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Vorrichtung zum Anschließen von elektronische
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Bauelemente auf Steckkarten enthaltenden Steuer-und/oder Regelschaltungen.
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I)ie Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anschließen von
elektronische Bauelemente auf Steckkarten enthaltenden Steuer- und/oder Regelschaltungen
untereinander und mit zur Prozeßperipherie verlaufenden elektrischen Leitungen,
wobei die Steckverbinder für die Steckkarten an einer rückseitig angeordneten Leiterplatte
befestigt sind.
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Bekannt ist eine Mehrlagenverbindunsplatte, die mehrere Löcher aufweisende
Metallplatten und eine mit durchkontaktierten Löchern versehene Leiterplatte enthält.
Auf der Mehrlagenverbindungsplatte ist ein Steckverbinder angeordet, dessen Kontakte
in ein Gehäuse eingesetzt sind. Die Kontakte bestehen jeweils aus einem Federteil,
einen sich an das Federteil anschließenden Mittelteil, einem vom Mittelteil ausgehenden
Basisteil und einem von diesem vorspringenden Stift. Die fl'sisteile der Kontakte
sind in durchkontaktierte Bohrungen der Leiterplatte eingefügt, die das Steckverbindergehxiuse
trägt Verbindungen zwischen den Stiften und den Wänden der Rohrlllgen der Metallplatten
werden durch auf die Stifte aufgeschobene Muffen hergestellt, die die Wände der
Bohrungen berjihien.
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(DT-OS 24 53 843).
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Es ist auch bereits ein Steckverbinder vorgeschlagen worden, bei dem
eine Verbindung der Kontakte und der Bohrungen sowohl im Leiterplatten als auch
in Metallplatten ohne Muffen möglich ist. Bei diesem Steckverbinder ist das Basisteil
als Einprtßzone ausgebildet, die in die Löcher der Metallplatte und der Leiterplatte
im Preßsitz eingefügt ist. Die Länge des Basisteils des Steckverbinders ist dabei
der Starke einer oder mehrerer, gegebenenfalls durch Isolierlagen voneinander getrennter
Metallplatten sowie der Stärke der gegebenenfalls durch Isolierlagen voneinander
getrennten Leiterplatten angepaßt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der
eingangs erwähnten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß sie bei einfachem Aufbau
flexibel an Steuer- und/oder Regelschaltungen unterschiedlicher Art und Größe mit
wenig Aufwand angepaßt werden kann und einen sehr einfachen und leichten Anschluß
der Leitungen zuläßt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgem,'iß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs
1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Anschlußelemente werden über die Einpreßzonen
zugleich elektrisch mit den Leiterbahnen verbunden und mechanisch an der Leiterplatte
befestigt. Zusätzliche efestigungsmittel, wie z.B.
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Schrauben oder Muttern, sind nicht notwendig. Die Einpreßung läßt
sich mit geringem Aufwand durchführen.
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Die in die Bohrungen der Metall- und Leiterplatte eingepreßten Stifte
bewirken eine korrosionsdichte und vibrationsfeste Verbindung. Drahtleitungen können
leicht und schnell an die Leiterbahllen der Leiterplatte und die Metallplatte angeschlossen
werden. Nachträgliche Veränderungen der Leitungsführung sind ohne Schwierigkeitniöglich.
Die peripheren Leitungen enden unmittelbar an den Anschlußelementen und lassen sich
mit wenigen llandgriffen befestigen. Die Anordnung bietet die Möglichkeit, zahlreiclle
zusätzliche Verbindungsleitungen, falls erforderlich, zu verlegen. So können auch
Leitungen von Stiften der Steckverbinder zu Stiften anderer Steckverbinder gezogen
werden.
