DE3346493A1 - Vorrichtung zum verbinden von elektrischen anschluessen - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Anschlüssen

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Anschlüssen in einem Feld eines Gerätes untereinander und/oder mit elektrischen Steckanschlüssen für eine vom Gerät abgehende, in mindestens einer Ebene geordnete Flachverdrahtung, insbesondere bei einem elektromechanischen Programmsteuergerät für elektrische Haushaltgeräte.

Mittels eines Verteilers für elektrisch betriebene Haushaltgeräte (DE-GM 18 32 876) hat man bereits früh versucht, für unterschiedliche Anforderungen an die elektrische Ausstattung solcher Haushaltgeräte eine rationelle Verbindungstechnxk zu erreichen. Dabei enthält der Verteiler eine Verteilerplatte mit fest auf ihr angeordneten Strombrücken, welche Verteilerplatte im Verteiler leicht lösbar angeordnet ist und entweder durch Umsetzen derselben Verteilerplatte oder durch Austauschen gegen eine anders bestückte Verteilerplatte zur Veränderung der internen Haushaltgeräte-Verdrahtung geeignet ist. Bei einer mehrfachen Verbindung bzw. vielfach unterschiedlichen Verbindung einer noch größeren Anzahl von Anschlüssen eines derartigen Verteilers wird jedoch der räumliche Aufwand für eine derartige Verteilerplatte zu umfangreich, weil die Strombrücken lediglich in einer Ebene angeordnet sind.

Eine derartige Ausbildung eines sogenannten Koppelfeldes ist in der DE-OS 25 17 767 beschrieben, das eine gewisse Grundverdrahtung für immer wiederkehrende Verbindungen in einer solchen Haushaltgerätegruppe vorsieht und eine Rangierleiste enthält,

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lielche die in dieser Gruppe von Haushaltgeräten wechselnde Verdrahtung durch Auswechseln dieser Rangierleisten mit unterschiedlich geführten Strombrücken ermöglicht. Daraus ist zu ersehen, daß die räumliche Ausdehnung einer solchen Verbindungsvorrichtung (Koppelfeld) erheblich ist. Außerdem wäre ein derartiges Koppelfeld für die rationelle Fertigung nicht optimal geeignet.

In der DE-OS 23 37 987 ist eine solche Rangierleiste in ihrem Aufbau dargestellt, der zeigt, daß auch eine solche Rangierleiste bezogen auf den spezifischen Raumbedarf nur beschränkte Möglichkeiten bietet. Immerhin sind hier schon Vorkehrungen zur automatischen Fertigung in überwiegendem Umfange getroffen. Dennoch verhindern die Konzeption und die Bauart der bekannten Rangierleiste die Optimierung der Fertigung und des im Haushaltgerät erforderlichen Raumaufwandes. Beispielsweise ist die elektrische Verbindung nur an zwei Seiten der bekannten Rangierleiste möglich. Andernfalls müßte sie wieder mit einer gesonderten Anschlußplatte verbunden sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei Geräten mit sehr vielen in einem Feld angeordneten elektrischen Anschlüssen ein weitestgehend automatisch herstellbares Bauteil zum Vorverdrahten und Ordnen der elektrischen Verbindungen des Gerätes untereinander und/oder zu Flachverdrahtungen anzugeben, das so wenig wie möglich zusätzlichen Bauraum erfordert. Außerdem soll das Bauteil widerstandsfähig sein gegen Temperaturschwankungen, eine feuchte Atmosphäre und gegen mechanische Schwingungen«

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Isolierstoffblock vorgesehen ist, der Hohlräume für elektrische Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen untereinander und/oder in der oder den Ebenen angeordneten elektrischen Steck-

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anschlüssen aufweist, wobei die elektrischen Verbindungen als schüttfähige, in die Hohlräume eingefüllte, nach dem Einfüllen verdichtete, elektrisch leitende Körper ausgebildet sind.

Durch weitere in den Unteransprüchen gekennzeichnete Merkmale einzeln oder in Kombination angewendet - läßt sich die Erfindung vorteilhaft weiterbilden.

Ein Isolierstoffblock ist in beispielsweise Kunststoff-Spritztechnik einfach herstellbar, kann auch wenn nötig, aus einzelnen Teilen - Schichten oder Blockbausteinen - zusammengesetzt sein.

Flüssiger, granulierter, pulverförmiger oder zerstückelter Leiterwerkstoff läßt sich leicht in die Hohlräume einschütten und kann durch Rütteln darin kompakt verdichtet werden.

