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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Kontaktanordnung für
ein Kraftfahrzeug mit elektrischen Modulkontakten eines Moduls und
Gegenkontakten eines Montagekörpers
und ein Verfahren zu ihrer elektrischen Kontaktierung.
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Aus
EP 0 478 218 B1 ist ein Modul in Form einer
in ein Kraftfahrzeug einzubauenden Instrumententafel bekannt. Die
Instrumententafel trägt
unter anderem verschiedene Schalter und Anzeigeinstrumente. Zu ihrer
elektrischen Energieversorgung sind diese verschiedenen Bauteile
mit ihren Kontakten an einem flexiblen Flachleiter elektrisch angeschlossen. Wie
die äußeren Anschlußabschnitte
des flexiblen Flachleiters an Gegenkontakte, z.B. an das Bordnetz,
an übergeordnete
Hauptleitungen des Kraftfahrzeugs oder dergleichen angeschlossen
sind, ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.
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DE 199 56 970 A1 ist als Modul eine Zusatzeinrichtung
mit verschiedenen Schaltern entnehmbar, welche mit einem Armaturenbrett
zusammengebaut wird. Dabei ist auch eine elektrische Kontaktierung
vorgesehen, wobei federelastische Kontaktstücke der Zusatzeinrichtung mit
freiliegenden Abschnitten von Sammelschienen einer Schalttafel korrespondieren.
Auf diese Weise entsteht in Montageposition der Zusatzeinrichtung
ein direkter elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktstücken und
korrespondierenden Sammelschienen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
besonders einfache Art der elektrischen Kontaktierung zwischen Modulkontakten
eines Moduls und Gegenkontakten anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination
der Ansprüche
1 und 16 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist mittels der speziellen Relativanordnung
von korrespondierenden Kontaktaugen und Kontaktsegmenten sowie elektrisch
leitfähigen
Kontaktkörpern
eine automatisierte elektrische Kontaktierung zwischen den Modulkontakten
und den Gegenkontakten möglich.
Hierzu werden die Flachleitungssätze – vor zugsweise
flexible Folienleitungen – und
der mindestens eine Kontaktkörper
in der erforderlichen Weise zwischen Gegenkontakten und Modulkontakten
angeordnet. Das Modul kann dann einfach in Richtung der Gegenkontakte
transportiert werden, bis das Modul und der Montagekörper als
zwei Klemmbacken wirksam den oder die Kontaktkörper zwischen sich einspannen.
In dieser Montageposition wird das Modul ortsfest befestigt, so daß dessen
Montage gleichzeitig die elektrische Kontaktierung bewirkt. Hierdurch
wird erheblich Montagezeit eingespart. Da das Modul lediglich in
einer Transportrichtung gegen die Gegenkontakte transportiert werden
muß, ist
diese Art der Montage und elektrischen Kontaktierung besonders gut
für eine automatisierte
Fertigung mittels Roboter oder dergleichen geeignet. Auch die Flachleitungssätze und die
Kontaktkörper
können
maschinell und automatisiert in die erforderliche Relativposition
transportiert und dort fixiert werden. Außerdem ist diese Montage raumsparend,
da die elektrische Kontaktierung und die Leitungszuführung nicht
umständlich
und raumaufwendig manuell hergestellt werden muß, separate Kontaktgehäuse nicht
unbedingt erforderlich sind und die Kontaktkörper flach ausgestaltet werden
können.
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Einzelne oder sämtliche Kontaktaugen und/oder
Kontaktsegmente der Flachleitungssätze können je nach Anwendungsfall
unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Kontaktaugen und/oder Kontaktsegmente
können
z.B. ebene, leitfähige
Oberflächen sein,
welche durch Abisolieren des Flachleitungssatzes gewonnen werden
und in Montageposition des Moduls vorzugsweise quer zur Transportrichtung
des Moduls angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform
können
Kontaktaugen und/oder Kontaktsegmente als metallisierte Bohrungen
ausgebildet sein, wobei die Metallisierung mit einer oder mehreren
Leiterbahnen des Flachleitungssatzes elektrisch leitend verbunden
ist. In die metallisierte Bohrung kann dann ein Kontaktkörper eingesetzt,
eingespritzt oder auf andere geeignete Weise in der Bohrung angeordnet
und mit der Metallisierung elektrisch leitend verbunden sein. Hierdurch
sind weitere Bauelemente zur Positionierung und Fixierung des Kontaktkörpers relativ
zu einem Flachleitungssatz vor der Montage des Moduls überflüssig.
