-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von elektrischen Signalen an eine bewegliche Komponente und/oder von der beweglichen Komponente eines Kraftfahrzeugs, nämlich insbesondere an und/oder von einem Lenkrad. Die Vorrichtung umfasst ein Flachkabel, welches eine Vielzahl von kabelseitigen elektrischen Kontaktelementen aufweist, sowie eine Leiterplatte, welche eine Vielzahl von leiterplattenseitigen elektrischen Kontaktelementen aufweist, welche mit den kabelseitigen Kontaktelementen elektrisch kontaktierbar sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
-
Das Interesse richtet sich vorliegend vorzugsweise auf eine Verbindungsvorrichtung, welche zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leiterplatte einerseits und den elektrischen Leitungen eines Flachkabels, insbesondere einer Wickelfeder, andererseits ausgebildet ist, welches in ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs integriert ist. Solche Wickelfedern bzw. Wickelbänder werden in Lenkrädern eingesetzt, um elektrische Signale – etwa elektrische Versorgungsspannungen – zwischen Einrichtungen einerseits, die sich im Lenkrad befinden, und Geräten andererseits zu übertragen, die an ortsfesten Bauteilen im Fahrzeug angeordnet sind. Über eine derartige Wickelfeder wird z. B. eine elektrische Heizung im Lenkrad mit elektrischer Energie versorgt. Des Weiteren kann auch ein Airbag im Lenkrad über die Wickelfeder angesteuert werden. Ein weiteres Beispiel stellen in das Lenkrad integrierte Bedienelemente dar, welche über die Wickelfeder mit Steuergeräten elektrisch verbunden sind, die sich außerhalb des Lenkrads befinden. Die Wickelfeder beinhaltet dabei typischerweise mehrere elektrische Leitungen, welche als Flachleiter ausgebildet und elektrisch voneinander isoliert sind. Die Wickelfeder selbst stellt somit ein flaches, federndes Kabel dar – ein Flachkabel.
-
Ein Verbindungsstück zum Verbinden von elektrischen Leitungen einer Wickelfeder einerseits mit anderen elektrischen Leitungen andererseits ist beispielsweise aus dem Dokument
US 5 561 266 A bekannt.
-
Die Anbindung der Wickelfeder an eine Leiterplatte – diese ist typischerweise außerhalb des Lenkrads angeordnet – erfolgt im Stand der Technik in der Regel mit Hilfe einer Verbindungseinheit, welche in Form eines aufwendigen Steckers ausgebildet ist. Dieser Stecker wird an die Wickelfeder angeschweißt, und auf der Leiterplatte wird ein Gegenstück mit Hülsen angebracht. Der an der Wickelfeder angebrachte Stecker kann dann mit dem Gegenstück auf der Leiterplatte kontaktiert werden. Diese Art der Verbindung der Wickelfeder mit der Platine hat sich jedoch als relativ aufwendig erwiesen, weil zwei separate Bauteile bereitgestellt werden müssen, nämlich einerseits der Stecker für das Wickelband und andererseits auch das Gegenstück für die Leiterplatte. Zusätzlich nimmt auch die Herstellung dieser Verbindung relativ viel Zeit in Anspruch, weil das Gegenstück auf der Leiterplatte montiert werden muss. Diese Verbindungsart beansprucht des Weiteren relativ viel Bauraum, welcher insbesondere in Kraftfahrzeugen im Bereich des Lenkrads nur beschränkt zur Verfügung steht.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung für die Verbindung zwischen dem Flachkabel einerseits und der Leiterplatte andererseits aufzuzeigen, welche im Vergleich zum Stand der Technik weniger aufwendig ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug, wie auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
-
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Übertragen von elektrischen Signalen – beispielsweise von elektrischen Spannungen – an und/oder von einer beweglichen Komponente eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfasst ein Flachkabel sowie eine Leiterplatte. Das Flachkabel weist eine Vielzahl von kabelseitigen elektrischen Kontaktelementen auf, während die Leiterplatte ebenfalls eine Vielzahl von leiterplattenseitigen elektrischen Kontaktelementen aufweist, welche mit den kabelseitigen Kontaktelementen elektrisch zu kontaktieren sind. Die leiterplattenseitigen Kontaktelemente sind als oberflächenmontierte Kontaktelemente ausgebildet, welche auf der Oberfläche der Leiterplatte angebracht, insbesondere auf die Oberfläche der Leiterplatte gelötet, sind.
