DE102012220032A1

DE102012220032A1 - Kontaktvorrichtung, Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102012220032A1
Application number: DE201210220032
Authority: DE
Inventors: Markus Wuetherich; Lars Sodan; Conrad Haeussermann; Ronny Ludwig; Markus Kroeckel; Helmut Grutzeck; Helga Fuss; Michael Munz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-08
Also published as: WO2014068005A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung (2) mit einer Leiterplatte (13), die wenigstens einen elektrisch leitfähigen Anschlusskontakt (18) an einem Leiterplattenrand (17) aufweist, mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Anschlusselement (1) und mit mindestens einem Federelement (9), wobei das Anschlusselement (1) seitlich gegen den Anschlusskontakt (18) zur elektrischen Berührungskontaktierung der Leiterplatte (13) unter elastischer Verformung des Federelements (9) drängbar ist. Es ist vorgesehen, dass das Anschlusselement (1) als Stanzteil (3) ausgebildet ist und einen das Federelement (9) bildenden Abschnitt (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktvorrichtung mit einer Leiterplatte, die wenigstens einen elektrisch leitfähigen Anschlusskontakt an einem Leiterplattenrand aufweist, mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Anschlusselement und mit mindestens einem Federelement, wobei das Anschlusselement seitlich gegen den Anschlusskontakt zur elektrischen Berührungskontaktierung der Leiterplatte unter elastischer Verformung des Federelements drängbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit einer derartigen Kontaktvorrichtung.
Stand der Technik
Kontaktvorrichtungen und Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einer Leiterplatte und beispielsweise eines Steckerpins einer Steckvorrichtung sind unterschiedlichste Kontakttechnologien bekannt, wie beispielsweise das Einpressen oder Anlöten des Steckerpins an die Leiterplatte. Diese Technologien erfordern für die elektrische Verbindung einen separaten Herstellungsschritt, nämlich das Einpressen beziehungsweise Löten. Weiterhin besitzen diese Verbindungstechnologien eine starre mechanische Kopplung zwischen dem Anschlusselement (Steckerpin) und der Leiterplatte, sodass Kräfte, die auf das Anschlusselement einwirken auf die Leiterplatte übertragen werden. Insbesondere dann, wenn auf der Leiterplatte sensible Elemente, die beispielsweise der Positions- oder Lageerfassung dienen, angeordnet sind, können die über das Anschlusselement auf die Leiterplatte ausgeübten Kräfte zu unerwünschten Signalfehlern führen.
Weiterhin ist beispielsweise aus der Patentschrift DD 247 548 A1 eine Kontaktvorrichtung bekannt, bei welcher die Leiterplatte an ihrem Leiterplattenrand durch verlagerbare Anschlusselemente elektrisch kontaktierbar ist. Dabei sind den Anschlusselementen Federelemente zugeordnet, die die Anspruchselemente in Richtung der Federplatte drängen. Durch den dadurch erzeugten Berührungskontakt erfolgt eine Entkopplung der Krafteinwirkung auf die Leiterplatte.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass weniger Teile benötigt werden und dadurch der Montage- und Herstellungsaufwand verringert wird. Die erfindungsgemäße Kontaktvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Anschlusselement als Stanzteil ausgebildet ist und einen das Federelement bildenden Abschnitt aufweist. Das Federelement wird somit von dem Anschlusselement mitgebildet, wobei dieses durch die Ausbildung als Stanzteil besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist. Das Federelement lässt sich dabei an dem Stanzteil auf kostengünstige Weise durch eine entsprechende Formgebung des Anschlusselementes realisieren. Zweckmäßigerweise ist das Federelement dabei derart ausgebildet, dass es die wesentliche Federkraft in Richtung des Anschlusskontaktes bereitstellt und durch elastische Verformung außerdem auch einen seitlichen Versatz zu der Leiterplatte erlaubt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlusselement einendig als Steckerpin für eine Steckkontaktvorrichtung ausgebildet ist. Mit einem Ende ist das Anschlusselement somit Steckerpinförmig ausgebildet, um es beispielsweise in einem Steckergehäuse zu halten, in welches ein entsprechender Gegenstecker einsteckbar ist und mit einer Steckaufnahme den Steckerpin zur Kontaktierung aufnimmt. Insbesondere hierbei wird durch den vorteilhaften, das Federelement bildenden Abschnitt des Anschlusselementes gewährleistet, dass die beim Einstecken oder Ausstecken wirkenden Kräfte nicht auf die Leiterplatte übertragen werden. Darüber hinaus gewährleistet die vorteilhafte Ausbildung des Anschlusselementes, dass im Betrieb Erschütterungen von dem Anschlusselement nicht auf die Leiterplatte übertragen