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Die geometrische Ausgestaltung der
Kontaktkörper
kann unterschiedlich sein. Abhängig
von der Ausführungsform
der Kontaktaugen bzw. Kontaktsegmente ist beispielsweise eine im
Querschnitt kreisrunde, mehreckige oder rechteckige Kontaktoberfläche zur
Kontaktierung der Kontaktaugen bzw. Kontaktsegmente geeignet.
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Für
eine zuverlässige
elektrische Kontaktierung zwischen Modulkontakten und Gegenkontakten ist
die mechanische Einspannung des mindestens einen Kontaktkörpers ausreichend.
Mechanisch und elektrisch unlösbare
Kontaktierungen sind deshalb überflüssig. Diese
lösbare
Kontaktierung erleichtert elektrische und mechanische Reparatur-
und Wartungsarbeiten im Bereich des Moduls und des Montagekörpers.
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Der baukasten- und sandwichartige
Aufbau der Kontaktanordnung führt
insgesamt zu erheblichen Einsparungen von Bauraum, Gewicht, Montagezeit
und Material. Ebenso ist im Bedarfsfall ein einfacher Austausch
des gesamten Moduls möglich.
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Die Elastizität des Kopplungsgliedes gemäß Anspruch
2 fängt
mechanische Toleranzen und Belastungen ab, ohne Reibkorrosion an
der elektrischen Kontaktierung zu erzeugen. Auch Schadgaskorrosion
und Oxidation an der elektrischen Kontaktierung werden vermieden.
Im Gegensatz zu einer elektrischen Steckverbindung oder dergleichen
müssen
keine großen
Kontaktkräfte
aufgebracht werden. Vielmehr wird der erforderliche Anpreß- und Kontaktdruck
zwischen den elektrisch leitenden Teilen automatisch aufgrund der
Befestigungsmechanik für
das Modul in seiner Montageposition gewährleistet.
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Anspruch 3 unterstützt den
raum- und bauteilesparenden Aufbau der Kontaktanordnung. Da der
Kontaktkörper
den Kopplungskörper
beidseitig überragt,
sind keine zusätzlichen
elektrischen Ver bindungselemente zur Kontaktierung der Flachleitungssätze erforderlich.
Vorzugsweise trägt
der Kopplungskörper
eine Vielzahl von Kontaktkörpern, welche
quer zur Transportrichtung elektrisch isoliert mit Abstand zueinander
angeordnet sind. Auf diese Weise können mehrere Kontaktkörper definiert
einem Kontaktauge bzw. Kontaktsegment zugeordnet und gleichzeitig
ein einziger Kopplungskörper
mehreren voneinander elektrisch isolierten Kontaktaugen bzw. Kontaktsegmenten
sein. Der Kopplungskörper kann
auch mehrere Reihen von Kontaktkörpern
tragen. Vorzugsweise ist ein Kontaktkörper realisiert, indem er den
Kopplungskörper
in Transportrichtung vollständig
durchsetzt.
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Die Maßnahmen der Ansprüche 5 bis
7 und 17 unterstützen
eine definierte Positionierung der Kontaktkörper.
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Um bei der Montage trotz mechanischer
Toleranzen der Bauteile eine sichere elektrische Kontaktierung zu
gewährleisten,
sind die Kontaktflächen der
Kontaktaugen bzw. Kontaktsegmente vorteilhaft unterschiedlich groß ausgestaltet
(Ansprüche
8, 9). Somit ist eine automatisierte elektrische Kontaktierung ohne
aufwendige Justiermechanik möglich.
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Die Ansprüche 10, 11 und 18 ermöglichen eine
direkte Befestigung des Moduls am Montagekörper und begünstigen
hierdurch einen montagefreundlichen Aufbau der elektrischen Kontaktanordnung
mit wenigen Befestigungsmitteln.
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Die Befestigungsmittel nach Anspruch
12 bewirken eine zuverlässige
elektrische Kontaktierung mit geringen Montagekräften.
