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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung für eine Platine mittels der ein lösbarer Stecker in eine entsprechende, mit der Platine verbundene Buchse gesteckt werden kann. Vorzugsweise verläuft die Steckerachse dabei parallel zur Platinenebene.
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Es ist wünschenswert, derartige Steckverbindungen elektromagnetisch verträglich zu gestalten (EMV), um einen möglichst störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Dazu müssen die elektrischen Baugruppen geschirmt werden. Dabei handelt es sich um einen möglichst geschlossenen niederohmigen Käfig, welcher die Baugruppe hermetisch einschließt. Dies ist besonders wichtig bei hochfrequenten Signalübertragungen, da diese über ein breites Abstrahlspektrum verfügen. Eine Schwierigkeit dabei stellen Kabelverbindungen und deren Steckbarkeit dar. Dabei kommen unter anderem geschirmte elektrische Rundsteckerverbindungen zum Einsatz, die einen oder mehrere Kontakte aufweisen, welche in einem Isolationskörper im Steckergehäuse integriert sind. Diese Kontakte kontaktieren an ihrem einen Ende die entsprechenden Gegenstücke im Kabelstecker. Das andere Ende befindet sich innerhalb eines geschirmten Komponentengehäuses. Dort können diese Kontakte über mehradrige Kabel oder direkt mit der Platine über Durchgangsbohrungen kontaktiert werden.
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Es ist oft nicht möglich, ein eigenes Schirmgehäuse für elektronische Komponenten vorzusehen. Es wäre wünschenswert, die Steckverbindung direkt auf der Platine zu platzieren und den Schirm möglichst ”dicht” auf die Platine zu kontaktieren. Dies ist jedoch vor allem dann schwierig, wenn man einen Rundstecker ”horizontal”, d. h. parallel zur Ebene der Platine, anordnen will. Die zunehmende Miniaturisierung der Stecker stellt eine weitere zusätzliche Herausforderung an das Schirmgehäuse dar.
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Im Stand der Technik ist eine gängige Lösung der Einsatz eines 90°-Winkels, der eine Bohrung zur Aufnahme einer Buchse aufweist. Dadurch kann die Buchse im 90°-Winkel zur Platine montiert und das schirmende Buchsengehäuse leitend mit der Platine kontaktiert werden. Die Signalkontakte werden mit Drähten oder Litzen mit der Platine mittels Durchkontaktierung verbunden. Diese Art der Kontaktierung der Signalkontakte ist jedoch manuell aufwändig. Ferner ist die Anordnung empfindlich, weil die Drähte frei liegen, so dass eine SMT-Kontaktierung (Surface-Mount) der Signalkontakte nur schlecht möglich ist. Zusätzlich weisen die Drähte eine signifikante ungeschirmte Länge zwischen Stecker und Platine auf, was bei höheren Signalbandbreiten hinsichtlich EMV nicht akzeptabel ist. Daher müssen derartige Anordnungen mit einem zusätzlichen Schirmgehäuse bestückt werden, was zusätzlichen manuellen Aufwand erfordert.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Steckverbindung bereit zu stellen, die elektromagnetische Verträglichkeit aufweist und insbesondere bei horizontaler Steckerführung eine sichere Verbindung ermöglicht. Ferner soll die Steckverbindung einfach herzustellen und zu montieren sein.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Insbesondere umfasst die Erfindung
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- – eine Steckerbuchse, die eingangsseitig elektrische Kontakte zur lösbaren Kontaktierung eines elektrischen Steckers und ausgangsseitig Kontaktstifte aufweist;
- – einen elektrisch abgeschirmten Haltewinkel, der Mittel zur Anbringung der Steckerbuchse sowie einen Auflagebereich zur Abstützung auf der Platine aufweist;
- – eine am Haltewinkel der Steckerbuchse gegenüberliegend anbringbare Kontaktierungsplatine, die Löcher für die Kontaktstifte sowie auf der der Steckerbuchse zugewandten Seite von den Löchern in Richtung zur Platine führende Leiterbahnen aufweist, wobei die Kontaktierungsplatine auf ihrer den Leiterbahnen gegenüberliegenden Außenseite mit einer Metallisierung versehen ist und entlang ihres Randes mit dem Haltewinkel elektrisch abschirmend verbindbar ist.