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Vorzugsweise geht die Einpreßzone in eine für den Anschluß von Drähten
in Drahtwickeltechnik oder Klammertechnik ausgebildete Zone über. Hierdurch steht
eine weitere Möglichkeit zum Verbinden der Schraubklemme mit anderen Teilen eines
Steuerungs- oder Informationssystems zur Verfiigung. Beispielsweise können die Zonen
für Drahtwickeltechnik oder Klammertechnili mittels entsprechender Leitungen an
Stifte von Steckverbindern angeschlossen werden, die an der Mehrlagenverbindungsplatte
befestigt sind und zur Aufnahme von Leiterplatten mit elekLr<>-nischen Bauteilen
bestimmt sind Dadurch ist es möglich, Leitungen von Stiften der Steckverbinder direkt
zu den Stiften der Anschlußelemente zu verlegen. Die Plexibilität der Vorrichtung
für den Einsatz bei verschiedenartigen Anforderungen der Steuerung wird dadurch
erhöht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß tlie Anschlußelemente
nahe an einem oder an beiden seitlichen Plattenrändern angeordnet sind und daß von
den Bohrungen d<r Leiterplatte Leitungen zu Anschlüssen von im mittleren Bereich
der Mehrlagenverbindungsplatte angeordneten Steckverbindern verlegt sind, in die
elektronische Bauelemente tragende Schaltungsmodule einsteckbar sind Bei dieser
Anordnung dient die Mehrlagenverbindungsplatte zur Herstellung der Anschlüsse zwischen
den Ausgngen der die elektronischen Bauteile tragenden Leiterplatten untereinaruler
und mit externen Drahtleitungen. Bei entsprechender Bemessung
der
Anschlußelemente können massive und flexible Drähte bis 2 zu einem Querschnitt von
beispielsweise 2,5 mm angeschlossen werden. Die Anordnung eignet sich daher besonders
für den mechanischen Aufbau von kleinen bis mittelgroßen Steuerungsgeräten, die
beispielsweise bei starkstromnahem Einsatz durch in der Starkstromsteuerungstechnik
übliche Steuerleitungen 2 von 1,5 bis 2,5 mm Querschnitt mit den peripheren Geräten
oder Einheiten in einer Anlage verbunden sind.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die rückwärtige Leiterplatte
senkrecht angeordnet, während die SchaltungsmoduLe und die Schraubklemmen auf der
Vorderseite befestigt sind Diese Anordnung eignet sich für die Wandmontage. Sie
hat den Vorteil, daß die Leiterplatten mit den elektronischen Bauteilen bei Anschlußarbeiten
nicht erntfernt werden müssen, da die Anschlußelemente leicht von vorn zugänglich
sind. Die Leiterplatten können ausgetauscht werden, ohne daß die von außen kommenden
Drahtleitungen gelöst werden müssen.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß neben den Anschlußelementen
auf der Oberfläche nahe an den seitlichen ndcrn ein oder mehrere Rangierverteiler
angeordnet sind.
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Diese Anordnung ermöglicht bei einer Steuerung auf einfache Weise
die Vornahme von Änderungen am Aufstellungsort. Der Rangierverteiler ist von vorne
leicht zugänglich.
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Eine andere günstige Ausführungsform besteht darin, daß die Anschlußelernente
unterhalb der Steckverbinder für die Steckkarten
außerhalb der
Steckkartenplätze angeordnet sind und daß gegenüber der den Steckverbindern abgewandten
Seite der Anschlußelemente ein kabelkanal mit Schlitzen in den an die Anschlußelemente
angrenzenden Wandbereichen vorgesehen i.st. Die peripheren Leitungen werden bei
dieser Anordnung an ihren Enden durch die Einspannung in die Schlitze zusätzlich
gehalten. Neben der weiteren rialterung durch die übrigen im Kabelkanal parallel
verlaufenden Leitungen sind keine zusa"tzlichen mechanischen Befestigungsmittel
erforderlich.
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Vorzugsweise sind die Anschlußelemente außerhalb einer für die Steckkarten
vorgesehenen Abdeckung angeordnet. Veilegearbeiten oder Änderungen der Anschlüsse
lassen sich daher ohne Abdeckung der Steckkarten dllrchführen.