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Die Ansprüche 13 und 19 erleichtern die Montage
des Moduls und ermöglichen
mit einfachen Mitteln eine definierte Montageposition des Moduls.
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Die Erfindung ist vorteilhaft bei
der automatisierten Montage einzelner Einheiten im Kraftfahrzeugbau
einsetzbar. Beispielsweise ist das Modul als eine Instrumententafel
bzw. ein Cock pit-Modul und der Montagekörper als ein die Instrumententafel
tragender und im Kraftfahrzeug eingebauter Modulträger ausgebildet.
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Die Erfindung wird anhand der in
den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Eine
schematische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen
Kontaktanordnung,
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2 eine
schematische Vorderansicht eines Moduls in Pfeilrichtung II gemäß 1,
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3 eine
schematische Seitenansicht eines Kopplungskörpers in Pfeilrichtung III
gemäß 1,
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4 eine
schematische Vorderansicht des Kopplungskörpers in Pfeilrichtung IV gemäß 3,
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5 eine
schematische Teidarstellung eines ersten Flachleitungssatzes in
Pfeilrichtung V gemäß 1 und
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6 eine
schematische Teildarstellung eines zweiten Flachleitungssatzes in
Pfeilrichtung VI gemäß 1.
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Die elektrische Kontaktanordnung
gemäß 1 dient dazu, in einem Kraftfahrzeug
elektrische Modulkontakte 1 eines Instrumententafel-Moduls 2 (nachfolgend
kurz: Modul 2) und elektrische Gegenkontakte 3 eines
schematisch und teilweise dargestellten Montagekörpers in Form eines Modulträgers 4 miteinander
elektrisch zu verbinden. Die lediglich schematisch dargestellten
Modulkontakte 1 können Anschlußkontakte
für elektrische
Energiequellen oder Energiesenken (z.B. elektrische Bauteile, elektrische
Verbraucher, Schalter, Instrumente oder dergleichen) sein, welche
an dem Modul 2 angeordnet sind. Zum Einbau elektrischer
Energiequellen bzw. Energiesenken sind in dem Modul 2 mehrere
Einbauplätze 20, 21, 22, 23 vorgesehen.
Die Modulkontakte 1 können auch
Bestandteil der elektrischen Energiequellen bzw. Energiesenken sein.
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Es sei zu erwähnen, daß die zeichnerische Darstellung
der einzelnen Teile keine maßstabsgetreue
Wiedergabe der Teile ist.
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Die Modulkontakte 1 sind
in hier nicht näher dargestellter
Weise mit einem ersten Flachleitungssatz 5 – z.B. folienisolierte
Leiterbahnen – elektrisch verbunden.
Die Gegenkontakte 3 sind einerseits – gegebenenfalls über weitere
elektrische Schaltungen oder Bauteile – mit dem Bordnetz oder übergeordneten
Hauptleitungen und andererseits mit einem zweiten Flachleitungssatz 6 elektrisch
verbunden.
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An einigen Stellen ist der erste
Flachleitungssatz 5 abisoliert Diese abisolierten Stellen
bilden elektrische Kontaktaugen 7. Die Kontaktaugen 7 korrespondieren
mit Kontaktsegmenten 8 des zweiten Flachleitungssatzes 6,
welche ebenfalls durch Abisolieren gewonnen sind. Auf die Kontaktaugen 7 bzw. Kontaktsegmente 8 kann
zu ihrer elektrischen Kontaktierung eine Kontaktschicht aus elektrisch
leitfähigem
Werkstoff, z.B. Edelmetall wie Gold, Silber oder auch Zinn aufgetragen
sein. Korrespondierende Kontaktaugen 7 und Kontaktsegmente 8 sind
im Montagezustand der Kontaktanordnung miteinander elektrisch verbunden,
wie noch erläutert
wird. Die Kontaktaugen 7 und die Kontaktsegmente 8 sind
entlang einer Transportrichtung 9 zwischen Modul 2 und
Modulträger 4 angeordnet.
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Damit jedes Kontaktauge 7 mit
dem korrespondierenden Kontaktsegment 8 nach der Montage des
Moduls 2 elektrisch kontaktiert ist, sind drei elektrisch
leitfähige
Kopplungsglieder 10 zwischen den beiden Flachleitungssätzen 5 und 6 angeordnet.