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Diese Ausbildung ermöglicht eine einfach zu montierende und zugleich elektromagnetisch abgeschirmte Anbindung des Steckers an die Platine. Es kann eine Standardsteckerbuchse eingesetzt werden, die mittels dem angepassten Haltewinkel und der Kontaktierungsplatine zu einer baulich kompakten und gesicherten Einheit verbindbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kontaktierungsplatine entlang ihres Randes mit dem Haltewinkel verlötbar. Dies ermöglicht eine im Betrieb sichere und elektromagnetisch zuverlässig abgeschirmte Verbindung zwischen der Kontaktierungsplatine und dem Haltewinkel.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Kontaktierungsplatine im Kontaktbereich zur Platine zu jeder Leiterbahn eine bogenartige, von einer Leiterbahn zwecks Lötverbindung umschlossene Ausnehmung auf. Damit lässt sich auf einfache Weise eine Lötverbindung mit einer unterhalb der Ausnehmung auf der Platine vorgesehenen Leiterbahn herstellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der Haltewinkel aus Metall. Dies sichert eine zuverlässige elektromagnetische Abschirmung und zugleich eine steife Befestigung der Steckerbuchse an der Platine. Alternativ kann der Haltewinkel auch aus metallisiertem Kunststoff gefertigt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steckerbuchse eine Rundsteckerbuchse. Alternativ sind andere Typen an Steckerbuchsen, insbesondere Flachstecker, verwendbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Löcher als Durchgangsbohrungen ausgebildet. In diesem Fall stehen die Enden der Kontaktstifte über die Kontaktierungsplatine heraus und stellen Kontaktflächen für Signale dar. Alternativ können die Löcher auch als Sacklöcher ausgebildet sein, so dass die Außenfläche der Kontaktierungsplatine durchgehend metallisiert sein kann und eine vollständige Abschirmung gewährleistet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Haltewinkel platinenseitig mindestens eine Innengewindebohrung zur Befestigung an der Platine mittels einer Schraube. Damit lässt sich eine lösbare und zugleich belastbare Verbindung zwischen Haltewinkel und Platine erreichen. Vorzugsweise wird die Verbindung mittels zwei Schrauben ausgeführt. Alternativ können der Haltewinkel und die Platine jeweils mit Flächen zum gegenseitigen Verlöten und damit unlösbaren Verbinden versehen sein.
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Ein Verfahren zur Montage der vorbeschriebenen Steckverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – die Steckerbuchse am Haltewinkel befestigt wird;
- – die Kontaktstifte der Steckerbuchse in die Löcher der Kontaktierungsplatine gesteckt und mit den umgebenden Leiterbahnen verlötet werden;
- – die Kontaktierungsplatine an dem Haltewinkel befestigt wird;
- – die Steckverbindung auf die Platine aufgesetzt und mit dieser verlötet wird.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine schnelle und einfache Anbringung der Steckerbuchse an der Platine.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kontaktierungsplatine mit dem Haltewinkel verlötet, um eine zuverlässige Verbindung zu erzielen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1: eine Explosionsdarstellung einer Steckverbindung;
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2: eine Ansicht der Steckverbindung im montierten Zustand von schräg oben;
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3: die Steckverbindung gemäß 2 in einer Ansicht von schräg unten;
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4: eine perspektivische Ansicht von Haltewinkel und Rundsteckerbuchse;
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5: die Kontaktierungsplatine in 3 Ansichten;
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6: eine perspektivische Ansicht von Haltewinkel und Kontaktierungsplatine;
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7: eine Leiterbahnanordnung auf einer Platine zur Anbringung der Steckverbindung.