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Bei einer weiteren zweckmäßigen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die
Schraubklemmen Klemmeinsätze enthalten, die für di< Aufnahme von Drahtenden Löcher
aufweisen, in denen dies Dralltenden mittels Schrauben festklemmbar sind, und daß
von ein<r Außenseite des jeweiligen Klemmeinsatzes der Stift vorspringt.
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Mit der Leiterplatte läßt sich diese Schraubklemme in eine! unkomplizierten
Arbeitsgang verbinden. Die Schraubklemme wird lediglich mit ihren Stiften in dafür
vorgesehene I3ohrtingen der Leiter- und Metallplatte eingepreßt. Hierbei entsteht
eine stabile mechanische und niederohmige elektrische Verbindung.
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Die Erfindung wird im folgenden an Eland eines in einer Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale
sowie Vorteile ergeben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Anschließen
von auf einer rückwärtigen Leiterplatte angeordneten Steckverbindern untereinander
und mit zur Prozeßperipherie verlaufenden elektrischen Leitungen, Fig. 2 eine Ansicht
von vorne, teilweise im Schnitt, einer Mehrlagenverbindungsplatte mit einer Schraubklemme,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linien I-I der in Fig. i dargestellten Anordnung,
Fig. 4 einen Schnitt durch ein Flachsteckelement, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht
einer mit Schraubklemmen, llangierverteilern und Steuerungsbausteinen bestückten
Mehrlagenverbindungsplatte.
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Die elektronischen Bauelemente von Steuer- und/oder Regelschalzungen
sind häufig auf Steckkarten angeordnet, die an einer Seite mit Steckverbindern versehen
sind. Die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Steckkarten einer mehrere
Steckkarten aufweisenden Anordnung sowie zu den von der Prozeßperipherie kommenden
Leitungen verlaufen über diese Steckverbinder. In Fig. 1 sind in Vorderansicht eine
Reihe von Steckverbindern 1 dargestellt, die auf einer rückseitigen Leiterplatte
2 befestigt sind. In die Steckverbinder 1 werden die
nicht dargestellten,
an sich bekannten Leiterplatten rnit den elektronischen Bauelementen eingesetzt.
Diese Leiterpiattei stehen senkrecht auf der rückseitigen Leiterplatte 2. Jedem
Steckverbinder 1 ist ein sog. ,1Kart enplatz" zugeordnet. Der Kartenplatz beansprucht
auf der rückseitigen Leiterplltte eine gewisse Fläche, die von der Art des Gehäuses
für die Steckkarten abhängt. Ist ein gemeinsames Gehäuse für mehrere Steckkarten
vorgesehen, dann kann der Kartenplatz je Steckkarte eine geringere Fläche einnehmen
als bei Steckkarten, die jede für sich ein Gehäuse, z.B. aus Metall, enthält. I)ie
Seitenwände dieses nicht dargestellten Gehäuses ragen vn der riitkseitigen Leiterplatte
2 unter einem rechten Winkel nach vorne.
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Es können auf der rückseitigen Leiterplatte 2 Halteelemente vorhanden
sein, in die sich das bzw. die Gehäuse einhängen lassen. In Fig. 1 ist der von den
Seitenwänden eines für die fünf Kartenplätze gemeinsamen Gehäuses auf der rückseitigeti
Leiterplatte 2 beanspruchte Raum durch eine strichpunktierte Linie 3 dargestellt,
die einen Flächenbereich 4 einschließt.
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Die rückseitige Leiterplatte 2 enthält nahe an den Seiten 5 vier Langlöcher
6 für die Befestigung an Tragelementen. AlS Tragelement kann z.B. ein senkrecht
aufgestellter Rahmen verwendet werden, der nicht dargestellt ist.
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Unterhalb der rückseitigen Leiterplatte 2 ist im Abstand v(>n dieser
eine weitere Leiterplatte 7 angeordnet. Zwischen de Leiterplatten 2 und 7 ist ein
waagrechter Kabelkanal R nngeordnet, der beispielsweise aus einen Ktinststoff besteht
llnd
ein U- förmiges Profil hat.