Die Kopplungsglieder 10 weisen jeweils einen plattenartigen
Kopplungskörper 11 auf,
welcher elektrisch leitfähige
Kontaktkörper 12 trägt. Diese
Kontaktkörper sind
elastisch ausgebildet, so daß während der
Montage mechanische Toleranzen und Belastungen abgefangen werden,
ohne Reibkorrosion an den Kontaktaugen 7 und Kontaktsegmenten 8 zu
erzeugen. Der plattenartige, während
der Montage parallel zu den Flachleitungssätzen 5, 6 angeordnete
Kopplungskörper 11 trägt eine
Vielzahl von elektrisch leitfähigen
Kontaktkörpern 12.
In 4 sind beispielhaft zwei
Reihen von Kontaktkörpern 12 vorhanden.
Die Kontaktkörper 12 sind
elastisch und ragen in Transportrichtung 9 beidseitig über den
Trägerkörper 11 hinaus.
Hierdurch sind die Kontaktkörper 12 bei
der Montage des Moduls 2 kompressibel und der für die elektrische
Kontaktierung zwischen Kopplungsglied 10 und Flachleitungssätzen 5, 6 erforderliche
Anpreßdruck
wird automatisch erzielt und auf einen maximal zulässigen Wert
begrenzt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 ist jeweils ein Kopplungsglied 10 insgesamt sechs
Kontaktaugen 7 bzw. sechs korrespondierenden Kontaktsegmenten 8 zugeordnet.
Um die Kontaktierung und Montage zu erleichtern, sind am Flachleitungssatz 5 gemäß 5 für jedes Kopplungsglied 10 ein
Trägerbauteil
in Form eines rechteckigen Trägerrahmens 13 angeordnet.
Die Trägerrahmen 13 sind
durch geeignete Hilfsmittel – z.B. durch
Kleben – an
der Isolierung des Flachleitungssatzes 5 fixiert. In diesen
Trägerrahmen 13 wird
das Kopplungsglied 10 eingesetzt. Die Kopplungsglieder 10 sind
auf diese Weise während
der Montage des Moduls 2 in einer definierten Position
vorfixiert.
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Anstatt am ersten Flachleitungssatz 5 fixiert zu
sein, können
die Kopplungsglieder 10 alternativ auch mittels Trägerrahmen 13' am
zweiten Flachleitungssatz 6 fixiert sein (6). Die Trägerrahmen 13' sind
ebenso wie die Trägerrahmen 13 durch
geeignete Hilfsmittel an der Isolierung des zweiten Flachleitungssatzes 6 befestigt.
Die Trägerrahmen 13' werden
nur dann am zweiten Flachleitungssatz 6 benötigt, wenn
am ersten Flachleitungssatz 5 keine Trägerrahmen 13 befestigt
sind.
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Die Kontaktaugen 7 haben
etwa quadratische Kontaktflächen 14.
Demgegenüber
haben die Kontaktsegmente 8 größere Kontaktflächen 14',
welche ebenfalls etwa quadratisch sind. Die größeren Kon taktflächen 14' der
Kontaktsegmente 8 gleichen Abmessungstoleranzen der zu
montierenden Bauteile aus, so daß eine ordnungsgemäße elektrische Kontaktierung
gewährleistet
ist. Wenn der Abstand d bzw. d' zwischen benachbarten Kontaktflächen 14 bzw. 14' verhältnismäßig gering
wird, ist darauf zu achten, daß dieser
Abstand d bzw. d' größer ist
als die größte Ausdehnung
a eines Kontaktkörpers 12 quer
zur Transportrichtung 9. Somit besteht keine Gefahr, daß ein Kontaktkörper 12 mehrere
Kontaktflächen 14 bzw. 14' gleichzeitig
kontaktiert.
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Während
der Montage wird das Modul 2 am Modulträger 4 befestigt. Es
sind deshalb nur wenige Befestigungsmittel notwendig, damit das
Modul 2 und der Modulträger 4 als
zwei Klemmbacken wirksam die Flachleitungssätze 5, 6 und
die Kopplungsglieder 10 zwischen sich mechanisch einspannen. Das
Befestigen des Moduls 2 kann z.B. durch Verrasten, Verschrauben
oder einen anderen Spann- und/oder Klemmechanismus erfolgen. Vorzugsweise ist
das Modul 2 am Modulträger 4 lösbar befestigt.