werden. Insbesondere, wenn auf der Leiterplatte ein Sensor, insbesondere Bewegungssensor, angeordnet ist, erlaubt die vorteilhafte Ausbildung, dass von außen aufgebrachte Kräfte, beispielsweise auf ein angeschlossenes Kabel wirkende Zugkräfte oder im Betrieb erzeugte Erschütterungen, sich nicht auf den Sensor auswirken, wodurch die erreichbare Messgenauigkeit des Sensors auch im Betrieb optimiert wird. Darüber hinaus wird an der Berührungskontaktstelle zwischen Anschlusselement und Anschlusskontakt eine Reibkorrosion verhindert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abschnitt, der das Federelement bildet, an einem dem Steckerpin gegenüberliegenden Ende des Anschlusselements angeordnet ist. Das Anschlusselement ist im Bereich des Steckerpins vorzugsweise steif ausgebildet, um eine sichere Steckverbindung zu gewährleisten, und auf der der Leiterplatte zugewandten Seite flexibel, um die Kraftentkopplung zu gewährleisten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anschlusselement in dem das Federelement bildenden Abschnitt wellenförmig oder mäanderförmig ausgebildet ist. Durch die Wellen- beziehungsweise Mäanderform erhält der Abschnitt seine federnde Eigenschaft. Durch entsprechende Wahl des Materials des Anschlusselementes sowie der Querschnittsgröße und -form in dem Federelement-Abschnitt wird die Federkraft und die elastische Verformbarkeit des Federelementes bestimmt. So kann beispielsweise durch den Wechsel einer Stanzform auf einfache Art und Weise die Federkraft in dem Abschnitt des Anschlusselements an unterschiedliche Anwendungsfälle angepasst werden.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abschnitt mit einem Endabschnitt einen gegen den Anschlusskontakt drängbaren beziehungsweise gedrängten Gegenkontakt bildet. Somit bildet ein federnder Bereich des Anschlusselementes den gegen die Leiterplatte zu pressenden beziehungsweise gepressten Gegenkontakt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Endabschnitt zumindest im Wesentlichen steif oder zumindest steifer als das übrige Federelement ausgebildet, um eine sichere Kopplung von Leiterplatte und Anschlusselement zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist der Anschlusskontakt der Leiterplatte als randoffene Durchkontaktierung der Leiterplatte ausgebildet. Üblicherweise sind Durchkontaktierungen als Öffnungen in der Leiterplatte ausgebildet, deren Seitenwände mit einer Metallisierung zur elektrischen Kontaktierung versehen sind. Diese Durchkontaktierungen können dann jedoch nur aus einer Richtung senkrecht zur Leiterplattenebene kontaktiert werden. Durch die Ausbildung als randoffene Durchkontaktierung lässt sich der Anschlusskontakt der Leiterplatte seitlich kontaktieren, wobei die randoffene Durchkontaktierung zentrierend für den Gegenkontakt wirkt. Der Querschnitt der randoffenen Durchkontaktierung ist dann zweckmäßigerweise halbkreisförmig ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Endabschnitt des Anschlusselementes V-förmig ausgebildet, insbesondere zur bereichsweisen Aufnahme des Leiterplattenrandes. Zusammen mit der randoffenen Durchkontaktierung wird somit eine sichere Kopplung von Leiterplatte und Anschlusselement gewährleistet, die ein Abrutschen des Anschlusselementes von dem Seitenrand der Leiterplatte verhindert. Der Endabschnitt ist dabei derart schmal ausgebildet, dass er in die randoffene Durchkontaktierung eingreift und durch die V-Form die Leiterplatte beidseitig umgreift. Der Endabschnitt ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dabei gabelförmig ausgebildet, um die V-Form darzustellen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Endabschnitt zumindest im Wesentlichen quer zur Steckrichtung des Steckerpins verläuft, um mit einer Längsseite den Gegenkontakt zu bilden. Gemäß dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Endabschnitt somit mit einer Längsseite den V-förmigen Gegenkontakt bildet. Dazu verläuft der Endabschnitt im Wesentlichen quer zur Steckrichtung, wobei er gekrümmt ausgebildet oder mit einem Knick versehen ist, um die V-Form zu realisieren.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Anschlusselement zwischen dem Steckerpin und dem Federelement einen Halteabschnitt zum Befestigen des Anschlusselementes in einem Gehäuse aufweist. Dieser Halteabschnitt kann beispielsweise durch seitliche Vorsprünge des Anschlusselements gebildet werden, die in entsprechende Aufnahmen eines Gehäuses einsteckbar sind. Besonders bevorzugt stellt das Gehäuse ein Steckergehäuse dar, in welchem der Steckerpin fest arretiert wird. Durch Befestigen des Steckergehäuses an einem die Leiterplatte tragenden Gehäuse wird das Anschlusselement mit dem Federelement gegen den Seitenrand der Leiterplatte gedrückt/gepresst.