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Unterhalb des Flächenbereichs 4 sind auf der rückseitigen Leiterplatte
2 Anschlußelemente 9 befestigt, die einzeln oder zu mehreren jeweils einem Steckverbinder
1 zugeordnet sind.
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weitere Anschlußelemente 9 befinden sich nahe an den seitlichen Rtndarn
5 der Leiterplatte 2 auf einem hierfür vorgesehenen freien Raum 10.
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Auf der Leiterplatte 2 verlaufen nicht näher dargestellte Leiterbahnen
von Anschlußpunkten der Kontaktelemente der Steckverbinder 1 zu Anschlußpunkten
der Anschlußelemente 9. Die Steclcverbinder 1 sind vorzugsweise mit Stiften in Einpreßtechiiik
in durchkontaktierte Löcher der Leiterplatte 2 eingesetzt. Es ist mfivglich, Leiterbahnen
zwischen Anschlußpunkten der Steckverbinder 1 vorzusehen, wenn das Verbindungsmuster
für eine bestimmte Steuer- oder Regelschaltung festliegt. Dann ist eine solcl)e
Leiterplatte 1 nur für eine bestimmte Steuerschaltung verwendbar. Vorzugsweise sind
alle Anschlußpunkte der Steckverbinder über Leiterbahnen an die Anschlußelemente
9 gelegt.
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Von den Anschlußelementen 9 verlaufen elektrische Leitungen 11 zu
dem waagrechten Kabelkanal 8 und einen senkrechten Kabelkanal 12. Die Kabelkanäle
8 und 12 sind mit Schlitzen 13 in den Wänden versehen, in denen tlie Leitungen 11
festgeklemmt werden. Weitere Leitungen ist sind zwischen verschiedenen Anschlllßclementen
9 verlegt.
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Als Anschlußelementen 9 können Schraubklemmen 15 die in Fig. 2 näher
erläutert sind, oder Flachsteckelemente 16 verwendet werden, deren Aufbau aus der
Fig. 4 hervorgeht.
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Bei der rückwärtigen Leiterplatte 2 handelt es sich v(>rzugs weise
um eine Mehrlagenverbindungsplatte 17, die aus einer Metallplatte 18 und einer gedruckten
Leiterplatte 19 besteht Zwischen der Metallplatte 18 und der Leiterplatte 19 befindet
sich eine Zwischenlage 20 aus einem elektrisch isolierenden Material, bei dem es
sich z.B. um eine Polyesterfolie handelt.
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In der Metallplatte 18 sind Bohrungen 21 vorgesehen. I)ie Laitelplatte
19 enthält ebenfalls Bohrungen 22, die durchplttierte Wände 23 aufweisen. Auf der
Unterseite der Leiterplatte 19 befinden sich Leiterbahnen 43, die je nach dem LeitIIngsmuster
bedarfsweise mit den durchplattierten Wanden 23 verbunden sind.
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Die aufeinander gestapelten Platten 18 und 19 sind so zueinander ausgerichtet,
daß die Bohrungen 22 und 23 fluchtend zueinander verlaufen.
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Die Metallplatte 18 trägt die Schraubklemme 15 die aus einem Gehäuse
24 mit Aussparungen 25 und in den Aussparungen 25 tnngeordneten Klemmeinsätzen 2
besteht. Die Klemmeinsätze 26 sind durch nicht näher bezeichnete Wände des Gehäuses
2 vl,neinander isoliert. Die Klemineinsätze 26 bestehen aus Metall und weisen jeweils
einen quaderförmigen Grundkörper 27 mit einer Bohrung 28 sowie eine Gewindebohrung
29 auf die rechtwinklig zur Bohrung 28 verleiuft. In die Bohrung 2') ist eine
Schraube
30 eingefiigt, die mit einem nicht näher bezeichneten Sctilitzkopf versehen ist.