In 1 sind Schrauben 15 und
korrespondierende Gewindehülsen 16 mit
einem Innengewinde, welche in Transportrichtung 9 verlaufend
am Modulträger 4 befestigt
sind, als Befestigungsmittel vorgesehen.
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Zur Aufnahme der Schrauben 15 enthält das Modul 2 hohlzylindrische
Aufnahmebereiche, welche absatzartig verjüngt in Aufnahmekanäle 18 zur
Aufnahme der Gewindehülsen 16 münden. Die
beim Einschrauben der Schrauben 15 in die Gewindehülsen 16 in
Transportrichtung 9 entstehende Spannkraft erzeugt gleichzeitig
den erforderlichen Kontaktdruck für die elektrische Kontaktierung
der Flachleitungssätze 5, 6 und
der Kopplungsglieder 10. Die Schrauben 15 können nach
der Montage durch eine Plombierung oder andere Sicherheitsmaßnahmen gegen
eine unbefugte Demontage gesichert werden.
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Die in Transportrichtung 9 verlaufenden
Gewindehülsen 16 bewirken
in einer Doppelfunktion während
der Montage eine translatorische Bewegungsführung in Transportrichtung 9 für das Modul 2.
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Vor der eigentlichen Montage des
Moduls 2 werden in hier nicht näher dargestellter Weise die
mit den Kontaktaugen 7 verbundenen Leiterbahnen des Flachleitungssatzes 5 an
die entsprechenden Modulkontakte 1 elektrisch angeschlossen.
Ebenso werden die Kontaktsegmente 8 an die entsprechenden
Gegenkontakte 3 angeschlossen. Um eine definierte Position
des Flachleitungssatzes 5 zu ermöglichen, kann dieser an der
dem Modulträger 4 in
Transportrichtung 9 zugewandten Modulrückwand 19 fixiert, z.B.
angeklebt, werden. Dabei fluchten die Montagelöcher 20 mit den Aufnahmekanälen 18.
Die Fixierlöcher
können
jedoch auch dazu dienen, den Flachleitungssatz vor der Montage des
Moduls 2 auf die Gewindehülsen 16 aufzuhängen. In
gleicher Weise wird der zweite Flachleitungssatz 6 mittels
seiner Fixierlöcher 20' an
dem Modulträger 4 aufgehängt, sofern der
Flachleitungssatz 6 nicht auf andere geeignete Weise an
dem Modulträger 4 fixiert
ist. Vor der Montage des Moduls 2 werden die Kontaktkörper 12 in geeigneter
Weise zwischen die beiden Flachleitungssätze 5, 6 angeordnet
und fixiert. Im Ausführungsbeispiel
werden abhängig
davon, ob sich die Trägerrahmen 13 bzw. 13' am
ersten Flachleitungssatz 5 oder am zweiten Flachleitungssatz 6 befinden,
die Kontaktkörper 12 mittels
der Kopplungsglieder 10 an einem der beiden Flachleitungssätze 5, 6 fixiert.
Alternativ können
die Kontaktkörper 12 auch
direkt an den Kontaktaugen 7 bzw. Kontaktsegmenten 8 fixiert sein,
z.B. durch Spritzen eines geeigneten Kontaktkörper-Werkstoffs an den betreffenden
Flachleitungssatz.
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Nach diesen Montageschritten wird
das Modul 2 mittels der Gewindehülsen 16 und/oder anderer Führungsmittel
relativ zum Modulträger 4 zentriert und
sodann in Transportrichtung 9 gegen den Modulträger 4 transportiert,
bis die Montageposition des Moduls 2 und der erforderliche
Anpreßdruck
auf die zu kontaktierenden Kontaktaugen 7, Kontaktsegmente 8 und
Kontaktkörper 12 erreicht
ist. In dieser Montageposition sind die Kontaktkörper 12 zwischen den
als Klemmbacken wirksamen Modul 2 und Modulträger 4 mechanisch
eingespannt. Das Modul 2 wird durch die Befestigungsmittel 15, 16 und
gegebenenfalls durch weitere Bauteile arretiert.