
1 optisches Schaltgerät in zwei Ansichten seitlich und von vorn,
2 Leiterplattenelement mit lötfähig metallisierten Bohrungen in vergrößerter Darstellung,
3 Teilbereich einer Leiterplatte ohne Elektronikeinheit mit Anschlusskabel im Schnitt vor dem Lötvorgang,
4 entspricht 3 jedoch nach dem Lötvorgang,
5 entspricht 4 mit einem zusätzlich angespritzten Gehäuseteil.
Die 1 zeigt ein elektronisches Schaltgerät der Anmelderin mit einem Gehäuse 1 und einem Anschlusskabel 3. Im Inneren der Gehäuses 1 ist eine Elektronikeinheit mit Leiterplatte 2 vorgesehen. Das Anschlusskabel 3 ist mit der Leiterplatte 2 verbunden. Die Gewindehülsen 10 dienen zur Befestigung.
Die 2 zeigt ein für die Verbindung des Anschlusskabels 3 mit der Leiterplatte 2 benötigtes Leiterplattenelement 4 mit lötfähig metallisierten Bohrungen 7 in zwei Ansichten. Die Abstände und Durchmesser der Bohrungen 7 sind so gewählt, dass eine Leiterplatte 2 während des Lötvorganges von den durch die lötfähigen Bohrungen 7 geführten Litzen 5 des Anschlusskabels 3 gehalten werden kann.
Die 3 zeigt einen Teilbereich der Leiterplatte 2 ohne Elektronikeinheit mit Anschlusskabel 3 vor dem Lötvorgang. Auf die abisolierten Litzen 5 des Anschlusskabels 3 ist das Leiterplattenelement 4 aufgesteckt. Es wird durch Klemmwirkung von den abisolierten Litzen 5 gehalten. Die Leiterplatte 2, die auf beiden Seiten mit Lötpunkten 6 versehen ist, wird zwischen die Enden der Litzen 5 geschoben. Damit ist das Leiterplattenelement 4 relativ zur Leiterplatte 2 fixiert. So ist das Anschlusskabel 3 raumsparend angeordnet. Am Ende des Anschlusskabels 3 ist eine Crimphülse 8 vorgesehen. Das ist besonders bei Miniaturgeräten wie dem gezeigten optoelektronischen Schaltgerät von Vorteil. Die wegen ihrer geringen Abmessungen schwer zu handhabenden Elektronikeinheit auf der Leiterplatte 2 kann für den Lötvorgang zwischen die durch das Leiterplattenelement 4 geführten Litzen 5 geklemmt werden. Die Leiterplatte 2 kann auch aus einem Keramikträger oder einem flexiblen Leiterfilm bestehen. Beim Löten der Litzen 5 wird nicht nur die Kontaktierung auf der Leiterplatte 2 vorgenommen, sondern auch eine stabile Verbindung mit dem Leiterplattenelement 4 hergestellt. Dadurch wird nicht nur ein Arbeitsgang eingespart, sondern die Gerätemontage wesentlich erleichtert. Ein weiterer Vorteil ist die Aufteilung der Zugkräfte auf den Kabelmantel und über die Litzen auch auf das in das Gehäuse 1 eingebettete Leiterplattenelement 4, so dass neben der besseren Abdichtung auch die Zugentlastung des Anschlusskabels 3 gewährleistet ist.
Die 4 zeigt die in der 3 dargestellte Anordnung nach dem Lötvorgang, insbesondere die Lötstelle 9. Der Lötspalt an der Lötstelle 9 ist zur besseren Erkennbarkeit nicht maßstäblich, sondern wie in 3 und 5 auch etwas vergrößert dargestellt. Das Leiterplattenelement 4 muss nicht wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, senkrecht zur Elektronikeinheit auf der Leiterplatte 2 stehen, sondern kann eine beliebige Raumlage einnehmen. Die 5 zeigt die in der 4 dargestellte Anordnung mit einer Umspritzung, die Teil des Gehäuses 1 ist. Die Crimphülse 8 ist vollständig vom Gehäusematerial umschlossen.
Das Gehäuse 1 muss nicht zwingend durch Umspritzen hergestellt werden. Es kann auch ein vorgefertigtes Bauteil verwendet werden, an dem das Leiterplattenelement 4 in beliebiger Weise form- oder kraftschlüssig befestigt wird.
Nachfolgend ist das Herstellungsverfahren angegeben. Zunächst werden die abisolierten Litzen 5 durch die lötfähig metallisierten Bohrungen 7 des Leiterplattenelementes 4 geführt. Im nächsten Schritt wird die beidseitig mit Lötpunkten 6 versehene Elektronikeinheit auf der Leiterplatte 2 zwischen die freien Enden der Litzen 5 gesteckt. Nun werden die Litzen 5 jeweils in einem einzigen Arbeitsschritt mit der Elektronikeinheit auf der Leiterplatte 2 und dem Leiterplattenelement 4 verlötet. Zur zusätzlichen Zugentlastung wurde das Ende des Kabelmantels mit einer Crimphülse 8 versehen. Dieser Schritt ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Danach wird das Kabelende mit einem Haftmittel behandelt, um die Haftung mit dem im nächsten Schritt angespritzten Polymermantel zu verbessern. Anschließend wird das funktionsfähige Schaltgerät einschließlich Kabelende bis auf die optischen Flächen mit einem Polyamid, beispielsweise einem weichen Schmelzkleber wie Makromelt 6208 umhüllt, und in einem weiteren Schritt ein Gehäuse aus einem härteren Polyamid wie ABS 5023 angespritzt.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Leiterplatte
3: Anschlusskabel
4: Leiterplattenelement
5: Litzen abisoliert
6: Lötpunkt
7: Lötfähig metallisierte Bohrung
8: Crimphülse
9: Lötstelle
10: Gewindehülse

Claims

Elektronisches Schaltgerät mit einem Gehäuse (1) in dem eine Elektronikeinheit auf einer Leiterplatte (2) angeordnet ist und die Leiterplatte (2) mit einem Anschlusskabel (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Litzenenden (5) des Anschlusskabels (3) durch ein zusätzliches Leiterplattenelement (4) mit lötfähig metallisierten Bohrungen geführt und mit den lötfähig metallisierten Bohrungen verlötet sind.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterplattenelement (4) senkrecht zur Elektronikeinheit auf der Leiterplatte (2) angeordnet ist.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit auf der Leiterplatte (2) beidseitig Lötpunkte (6) für das Anschlusskabel (3) aufweist.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit auf der Leiterplatte (2) vom Gehäuse (1) umspritzt ist.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (3) vom Gehäuse (1) umspritzt ist.
Elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusskabel (3) eine Crimphülse (8) aufweist.
Herstellungsverfahren für eine Verbindung zwischen einem Anschlusskabel (3) und einer Leiterplatte (2), insbesondere für ein elektronisches Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Litzen des Anschlusskabels (3) abisoliert werden, in einem zweiten Schritt die abisolierten Litzen (5) durch die lötfähig metallisierten Bohrungen (7) des Leiterplattenelementes (4) geführt werden und in einem dritten Schritt gleichzeitig mit dem Leiterplattenelement (4) und Leiterplatte (2) verlötet werden.