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In den 1 bis 5 ist die Steckverbindung 10 bzw. ein Verfahren zur Montage desselben dargestellt, die im Wesentlichen aus einer Steckerbuchse 12, einem Haltewinkel 14 und einer Kontaktierungsplatine 16 besteht. Die Steckerbuchse 12 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Rundsteckerbuchse, die auf der in 4 gezeigten Seite Kontaktöffnungen 17 zur Aufnahme von Kontaktstiften 18 eines einsteckbaren Steckers 20 aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Kontaktstifte 18 vorgesehen, es können natürlich auch mehr oder weniger Kontaktstifte vorgesehen sein. Auf der gegenüberliegenden, in 1 gezeigten, Seite weist die Steckerbuchse 12 Kontaktstifte 22 auf, die mit den nicht gezeigten Aufnahmen kontaktieren bzw. bei eingestecktem Stecker 20 mit dessen Kontaktstiften 18.
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Die mit einer Schirmung versehene Steckerbuchse 12 wird in eine angepasste Öffnung 24 im Haltewinkel 14 eingepasst und dann entlang des Umfangs verlötet.
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In den 5 und 6 ist die Kontaktierungsplatine 16 detailliert dargestellt, die hinsichtlich ihrer Außenkontur an die Außenkontur des Haltewinkels 14 angepasst ist, also bei Verwendung einer Rundsteckerbuchse einen halbrunden oberen Rand 26 aufweist, der zum entsprechend geformten Rand 28 des Haltewinkels 14 passt, um eine fugenlose Verbindung zwischen dem Haltewinkel 14 und der Kontaktierungsplatine 16 zu bewirken, die später durch Verlötung 32 (2 und 3) unlösbar und elektromagnetisch abgeschirmt verbunden wird.
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Die Kontaktierungsplatine 16 hat Löcher 30, die in Zahl und Anordnung den Kontaktstiften 22 entsprechen und die beim Zusammenführen der Kontaktierungsplatine 16 und des Haltewinkels 14 diese umschließen. Vorzugsweise sind die Löcher 30 als Durchgangsbohrungen ausgebildet, so dass im montierten Zustand die Kontaktstifte 22 durch die Löcher 30 hindurchragen, wie in den 2 und 3 dargestellt. Die Löcher 30 können alternativ auch als Sacklöcher ausgebildet sein, wenn die Kontaktstifte 22 entsprechend kurz ausgeführt sind. Der Haltewinkel 14 weist eine Auflagefläche 31 auf, mittels der dieser auf der Platine 40 sitzt.
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Die Innenseite der Kontaktierungsplatine 16, d. h. die der Steckerbuchse 12 zugewandte Seite weist – wie in 5 rechts dargestellt ist – Leiterbahnen 34 auf, deren jeweils erste Enden die Löcher 30 umschließen, um eine Lötverbindung zu den durch diese gesteckten Kontaktstiften 22 zu ermöglichen. Die jeweils zweiten Enden der Leiterbahnen 34 umschließen bogenförmige, vorzugsweise halbrunde Ausnehmungen 36, deren Wandungen als bogenförmige Kontaktflächen 37 ausgebildet sind, welche mit den Leiterbahnen 34 verbunden sind. Die Kontaktflächen 37 der Ausnehmungen 36 werden vorzugsweise durch hohle Durchkontaktierungen (Vias) in der Leiterbahn gebildet, welche beim anschließenden Beschneidungsprozess der Platine halbiert werden (halbe Vias). Dadurch entsteht für das Verlöten ein Hohlraum, welcher durch Kapillarwirkung Lötzinn einzieht und dadurch einen besonders guten Kontakt ergibt. Im Gegensatz zur Kontaktierung mittels Durchgangsbohrungen (through holes) entfällt dadurch ein manueller Lötprozess. Die schraffierten Flächen der Kontaktierungsplatine 16 in 5 zeigen die Schirmlage 39, welche z. B. durch Metallisierung hergestellt wurden. Die Leiterbahnen 34 sind in der dargestellten Ausführungsform auf der der Steckerbuchse 12 zugewandten Innenseite der Kontaktierungsplatine 16 angeordnet. Alternativ ist es auch möglich, diese bei einer im Schichtaufbau hergestellten Kontaktierungsplatine 16 auf einer Innenlage anzuordnen.