-
Die leiterplattenseitigen Kontaktelemente sind somit als SMD-Bauteile (Surface-Mounted Device) ausgebildet, welche auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert sind, nämlich insbesondere unter Verzicht auf elektrische THT-Anschlussdrähte (Through Hole Technology). Auf diesem Wege wird erreicht, dass die leiterplattenseitigen Kontaktelemente in einem einzigen Montageschritt mit anderen elektronischen SMD-Bauelementen auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert werden können, so dass die Leiterplatte während eines einzigen Fertigungsschritts mittels der sogenannten Oberflächenmontage (SMT) sowohl mit den leiterplattenseitigen Kontaktelementen als auch mit anderen, passiven und/oder aktiven elektronischen Bauelementen bestückt werden kann. Auf der Seite der Leiterplatte entfällt somit im Vergleich zum Stand der Technik die Bereitstellung des Gegenstücks für den aufwendigen Stecker mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich der Montagezeit sowie der Kosten und des Bauraums. Es entfällt also ein zusätzlicher Montageschritt, nämlich der Schritt der Montage des Gegenstücks auf der Leiterplatte. Nicht zuletzt beansprucht die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu zwei separaten Steckelementen deutlich weniger Bauraum und kann somit besonders vorteilhaft beispielsweise bei Lenkrädern in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
-
Bevorzugt ist das Flachkabel eine Wickelfeder bzw. ein Wickelband, welche bzw. welches eine Vielzahl von elektrischen Leitungen umfasst, welche insbesondere als Flachleiter ausgebildet und elektrisch voneinander isoliert sind. Die Wickelfeder kann auch in einem Wickelgehäuse angeordnet sein.
-
Die kabelseitigen Kontaktelemente sind vorzugsweise jeweils durch einen Abschnitt – insbesondere einen Endabschnitt – einer elektrischen Leitung, insbesondere eines Flachleiters, gebildet. Jedes kabelseitige Kontaktelement ist somit bevorzugt in Form eines Abschnitts einer elektrischen Leitung, insbesondere eines Flachleiters, ausgebildet, so dass dieser flache Abschnitt der elektrischen Leitung mit dem zugeordneten leiterplattenseitigen Kontaktelement in elektrische Verbindung gebracht wird.
-
Die bewegliche Komponente des Kraftfahrzeugs ist bevorzugt ein Lenkrad, in welches zumindest eine Einrichtung integriert ist, welche über das Flachkabel elektrische Signale empfängt und/oder an die Leiterplatte übermittelt.
-
Bevorzugt weisen die leiterplattenseitigen Kontaktelemente jeweils einen federnden Kontaktabschnitt auf, der mit dem zugeordneten kabelseitigen Kontaktelement in federnde Anlage bringbar ist. Somit kann eine besonders zuverlässige und betriebssichere elektrische Verbindung zwischen den beiderseitigen Kontaktelementen geschaffen werden, weil mittels des federnden Kontaktabschnitts eine Federkraft auf das zugeordnete kabelseitige Kontaktelement aufgebracht wird.
-
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung ein mit dem Flachkabel verbundenes eigensteifes Stützelement aufweist, welches an der Leiterplatte mechanisch befestigt werden kann und mittels welchem die kabelseitigen Kontaktelemente mit den leiterplattenseitigen Kontaktelementen in einer die elektrische Verbindung bewirkenden Stützanlage zu halten sind. Das Stützelement wird demnach mit der Leiterplatte mechanisch verbunden und drückt somit die kabelseitigen Kontaktelemente gegen die zugeordneten leiterplattenseitigen Kontaktelemente, insbesondere die federnden Abschnitte der leiterplattenseitigen Kontaktelemente, so dass insgesamt eine sehr stabile und rutschfeste elektrische Verbindung geschaffen werden kann. Das Stützelement versteift in dieser Ausführungsform einen Endbereich des biegbaren Flachkabels und somit die dort befindlichen kabelseitigen Kontaktelemente, so dass diese in stabiler Stützanlage mit den jeweiligen leiterplattenseitigen Kontaktelementen gehalten werden können.
-
Das Stützelement hat auch den Vorteil, dass auf einen aufwendigen, separaten Stecker verzichtet werden kann, der im Stand der Technik eingesetzt und mit den einzelnen kabelseitigen Kontaktelementen verschweißt wird. Somit kann insgesamt eine kostenreduzierte und bauteilreduzierte Vorrichtung geschaffen und die Anzahl der elektrischen Schnittstellen reduziert werden.