Im Falle fester Leiterwerkstoffe können die Oberflächen der Teilchen vorverzinnt oder den Teilchen Zinn- und möglicherweise auch Flußmittelteilchen zugemischt sein. Durch eine anschließende Endotherm-Behandlung verbinden sich die Teilchen miteinander und stellen die durchgehende elektrische Leitfähigkeit im jeweiligen Hohlraum her.

Andererseits kann diese Leitfähigkeit bei pulverförmiger!] Leiterwerkstoff auch durch Induktionsheizung hervorgerufen werden, welche die Oberflächen der Pulverteile zum Schmelzen und zum sinterartigen Verbacken bringt.

Flüssige Leiterwerkstoffe erstarren nach dem Einfüllen oder Aufbringen auf einzelne Schichten durch eine Exotherm-Behandlung und werden zu kompakten Leitern.

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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele ist die Erfindung zusammen mit weiteren Teilmerkmalen nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung als Block mit einseitiger Steckleiste,

Fig. 2 beim durchsichtig dargestellten Beispiel der Fig. 1 zwei von vielen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten, räumlich angeordneten Leitern,

Fig. 3 die Anordnung einer verlorenen Spritzform innerhalb des Blocks gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Detailansicht der Ausformung eines zum Verbinden mit Flachsteckern ausgestalteten Leiter-Endes,

Fig. 5 eine Detailansicht einer möglichen Anordnung von Steckleisten in zwei Ebenen,

Fig. 6 eine Detailansicht von Steckverbindungen einer solchen Steckleiste,

Fig» 7 eine Detailansicht eines anderen Steckverbinders,

Fig. 8 einen schichtweisen Aufbau einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in Explosionsdarstellung,

Fig. 9 eine Möglichkeit zur Verbindung des Blocks mit Steckleisten und

Fig.10 bis

Fig.14 Einzeldarstellungen von einer Version eines schichtweisen Aufbaues mit Folien.

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In Fig. 1 bis 3 sind die Oberteile 1 eines elektromechanischen Schaltgeräts dargestellt, das an seiner Oberseite in einem Feld angeordnete elektrische Anschlüsse 2 enthält. Diese Anschlüsse können beispielsweise Flachstecker sein, die in heute noch üblicher Weise mit Flachsteckhülsen von Kabelbäumen Verbindung haben. Gemäß der Erfindung ist statt der ungeordnet vorliegenden Kabelbaum-Enden ein Isolierstoffblock 3 vorgesehen, der an seiner unteren Fläche in in Fig. 1 nicht sichtbarer Weise hülsenartige Anschlußkontakte trägt, die mit den Flachsteckern Kontakt haben. In Fig. 1 ist die interne Verdrahtung des Isolierstoffblocks nicht sichtbar. An der Vorderseite des Isolierstoffblocks 3 ist eine Steckleiste U angeordnet, deren einzelne Randstecklamellen 5 für an Flachverdrahtungs-Kabelsträngen angeschlagene Randsteckverbinder geordnet sind. Solche Randsteckverbinder können beispielsweise wie in DE-OS 25 17 767 ausgebildet sein.

Der Isolierstoffblock 3 enthält gemäß Fig. 2 eine interne Verdrahtung, von der hier nur die Leiter 6 und 7 dargestellt sind. Beide Leiter verbinden je einen Flachstecker 2 mit einer Randstecklamelle 5. Weitere hier nicht dargestellte Leiter können beispielsweise auch zwei oder mehr Flachstecker miteinander verbinden und/oder außerdem eine Verbindung zu einer oder mehreren Stecklamellen 5 herstellen.

Alle hier dargestellten Verbindungsvorrichtungen dienen zum Vorverdrahten und Ordnen der elektrischen Verbindungen zwischen Funktionselementen eines Haushaltsgeräts untereinander oder zwischen einem Funktionselement und einem Kabelbaum, z.B. zwischen einem Programmsteuergerät und Vielfachsteckern von Flachverdrahtungen zu peripheren Verbrauchern, Sensoren und zur Spannungsversorgung.

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Die Verdrahtung innerhalb des Isolierstoffblocks wird beispielsweise durch einen Metallguß hergestellt. Denkbar wäre Zinn als Leiterwerkstoff. Steckleisten 4 können vor dem Vergießen dem Isolierstoffblock räumlich so zugeordnet werden, daß die Stecklamellen 5 beim Gießvorgang mitgegossen werden oder aus härterem Metall (z.B. Messing) bestehen und beim Gußvorgang mit den gegossenen Leitern verbunden werden.