Die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen Leiterplatte und Anschlusselement gewährleistet wird. Dazu zeichnet sich die Schaltungsanordnung dadurch aus, dass die Leiterplatte in einem ersten Gehäuseteil und das Anschlusselement in einem zweiten Gehäuseteil jeweils fest angeordnet sind, wobei die Gehäuseteile derart aneinander befestigbar/befestigt sind, dass das Anschlusselement seitlich gegen den Anschlusskontakt beziehungsweise die Leiterplatte unter elastischer Verformung des Federelementes drängbar/gedrängt ist.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 ein Anschlusselement in einer Draufsicht,
2 eine Leiterplatte in einer perspektivischen Darstellung, und
3 eine Schaltungsvorrichtung mit dem Anschlusselement und der Leiterplatte in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung.
1 zeigt ein Anschlusselement 1 einer Kontaktvorrichtung 2. Das Anschlusselement 1 ist einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt und als Stanzteil 3 ausgebildet. Das Anschlusselement 1 ist bevorzugt aus einem Blechteil durch Stanzen hergestellt. Dadurch ergeben sich geringe Herstellungskosten und aufgrund der Einstückigkeit ein einfach zu handhabendes Bauteil.
Das Anschlusselement 1 weist einen Steckerpin 4 auf, der ein erstes Ende des Anschlusselementes 1 bildet und an seinem freien Ende eine Zentrierspitze 5 aufweist. An seinem anderen Ende geht der Steckerpin 4 in einen Halteabschnitt 6 über, der wesentlich breiter als der Steckerpin 4 ausgebildet ist und mittig eine Bohrung 7 aufweist.
An der dem Steckerpin 4 abgewandten Seite des Halteabschnitts 6 geht das Anschlusselement 1 in einen Abschnitt 8 über, der mäanderförmig ausgebildet ist. Hierzu verläuft das Anschlusselement 1 in dem Abschnitt 8 abschnittsweise quer zur Längserstreckung des Steckerpins 4, sodass der Abschnitt 8 in Richtung des Steckerpins 4 elastisch verformbar ist. Der Abschnitt 8 bildet somit insgesamt ein Federelement 9, das einstückig mit dem Anschlusselement 1 ausgebildet ist.
An seinem freien Endabschnitt 10 weist der Abschnitt 8 eine V-förmige Ausgestaltung auf, die von einem Knick 11 in dem Endabschnitt 10 gebildet wird. Der Knick 11 ist dabei derart ausgebildet, dass die V-Form von dem Steckerpin 4 wegweisend geöffnet ist. Hierdurch bildet der Endabschnitt 10 mit seiner dem Steckerpin 4 abgewandten Längsseite einen Gegenkontakt 12, auf den später näher eingegangen wird.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Leiterplatte 13, auf welcher mehrere elektrisch/elektronische Bauteile 14, 15, 16 angeordnet sind. Bei dem Bauteil 14 handelt es sich vorzugsweise um einen Sensor, der beispielsweise als Inertialsensor oder Lagesensor ausgebildet ist. Zum elektrischen Kontaktieren der auf der Leiterplatte 13 angeordneten Bauteile sind an einem Seitenrand 17 der Leiterplatte 13 mehrere Anschlusskontakte 18 angeordnet. Die Anschlusskontakte 18 sind dabei jeweils als randoffene Durchkontaktierungen 19, die jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, ausgebildet. Die randoffenen Durchkontaktierungen 19 weisen eine metallisierte Oberfläche auf und sind beispielsweise elektrisch leitend mit den Bauteilen 14 bis 16 verbunden.
3 zeigt eine Schaltungsanordnung 20 in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, die das Anschlusselement 1 und die Leiterplatte 13 aufweist. Die Schaltungsanordnung 20 weist ein Gehäuse 21 auf, das von zwei Gehäuseteilen 22 und 23 gebildet wird. Das Gehäuseteil 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet und trägt die Leiterplatte 13, die fest in dem Gehäuseteil 22 derart angeordnet ist, dass der Leiterplattenrand 17 frei zugängig ist.
An dem Gehäuse 22 ist das Gehäuseteil 23 befestigt, in welchem das Anschlusselement 1 mehrfach angeordnet ist. Die mehreren Anschlusselemente 1 sind dabei mittels des Halteabschnitts 6 formschlüssig in dem Gehäuseteil 23 gehalten. Dies kann beispielsweise durch Einstecken der Anschlusselemente 1 in das Gehäuseteil 23 in eine jeweilige Rastaufnahme erfolgen. Die Rastverbindung kann dabei beispielsweise mit der jeweiligen Bohrung 7 zusammenwirken. Auch ist es denkbar, nach dem Einschieben der Anschlusselemente 1 in das Gehäuseteil 23 einen Stift durch die Bohrungen 7 und entsprechende Bohrungen im Gehäuseteil 23 zu schieben, um die Anschlusselemente 1 in dem Gehäuseteil 23 zu arretieren. Alternativ kann das Gehäuseteil 23 auch um die mehreren Anschlusselement 1 herumgespritzt werden.
