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Dokumentenidentifikation DE19945426C1 18.01.2001
Titel Steckverbinder eines elektrischen Geräts
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Edenhofer, Johannes, 93051 Regensburg, DE;
Stimpfl, Kurt, 93195 Wolfsegg, DE
DE-Anmeldedatum 22.09.1999
DE-Aktenzeichen 19945426
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.01.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2001
IPC-Hauptklasse H05F 3/02
IPC-Nebenklasse H01R 12/22   B60R 16/06   
Zusammenfassung Ein Steckverbinder eines elektrischen Geräts mit Kontaktstiften (1), die in einem Kunststoffkörper (2) eingebettet sind, weist ein Material (21) auf, das spannungsabhängig leitende Eigenschaften hat. Hierdurch wird ein Schutz gegenüber elektrostatischen Entladungen geschaffen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Steckverbinder eines elektrischen Geräts mit Kontaktstiften, die in einem Kunststoffkörper eingebettet sind.

Beim Verpacken, bei der Handhabung oder beim Anschließen von elektrischen Geräten, beispielsweise von Steuergeräten für Kraftfahrzeuge, können elektrostatische Entladungen auftreten. Um eine Beschädigung von empfindlichen elektronischen Bauteilen durch elektrostatische Entladungen zu verhindern, sind häufig für jeden Kontaktstift eines Steckverbinders verhältnismäßig teure und einbauraumbenötigende Bauteile wie Kondensatoren, Spulen oder Varistoren vorgesehen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 26 486 A1 ist ein Filter- Stecker mit einem Leistenkörper bekannt, der zum Unterdrücken von hochfrequenten Störungen aus einem Gemisch von Isolierstoffmaterial und Ferritpulver hergestellt wird.

Aus "Elektrisch leitende Kunststoffe", Carl Hanser Verlag München Wien, herausgegeben von H. J. Mair und S. Roth, Seite 10, ist die Anwendung elektrisch leitfähiger Kunststoffe zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung von Gehäusen bekannt. Ein solches Gehäuse besteht aus einem Kunststoff-Ruß-Gemisch und soll einen Oberflächenwiderstand von weniger als 109 Ohm aufweisen.

Die europäische Patentanmeldung EP 0 649 150 A1 betrifft einen Verbundwerkstoff, der einen Füllstoff und eine den Füllstoff einbettende Matrix aufweist. Der Füllstoff enthält überwiegend eine Komponente mit Teilchen von Kern-Schale- Struktur. Die Schalen der Teilchen von Kern-Schale-Struktur sind aus Isoliermaterial, wo hingegen die Kerne dieser Teilchen aus elektrisch leitendem oder elektrisch halbleitendem Material bestehen. Unter bestimmten Voraussetzungen kann sich bei geeigneter Auswahl des Materials der Kerne bei der Einwirkung eines elektrischen Feldes die elektrische Leitfähigkeit dieses Verbundstoffes zweimal nicht linear ändern. Die erste nicht lineare Änderung bewirkt eine Spannungsbegrenzung, die zweite eine Strombegrenzung.

Die Offenlegungsschrift DE 37 02 780 A1 beschreibt einen Träger für ein Halbleiterbauelement, in den eine Varistor- Schutzvorrichtung gegen die Wirkungen von elektromagnetischen Feldern oder statischen Ladungen integriert ist. Die Anschlüsse des zu schützenden Halbleiterbauelements sind miteinander durch eine Sandwich-Struktur verbunden. Diese weist eine erste Schicht aus einem Varistormaterial, eine erste mit einem gegebenen Potential verbundene Elektrode, eine zweite Schicht aus Varistormaterial sowie eine zweite mit Masse verbundene Elektrode auf.

Aus der Patentschrift US 5 616 881 ist ein Sockel für eine Zündpille eines Airbags bekannt, die zwei Kammern aufweist. In der ersten Kammer ist ein Einsatz mit zwei Steckstiften und einem Metalloxid-Varistor zum Schutz eines Zünders vor elektrostatischer Entladung angeordnet.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Steckverbinder eines elektrischen Geräts bereitzustellen, der einen fertigungstechnisch besonders einfach herzustellenden und keinen Einbauraum benötigenden Schutz vor elektrostatischer Entladung aufweist.

Dieses Ziel wird mit einem Steckverbinder erreicht, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur Vermeidung bauteilgefährdender elektrostatischer Entladungen wird der Kunststoffkörper des Steckverbinders mit einem Material versehen, das bei Spannungen in einem Bereich zwischen 20 Volt und 700 Volt leitende Eigenschaften aufweist. Dadurch kann eine schädliche elektrostatische Entladung oder ein Berührungsstrom über mindestens einen Kontaktstift des Steckverbinders und, über das bei hoher Spannung leitende Material so verteilt werden, daß ein zu hoher Stromfluß über gefährdete Bauteile vermieden wird. Dabei kann die elektrostatische Ladung vom Kontaktstift über das leitende Material auf eine Leitungsfläche und/oder über andere Kontaktstifte des Steckverbinders abfließen, die mit einem Massepotential verbunden sind.