Gemäß Fig. 3 kann der Isolierstoffblock eine verlorene Spritzform 8 (schraffiert dargestellt) enthalten, die einzelne oder mehrere Teile der Leiterhohlräume enthält. Solche verlorenen Spritzformen können aus Schichten oder Blockbausteinen zusammengesetzt sein, die nach Art von System-Elementen typisiert bevorratet werden können, um gemäß Verdrahtungsplanung vor dem Gießen der Leiter zusammengefügt zu werden. In einem weiteren Fertigungsschritt können die verlorenen Spritzformen und die gegossenen Leiter mit Kunststoff umspritzt werden, so daß die endgültige Form der Verbindungsvorrichtung mechanisch gefestigt ist= In diese äußere Spritzform können Steckleisten integriert sein. Beim Beispiel der Fig. 3 liegen die leer gezeichneten Hohlraumabschnitte 68 und 78 in der Spritzform 8. Die ausgefüllt gezeichneten Hohlraumabschnitte können in anderen Spritzform-Teilen (nicht näher dargestellt) liegen.

Die flachsteckerseitigen Enden der gegossenen Leiter können beispielsweise gemäß Fig. 4 ausgebildet sein, bei denen die Leiterenden 9 schuhartige Ausformungen 10 haben, die einen flachsteckhülsenartig ausgeformten Durchbruch 11 enthalten, der beim Verbinden der Verbindungsvorrichtung mit dem Feld von elektrischen Anschlüssen über einen Flachstecker 2 geschoben wird und mit seiner mittleren Auswölbung 12 in das normgerechte Rastloch des Flachsteckers eingreift (DIN 46 247).

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Steckleisten 4 können natürlich an allen vier Seitenwänden und an der Oberseite der Verbindungsvorrichtung angeordnet sein. Ferner ist die Anordnung solcher Steckleisten in mehreren Ebenen übereinander möglich, wie beispielsweise in Fig. 5 dargestellt. Die unterhalb der oberen Steckleiste angeordnete Verdickung 13 dient der mechanischen Stabilisierung der oberen Steckleiste, kann aber auch gleichzeitig für eine genügend dicht angeordnete Nachbarsteckleiste zu deren mechanischer Stabilisierung herangezogen werden. Sie verkürzt nämlich den Abstand zur Nachbarsteckleiste um den Betrag der Steckerdicke, so daß sich die Stecker-Außenwandung an dieser Verdickung abstützen kann.

Die gegossenen Stecklamellen 5 der Steckleiste können durch das Isoliergehäuse oder die verlorenen Spritzformen mechanisch versteift werden. Dazu sind gemäß Fig. 6 und 7 die Stecklamellen 5 im Isoliergehäuse 4 eingebettet.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine sogenannte Sandwich-Bauweise angewandt. In Fig. 8 besteht die Verbindungsvorrichtung aus einzelnen übereinandergeschichteten Platten 14 bis 19. Als zu verbindendes Gerät ist hier ebenfalls schematisch ein Programmsteuergerät 20 dargestellt. Es trägt an seiner Oberseite ein Feld von elektrischen Anschlüssen 21, von denen hier der Einfachheit halber nur zwei dargestellt sind. Die Sandwich-Platte 14 enthält demgemäß Durchbrüche 22, die in Form, Größe und Lage den elektrischen Anschlüssen 21 angepaßt sind. Entsprechend enthalten die darüber geschichteten Platten 15 bis 18 Durchbrüche 22 bis 30 und in der Ebene der Platten liegende Hohlräume 31 bis 35. Außerdem enthalten die Platten 15 bis 18 in jeweils einer Ebene geordnete elektrische Steckanschlüsse für eine vom Programmsteuergerät abgehende Flachverdrahtung, die hier nicht näher dargestellt ist. Als Alternativen hierzu bieten sich Ausformungen gemäß den Platten 15 und 16 an, bei denen die Stecklamellen 5 zunächst ebenfalls als vertikale Hohlräume

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Verbindung zu den anderen Hohlräumen haben. Eine andere Alternative ist durch die Platten 17 und 18 angegeben, bei denen derartige elektrische Steckanschlüsse 36 durch bereits in die Platten eingelegte Metallstifte dargestellt sind. Die oberste Platte besteht lediglich aus einem Isolierstoff und dient dem Schutz vor Berührung irgend eines darunterliegenden Leiters.