Die Anschlusselemente 1 sind dabei in dem Gehäuseteil 23 derart angeordnet, dass der jeweilige Abschnitt 8 frei beweglich und der Gegenkontakt 12 frei zugängig ist, sodass beim Aufsetzen des Gehäuseteils 23 auf das Gehäuseteil 22 jeweils ein Gegenkontakt 12 mit jeweils einem der Anschlusskontakte 18 in Berührungskontakt gelangt. Aufgrund der randoffenen Durchkontaktierungen 19 und der V-förmigen Ausbildung des Gegenkontakts 12 erfolgt eine Selbstzentrierung des jeweiligen Endabschnitts 10 an den Anschlusskontakten 18. Gleichzeitig wird der Abschnitt 8 beziehungsweise das Federelement 9 axial beziehungsweise in Längserstreckung des Steckerelements 4 gesehen vorgespannt.
Die Steckerpins 4 sind frei zugängig in einer Steckeraufnahme 24 des Gehäuseteils 23 angeordnet, das insofern ein Steckergehäuse bildet. Wird ein entsprechender Gegenstecker in die Steckeraufnahme 24 hineingesteckt, wird die dabei auf die Anschlusselemente 1 ausgeübte Kraft durch die Federelemente 9 kompensiert und nicht direkt an die Leiterplatte 13 weitergegeben.
Insgesamt wird somit verhindert, dass auf der Leiterplatte 13 befindliche Elemente, bei einem Anstecken eines Gegensteckers an die Steckeraufnahme 24 oder bei einer Montage der Schaltungsanordnung 20 beeinflusst oder gestört werden. Hierdurch wird eine Beeinflussung eines Sensorsignals durch externe Kräfte deutlich reduziert. Dies gilt auch im Betrieb der Kontaktvorrichtung 2 beziehungsweise der Schaltungsanordnung 20. Es wird verhindert, dass sich auf die Steckverbindung auswirkende Erschütterungen von den Steckerpins 4 auf die Leiterplatte 13 übertragen werden. Außerdem wird aufgrund der Kraftentkopplung zwischen den Steckerpins 4 und den Anschlusskontakten 18 eine Reibkorrosion an den Kontaktstellen verhindert und dadurch die Lebensdauer der Kontaktvorrichtung 2 beziehungsweise der Schaltungsanordnung 20 erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 247548 A1 [0004]

Claims

Kontaktvorrichtung (2) mit einer Leiterplatte (13), die wenigstens einen elektrisch leitfähigen Anschlusskontakt (18) an einem Leiterplattenrand (17) aufweist, mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Anschlusselement (1) und mit mindestens einem Federelement (9), wobei das Anschlusselement (1) seitlich gegen den Anschlusskontakt (18) zur elektrischen Berührungskontaktierung der Leiterplatte (13) unter elastischer Verformung des Federelements (9) drängbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) als Stanzteil (3) ausgebildet ist und einen das Federelement (9) bildenden Abschnitt (8) aufweist.
Kontaktvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) einendig als Steckerpin (4), insbesondere für eine Steckkontaktvorrichtung ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (8) an einem dem Steckerpin (4) gegenüberliegenden Ende des Anschlusselements (1) angeordnet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) in dem Abschnitt (8) wellenförmig oder mäanderförmig ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (8) mit einem Endabschnitt (10) einen gegen den Anschlusskontakt (18) drängbaren Gegenkontakt (12) bildet.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt (18) als randoffene Durchkontaktierung (19) in dem Leiterplattenrand (17) ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (10) V-förmig, insbesondere zur bereichsweisen Aufnahme des Leiterplattenrandes (17) ausgebildet ist.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (10) zumindest im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des Steckerpins (4) verläuft, um mit einer Längsseite den Gegenkontakt (12) zu bilden.
Kontaktvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) zwischen dem Steckerpin (4) und dem Federelement (9) einen Halteabschnitt (6) zum Befestigen des Anschlusselements (1) in einem Gehäuse (21) aufweist.
Schaltungsanordnung (20) mit einer Kontaktvorrichtung (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (13) in einem ersten Gehäuseteil (22) und das mindestens eine Anschlusselement (1) in einem zweiten Gehäuseteil (23) angeordnet ist, wobei die Gehäuseteile (22, 23) derart aneinander befestigbar/befestigt sind, dass das mindestens eine Anschlusselement (1) mit seinem Gegenkontakt (12) seitlich gegen den mindestens einen Anschlusskontakt (18) unter elastischer Verformung des Federelementes (9) drängbar/gedrängt ist.