Es können in die Bohrungen 28 nicht dargestellte Enden der Drähte 11, 14 eingeschoben
werden, die durch Anziehen der Schrauben 30 festgeklemmt werden.
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Jeder Klemmeinsatz 26 ist auf seiner der Gewindebohrung 29 abgewandten
Außenseite 31 mit einem Stift 32 versehen, der eine Einpreßzone 33 für die Verbindung
mit den Wänden 23 der Bohrungen 22 oder den Wänden der Bohrungen 21 aufweist. Die
Stifte 32 können mit einem nicht näher bezeichneten Stirnende am Grundkörper 27
angelötet oder angeschweißt sein.
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Bei der Einpreßzone 33 handelt es sich um einen besonders geformten
Stiftabschnitt, über den in eingepreßtem Zustand eine korrosionsdichte, vibrationsfeste,
niederohmige Verbindung zu den Wänden der Bohrungen 21 und 22 hergestellt wird.
Die Einpreßzonen können federnd oder massiv ausgebildet sein. In Fig. 1 sind Stifte
32 mit massiven Einpreßzonen 33 dargestellt, wobei jeweils der Stift 32 einen rechteckigen
Querschnitt mit scharfen Ecken hat. Diese Ecken werden beim Einpressen in die Wände
der Bohrungen 21 und 22 eingedrückt, rufen also eine Verformung der Wände hervor.
Dabei verformen sich auch die Ecken in gewissem Umfang. Elastische Einpreßzonen
bestehen beispielsweise aus einem federnden, mit einem Längsschnitt versehenen Metallzylinder.
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Die Schraubklemmen 15 können in einem einfachen Arbeitsgang durch
Einpressen der Stifte 32 in die Bohrungen 21, 22 an der Mehrlagenplatte 17 befestigt
werden, weitere Befestigingsmi ttei sind nicht erforderlich, da die Haltekräfte
zwischen den Einpreßzonen 33 und den Wänden der Bohrungen 21, 22 hinreichend groß
sind.
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Die Einpreßzonen 33 setzen sich in Zonen 34 fort, die für <len
Anschluß von Drähten in Drahtwickeltechnik bestimmt sein können. Die Zonen 34 ermöglichen
die Verlegung zusätzlicher Leitungen, die zwischen den Klemmeinsätzen 26 und beispielsweise
Stiften von Steckverbindern gezogen werden. Die Schrlut)-klemme 15 kann auch in
einlagige, nicht näher dargestellte Leiterplatten eingepreßt werden. Die Zonen 34
können auch für Anschlüsse in Klammertechnik ausgebildet sein.
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Das in Fig. 4 gezeigte Flachsteckelement 16 besteht aus in einen Isolierkörper
35 eingesetzte Steckkontakte 36, die je einet Grundkörper 37,einen flachen Ansatz
38 für das Aufschieben von mit einem Drahtende verbundenen Steckschuh und den Stift
3',3 aufweisen, an den sich die Zone 34 anschließt. Die Steckkontakte 36 werden
mit ihren-Stiften 18 in gleicher Weise wie die Schraubklemmen 15 in Leiterplatten
2 bzw. 17 eingepreßt.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung bildet die Flehrlagenverbindungsplatte
17 eine rückwärtige Verdralltungsplat,te für die Herstellung von Verlindungen zwischen
auf der Platte 17
angeordnetten Steckverbinderanschlüssen untereinander
sowie zu Schraubklemmen 15. In die Steckverbinder 39 sind Schaltungsmodelle 40 mit
ihren Gegensteckelementen eingesetzt. Die Schaltungsmoduele 40 können beispielsweise
aus gedruckten Le'itrplatten mit elektronischen Bauteilen bestehen, die von nicht
näher bezeichneten Abdeckkappen umgeben sind. Die Mehrlagenverbindungsplatte 17
ist für eine senkrechte Wandmontage bestimmt. Die Schaltungsmodule 40 sind im mittleren
Bereich der Mehrlagenverbindungsplatte l angeordnet. Nahe an den beiden seitlichen
Rändern lll der Platte befinden sich die Schraubklemmen 17 und Rangierverteiler
42. Die Anzahl der z.B. senkrecht angeordneten Schraubklemmen 15 richtet sich u.a.
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nach der Zahl der von außen auf die Platte 17 zu verlegenden Draht
leitungen.