Im dargestellten Beispiel der Fig. 8 können also Verbindungen wie folgt hergestellt werden. Die Platten 14 bis 18 werden in geeigneter Lage zueinander übereinander aufgeschichtet, die schüttfähigen, elektrisch leitenden Körper werden in die obersten Öffnungen eingefüllt und die ganze Anordnung während des Einfüllvorganges gerüttelt, so daß die schüttfähigen Körper bis in den letzten Winkel der vertikalen und horizontalen Hohlräume eindringen. Im Falle der offenen Hohlräume für die Stecklamellen 5 werden die Steckleisten 4 für den Füllvorgang mittels wieder abnehmbarer Schalungen geschlossen. Handelt es sich bei dem schütt- fähigen Körper um ein bei Temperaturen höher als 350 K flüssigen, z.B. um eine Zinnlegierung, die bei etwa 530 K flüssig wird, so genügt der exotherme Vorgang der Abkühlung, um die eingefüllten elektrischen Leiter auszuhärten und damit die gewünschten Verbindungen herzustellen. Handelt es sich bei dem elektrisch leitenden Körper jedoch um pulverförmige, granulierte oder gestückelte elektrisch leitende Materialien, so kann die Anordnung in einem Induktionsofen kurzzeitig erhitzt werden, damit die leitfähigen Teilchen sinterartig verbacken. Eine weitere Möglichkeit der festen Verbindungsherstellung besteht darin, daß diesen pulverförmigen, granulierten oder gestückelten Körpern entsprechende Stücke von Zinn beigemengt sind oder selbst bereits vorverzinnt sind. Dann kann im Induktionsofen eine noch geringere thermische Energie zur Verbindung der Teilchen untereinander ausreichen. Die Verbindungen in Fig* 8, die sich beim übereinanderschichten der Platten ergeben, sind durch gestrichelte Linien dargestellt.

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Die Darstellung in Fig. 9 zeigt eine Version, bei der ein Steckleistenbaustein 37, der bereits alle Stecklamellen in hartem Kontaktwerkstoff und auf der Rückseite zum Verguß geeignete Anschlußstifte enthält, nach dem übereinanderschichten von gleich dicken Platten 38 der Verbindungsvorrichtung angesetzt werden kann, so daß beim Vergießen, Sintern oder Verlöten die Gußstifte im Leiterwerkstoff eingebet- tet sind. Auch hierbei ist eine Anordnung von Steckleisten-Bau- steinen an zwei oder mehreren Seiten der Verbindungsvorrichtung möglich.

Als wesentlicher Unterschied zur Verbindungsvorrichtung gemäß Fig. 8 ergibt sich bei der Vorrichtung in Fig. 9, daß die Platten 16, 17 und 18, die mit Steckleisten ausgerüstet sind, dicker sein müssen als die Platten 14, die lediglich zur internen Verbindung Hohlräume enthalten. Die Platten 38 im Beispiel der Fig. 9 sind dagegen alle gleich dick.

Sofern sich für die externen elektrischen Anschlüsse verträgliche Metalle finden lassen und der Isolierstoffblock hermetisch verschließen läßt, können die internen Hohlräume auch mit Quecksilber ausgegossen werden. Nach dem Quecksilberguß ist der Isolierstoffblock jedoch hermetisch zu verschließen.

Fig. 10 bis 14 zeigt eine weitere Version eines schichtweisen Aufbaus der Verbindungsvorrichtung, bei der die interne Verdrahtung 39 auf dünne, hochtemperaturbeständige Isolierplättchen gegossen wird. Dazu enthält jedes Isolierplättchen 40 Durchbrüche 41, die gemäß der in Fig. 10 angedeuteten Bahnen untereinander verbunden werden sollen. Die Bahnen 42 decken sich mit den später aufgebrachten Verbindungsbahnen 44.

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Zum Zwecke des Gußes dieser Bahnen werden die Isolierstoffplättchen 40 in Schalungskörper 43 (Fig. 11) eingebettet, in denen die Verdrahtung 39 im Druckgußverfahren hergestellt wird. In Fig. 13 ist die gemäß Fig. 12 angedeutete Schnittansicht vergrößert dargestellt. Die auf dem Isolierplättchen 40 aufgegossene Verdrahtung besteht aus der Verbindungsbahn 44, dem Kontaktauge 45 und dem Verbindungskontakt 46, der eine keglige Spitze aufweist. Das Kontaktauge 45 hat außerdem eine Senke 47, die mit Weichlot ausgefüllt sein kann.

Die Verbindungskontakte 46 schaffen beim ubereinanderschichten der Isolierplättchen gemäß Fig. 14 zwischen den Plättchen 40 genügend isolierenden Abstand. Beim Aufeinanderschichten treffen die Verbindungskontakte 46 auf die Senken 47 der Kontaktaugen und werden durch einen Lot- oder Schweißvorgang miteinander verbunden. Ein solcher Verbindungsvorgang kann beispielsweise auch dadurch bewerkstelligt werden, daß die einzelnen Kontakbahnen direkt von einem Schweißenergie erzeugenden Strom durchflossen werden. Während des Stromflusses verschweißen dann die Verbindungskontakte mit den Kontaktaugen bzw. verbinden sich die Verbindungskontakte mit den Kontaktaugen durch Lötung.