Die leitenden Eigenschaften des Materials Sollten möglichst knapp über der für den Steckverbinder oder der für die Kontaktstifte definierten Arbeitsspannung beginnen. Arbeitsspannung bedeutet hierbei diejenige Spannung, mit der die Kontaktstifte durch Signale oder eine Energieversorgung beaufschlagt werden. Bei einer Arbeitsspannung von 14 Volt sollte die Durchbruchspannung etwa bei 25 bis 30 Volt liegen. Das Material wird vorzugsweise für eine Durchbruchspannung im Bereich zwischen 25 bis 150 Volt ausgelegt.

Es kann eine elektrostatische Entladung direkt an gefährdeten Bauteilen auch unter ungünstigsten räumlichen Verhältnissen verhindert werden, da kein zusätzlicher Platzbedarf für Bauteile entsteht. Es fallen keine zusätzlichen Kosten für Bauteile, Bestückung, Platinenfläche, Layout oder sonstige konstruktive Aufwendungen an.

Besonders eignet sich der erfindungsgemäße Steckverbinder für elektrische Zündpillen, die einen Airbag oder einen Gurtstraffer in einem Kraftfahrzeug auslösen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Gerät mit Steckverbinder,

Fig. 2 einen Steckverbinder,

Fig. 3 einen Steckverbinder mit leitender Fläche, und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Steckverbinders von Fig. 3.

Fig. 1 veranschaulicht ein elektrisches Gerät, genauer ein Steuergerät für die Automobiltechnik, mit einem Steckverbinder. Das Gehäuse des Steuergeräts ist nicht dargestellt.

Der Steckverbinder ist auf einer Leiterplatte 3 befestigt. Die Leiterplatte 3 ist mit elektrischen Bauteilen 4 bestückt, die gegen eine elektrostatische Entladung zu schützen sind.

Fig. 2 zeigt Kontaktstifte 1, die in einen Kunststoffkörper 2 des Steckverbinders eingebettet sind.

Die Kontaktstifte 1 sind entlang ihrer Achsen mit einem Material 21 formschlüssig umhüllt, das in einem Bereich von über 100 Volt leitende Eigenschaften und in einem Bereich unter 100 Volt nichtleitende Eigenschaften aufweist.

Das Material 21 kann beispielsweise ein Gießharz sein, das mit 7 bis 15 Gewichtsprozent Kohlenstoffpulver versetzt ist. In diesem Beispiel besteht das Material 21 aus einer Polymermischung auf Basis von Polypropylen und 8,5 Gewichtsprozent Kohlenstoffpulver. Die Polymermischung weist einen Oberflächenwiderstand von etwa 1000 Ohm auf.

Anstelle von Kohlenstoffpulver kann dem Isolierstoffmaterial Edelstahlspäne zugegeben werden. In diesem Fall wird auf die Zugabe von Glasfaseranteilen im Kunststoff im wesentlichen verzichtet.

In Fig. 3 ist ein Steckverbinder mit einer zusätzlichen leitenden Fläche oder Leitungsfläche 5 dargestellt. Die Leitungsfläche ist eine Metallfolie.

Fig. 4 zeigt die Leitungsfläche 5 mit definierten Abständen d zu den Kontaktstiften 1. Die Kontaktstifte 1 sind von dem spannungsabhängig leitenden Material 21 formschlüssig umhüllt.

Über den Abstand d ist die Spannung, bei der das Material 21 leitfähig wird, einstellbar. Die Leitungsfläche 5 ist mit einem für die Abführung der elektrostatischen Ladung verantwortlichen Kontaktstift elektrisch kontaktiert. Für die einzelnen Kontaktstifte können individuelle Abstände d zwischen den Kontaktstiften 1 und der Leitungsfläche 5 eingestellt werden. Daher können in einem Steckverbinder unterschiedliche Auslösespannungen für die einzelnen Kontaktstifte verwirklicht werden. Die Auslösespannung hängt bei dieser Ausführungsform vom kleinsten Abstand zwischen Kontaktstift 1 und Leiterfläche 5 ab.

Die Polymermischung auf Propylenbasis mit dem Kohlenstoffpulver zeichnet sich durch gute Leitfähigkeit bei Erreichen der Durchbruchspannung sowie durch kleine Leckströme aus. Außerdem hat der Steckverbinder gute mechanische Eigenschaften und ist für Schwalllöten geeignet.


Anspruch[de]
  1. 1. Steckverbinder eines elektrischen Geräts mit Kontaktstiften (1), die in einem Kunststoffkörper (2) eingebettet sind, der ein Material (21) aufweist, das bei Spannungen in einem Bereich oberhalb einer Arbeitsspannung leitende Eigenschaften aufweist und bei Spannungen im Bereich der Arbeitsspannung elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.
  2. 2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) um die Kontaktstifte (1) herum formschlüssig angeordnet ist, und daß der Kunststoffkörper (2) in einem Abstand d von den Kontaktstiften (1) eine Leitungsfläche (5) aufweist, die mit dem Material (21) kontaktiert ist.
  3. 3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) ein Varistormaterial ist.
  4. 4. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) eine Mischung aus Kunststoff und Kohlenstoffpulver ist.
  5. 5. Steckverbinder nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) eine Mischung aus dem Basismaterial des Kunststoffkörpers (2) und Kohlenstoffpulver ist.
  6. 6. Steckverbinder nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (21) zwischen 5 und 15 Gewichtsprozent Kohlenstoffpulver aufweist.
  7. 7. Steckverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff eine kristalline und eine nichtkristalline Komponente aufweist.






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