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1) i.e i)urchmesser der Bohrungen 28 sind so bemessen, daß massive
und flexible Leitungen bis zu einem Querschnitt von 2,5 mm2 anbeschlossen werden
können. Daher ist es möglich, die in industriellen Steuerungen als Verbindungsleitungen
zu peripheren Anlagenteilen häufig verwendeten Starkstromleitungen mit Quer-2 schntter
von i,5 bzw. 2,5 mm direkt bis zu den Schraubklemmen 1 5 zu führen. Eine gesonderte
auf einer eigenen Schiene angeordnete Reihe von Klemmen als Endpunkte solcher Leitungen
läßt sich hierbei einsparen. Weiterhin ist es nicht mehr nötig, Drahtleitungen mit
bei spielswei se kleinerem Querschnitt von den Reihenklemmen der Schiene zu Anschlüssen
auf oder neben den Schaltungsmodulen o ZU verlegen. Daraus resultiert eine erhebli
che Einsparung an Verdrahtungsaufwand. Eine nach der vorstehend
erläuterten
mechanischen Konzeption basierende Steuerung oder Informationsverarbeitungseinrichtung
l'ißt i sich daher kostengünstig herstellen und warten. Hinzu kommt, dall die Schaltungsmodule
lio bei Anschlußarbeiten nicht entfernt werden müssen. Die seitlich angeordneten
Schraubklemmen 15 sind von vorne leicht zugänglich. Die Schaltungsmodule 40 können
leicht ausgetauscht werden. Dabei müssen keine Drähte abgeklemmt und wieder neu
angeschlossen werden All die e unterhalb der Schraubklemmen angeordneten Ranglerverteiler
42 sind Leiterbahnen angeschlossen, deren Verbindung e nach Ausballstufe und Steuerungsart
den verwendeten Schaltungsmodulen angepaßt werden muß Da die Rangierverteiler leicht
von vorne zugänglich sind, können nachträgliche Änderungen der Verbindungen ohne
Schwierigkeit noch vorgenommen werden.
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Es ist hervorzuheben, daß sich das vorstehend erläuterte System an
die Art und die Größe der jeweiligen Steuer- oder Regelschaltung flexibel anpassen
Iäßt. Die Anpassung erfolgt durch die Herstellung der Leitungen zwischen den Steckkarten
iibeldie Anschlußelemente 9. Eine Herstellung gesonderter Leltczplatten 1, 17 für
die jeweilige spezielle Steuer- oder Regelschaltung ist nicht mehr notwendig. Durch
die vielseitige Anwendbarkeit kann das System in entsprechend hohen Stückzahlen
und daher kostengünstig hergestellt werden. Andereriieits ist auch der konstruktive
Aufbau des Systems einfach Irnd trägt zur der wirtschaftlichen Fertigung bei. Darüber
hinaus bietet <1 System den Vorteil, daß periphere Leitungen mit sehr geringem
konstruktiven
und zeitlichen Aufwand angeschlossen werden können. Die Mehrlagenverbindungsplatte
17 kann auch aus mehr als zwei Leiterplatten zusammengesetzt sein.
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Arbeiten an den oben erl'uterten System werden auch durch die leichte
Zugänglichkeit erleichtert. Sofern die rückwärtige Leiterplatte nicht einer Wand
gegenjibersteht, sind die Stifte der Steckverbinder und Anschlußelemente für Verdrahtungsarbeiten
sowie Messungen der an ihnen anstehenden Spannungen bzw. Ströme leicht zuginglich.
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