Die Hohlräume 48 zwischen den Isolierplättchen 40 können auch durch einen fluidischen, aber aushärtenden Isolierstoff ausgefüllt werden. Die Verbindungsbahnen 44 der Verdrahtung 39 können auch einen in der Ebene des Plättchens 40 liegenden Hohlraum vollständig ausfüllen» In diesem Fall sind die Markierungen 42 als Hohlräume zu verstehen.

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Als schüttfähige Körper kommen außer geeignete verflüssigbare Metalle auch Pulver, Granulate oder Stückgut aus Kupfer, Messing, Bronze, Nickel oder andere lötbare oder sinterbare elektrische Leiter in Betracht. Ferner sind auch mit Leiterwerkstoff bedampfte Kunststoff-Kügelchen oder mit Leiterwerkstoff-Pulver vermischte Kunststoffe geeignet.

Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung muß nicht unbedingt als gesondertes Bauteil vorliegen, sondern kann auch integraler Bestandteil eines elektrischen Geräts sein.

Claims (1)

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   Patentansprüche

   Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Anschlüssen in einem Feld eines Gerätes untereinander und/oder mit elektrischen Steckanschlüssen für eine vom Gerät abgehende, in mindestens einer Ebene geordnete Flachverdrahtung, insbesondere bei einem elektromechanischen Programmsteuergerät für elektrische Haushaltgeräte, dadurch gek e η η zei c hnet, daß ein Isolierstoffblock (3, 14 bis 19) vorgesehen ist, der Hohlräume (22 bis 35) für elektrische Verbindungen (6, 7) zwischen den elektrischen Anschlüssen (2, 21) untereinander und/oder in der oder den Ebenen angeordneten elektrischen Steckanschlüssen (5, 36) aufweist, wobei die elektrischen Verbindungen (6, 7) als schüttfähige,in die Hohlräume (22 bis 35) eingefüllte, nach dem Einfüllen verdichtete und elektrisch leitende Körper (6, 7) ausgebildet sind«

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (6, 7) bei für den Isolierstoff unschädlichen Temperaturen höher als 350 K vorzugsweise bei etwa 530 K flüssig sind«

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (6, 7) vor dem Einfüllen pulverförmig, granuliert oder gestückelt sind.

   Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver-, Granulat- oder Stückteilchen vorverzinnt sind.

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   5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (6, 7) vor dem Einfülllen auch granuliertes Lötzinn enthalten.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet; daß der Isolierstoffblock (3) aus mehreren aufeinander geschichteten Platten (14 bis 19) besteht.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Platten (14 bis 18) Bohrungen (22 bis 30) für die Körper (6, 7) aufweisen.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Platten (15 bis 18) gestreckte und/oder gewinkelte Hohlräume (31 bis 35) parallel zur Plattenebene aufweisen.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (31 bis 35) die Platten (15 bis 18) durchbrechen.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (15 bis 18) mit den Hohlräumen (31 bis 35) teilweise mit Platten (14) gemäß Anspruch 7 kombiniert sind.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (14) mit Bohrungen (22) zusätzlich Hohlräume (31 bis 35) gemäß Anspruch 8 oder 9 aufweisen.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Bohrungen (41) durch eine im Druckgußverfahren aufgebrachte Verbindungsbahn (44) miteinander verbunden und durch die Enden (45, 46) der Verbindungsbahn (44) durchdrungen sind, die auf der der Verbindungsbahn gegenüberliegenden Seite abstandhaltende Verbindungskontakte (46) bilden.

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   13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsräume (48) der aufeinandergeschichteten Platten (40) mit Isolierstoff ausgefüllt sind.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbahn (44) mit den Verbindungskontakten (45) von Nachbarplatten durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffblock (3) mehrere Hohlräume enthaltende Bausteine (8) aufweist, deren Hohlräume teilweise miteinander korrespondieren.

   16o Vorrichtung nach Anspruch 8, 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (14 bis 18, 38 ) oder Bausteine (8) mit einem Isolierstoff umspritzt sind.

   17» Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Steckanschlüsse (5, 36) in eigenen Steckleisten (4) untergebracht sind, die vor dem Einfüllen der Körper (6, 7) mit dem Isolierstoffblock (3) verbunden und/oder zusammengehalten sind.

   18o Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (6, 7) an ihren den elektrischen Anschlüssen (2) zugewandten Enden eine Innenkontur (11, 12) gemäß einer Flachsteckhülse nach DIN 46247 aufweisen.