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7 zeigt eine Leiterbahnanordnung 38 auf einer Platine 40 (2 oder 3) zur Anbringung der vorbeschriebenen Steckverbindung 10. Diese besteht aus einem U-förmigen Leiterbahnbereich 42 sowie einer Anzahl an Signalkontakten 44, die auf nicht dargestellte Weise auf der Platine 40 weiter elektrisch leitend verbunden sind. Ferner sind zwei Bohrungen 46 vorgesehen, die mit nicht dargestellten Innengewinden im Haltewinkel 14 fluchten und über die mittels Schrauben 48 (1 und 3) die Steckverbindung 10 an der Platine 40 fixierbar ist. Um die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Signalkontakten 44 und den Leiterbahnen 34 zu erreichen, werden diese miteinander an den Ausnehmungen 36 verlötet.
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Zur Montage wird zunächst die Steckerbuchse 12 in der korrespondierenden Bohrung des Haltewinkels 14 elektrisch leitend montiert. Hierbei kann eine Presspassung, eine Verschraubung, beispielsweise mittels Überwurfmutter oder eine stoffschlüssige Verbindung wie Verlöten angewandt werden. In einem zweiten Schritt wird die Kontaktierungsplatine 16 montiert. Diese wird, wie in 6 dargestellt, von der anderen Seite des Haltewinkels 14 aufgesteckt. Die Kontaktstifte 22 der Steckerbuchse 12 greifen dabei durch entsprechende Löcher 30 der Kontaktierungsplatine 16. Nach Einsetzen der Kontaktierungsplatine 16 in den Haltewinkel 14 werden die Kontaktstifte 22 mit den korrespondierenden Löchern 30 durch Löten verbunden. Anschließend wird die Schirmlage der Kontaktierungsplatine 16 mit dem Haltewinkel 14 ebenfalls durch Löten verbunden. Die freien Längen der herausstehenden Kontaktstifte 22 können gekürzt werden. Die Lötvorgänge können durch Handlöten, IR-Löten oder in der Dampfphase erfolgen.
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Beim Bestücken der Steckverbindung 10 auf der Platine 40 ist eine bevorzugte Variante der Lötverbindung der Auftrag von Lötpaste auf die Kontaktflächen und die anschließende Verlötung in der Dampfphase. Dabei wird der schirmende U-förmige Leiterbahnbereich 42 mit der Schirmfläche der Kontaktierungsplatine 16 elektrisch leitend verbunden genauso wie die Signalkontakte 44 mit den Kontaktflächen 37.
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Die Erfindung ermöglicht ein maschinelles Bestücken der Platine 40 mit Steckverbindungen 10, wobei die Signalleitungen geschirmt und dieser Schirm vorteilhaft auf der Platine 40 kontaktiert ist. Dabei wird das geschirmte Gehäuse durch den Haltewinkel 14 und die Schirmlage der Kontaktierungsplatine 16 gebildet, welche zusätzlich die Signalkontakte zur Platine 40 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steckverbindung
- 12
- Steckerbuchse
- 14
- Haltewinkel
- 16
- Kontaktierungsplatine
- 17
- Kontaktöffnungen
- 18
- Kontaktstifte
- 20
- Stecker
- 22
- Kontaktstifte
- 24
- Öffnung
- 26
- Rand der Kontaktierungsplatine
- 28
- Rand des Haltewinkels
- 30
- Löcher
- 31
- Auflagefläche
- 32
- Verlötung
- 34
- Leiterbahnen
- 36
- Ausnehmungen
- 37
- Kontaktflächen
- 38
- Leiterbahnanordnung
- 39
- Schirmfläche/Metallisierung
- 40
- Platine
- 42
- U-förmiger Leiterbahnbereich
- 44
- Signalkontakte
- 46
- Bohrungen
- 48
- Schrauben