-
Bevorzugt ist das Stützelement als Rahmen mit einer durchgängigen Aussparung für das Flachkabel ausgebildet. In dieser Aussparung kann eine Führung für das Flachkabel bereitgestellt sein, in welche das Flachkabel eingeführt und somit durch das Stützelement rutschfest gehalten ist. Im Vergleich zum Stand der Technik entfällt somit der Schweißprozess des Kabels mit einem speziellen Stecker, was zusätzlich noch den Aufwand bei der Montage der Vorrichtung reduziert.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Flachkabel in einem Wickelgehäuse angeordnet ist und das Stützelement als Teil des Wickelgehäuses bzw. einstückig und somit integral mit dem Wickelgehäuse ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Anzahl der benötigten Komponenten auf ein Minimum reduziert.
-
Um eine betriebssichere mechanische Verbindung zwischen dem Stützelement und der Leiterplatte zu ermöglichen, kann das Stützelement zumindest einen Stift und/oder einen Rasthaken aufweisen, der zur Befestigung des Stützelements auf der Leiterplatte in eine korrespondierende Aussparung der Leiterplatte aufgenommen werden kann. Das Verbinden des Stützelements mit der Leiterplatte erfolgt somit durch Einstecken des Stifts und/oder Rasthakens in die korrespondierende Aussparung der Leiterplatte. Diese Aussparung kann auch eine Durchgangsöffnung sein.
-
Bevorzugt weisen die leiterplattenseitigen Kontaktelemente jeweils einen Kontaktabschnitt, insbesondere den federnden Kontaktabschnitt, auf, der mit dem zugeordneten kabelseitigen Kontaktelement in Anlage gebracht wird. Die Kontaktabschnitte der leiterplattenseitigen Kontaktelemente sind bevorzugt unter einem Winkel größer 0° zu der Oberfläche der ebenen Leiterplatte angeordnet. Somit wird eine Anordnung des Flachkabels in einem Winkel größer 0°, insbesondere in einem rechten Winkel, zur Leiterplatte ermöglicht.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Flachkabel beidseitig jeweils mit einer Vielzahl von kabelseitigen Kontaktelementen versehen ist und auf der Oberfläche der Leiterplatte zwei Reihen von leiterplattenseitigen Kontaktelementen angebracht sind, so dass ein die kabelseitigen Kontaktelemente aufweisender Endbereich des Flachkabels zwischen die zwei Reihen einführbar ist. Somit kann unter Beibehaltung der Breite des Flachkabels die Anzahl von Kontaktelementen und somit von separaten elektrischen Leitungen verdoppelt werden, weil beide Seiten des Flachkabels genutzt werden.
-
Alternativ kann auf jeder Seite des Flachkabels nur jedes zweite kabelseitige Kontaktelement kontaktiert werden.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer beweglichen Komponente, insbesondere einem Lenkrad, sowie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen einer Vorrichtung zum Übertragen von elektrischen Signalen an und/oder von einer beweglichen Komponente eines Kraftfahrzeugs, durch Bereitstellen eines Flachkabels mit einer Vielzahl von kabelseitigen elektrischen Kontaktelementen sowie Bereitstellen einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von leiterplattenseitigen elektrischen Kontaktelementen, welche mit den kabelseitigen Kontaktelementen elektrisch kontaktiert werden, wobei die leiterplattenseitigen Kontaktelemente als oberflächenmontierte Kontaktelemente (SMD) auf der Oberfläche der Leiterplatte angebracht, insbesondere auf die Oberfläche gelötet, werden.
-
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile geltend entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
2 in vergrößerter Darstellung einen Verbindungsbereich der Vorrichtung gemäß 1;
-
3 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine Leiterplatte mit daran angebrachten Kontaktelementen;
-
4 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Endbereich eines Flachkabels mit einem eigensteifen Stützelement, welches mit der Leiterplatte mechanisch verbunden wird;
-
5 in schematischer und perspektivischer Darstellung eine obere Seite des Stützelements, welche von der Leiterplatte abgewandt ist; und
-
6 in schematischer Darstellung eine Seiten- bzw. Schnittansicht durch die Vorrichtung.
-
Eine in 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, vorgesehen und dient zur Übertragung von elektrischen Signalen zwischen Einrichtungen, die in das Lenkrad integriert sind, und beispielsweise einem Steuergerät, das an einem ortsfesten Bauteil des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst ein als Wickelfeder ausgebildetes Flachkabel 2, welches in an sich bekannter Weise in Form eines federnden und flachen Wickelbandes ausgeführt ist und in einem Wickelgehäuse (nicht dargestellt) untergebracht werden kann. Über das Flachkabel 2 werden die elektrischen Signale an lenkradseitige Komponenten übertragen. Das Flachkabel 2 beinhaltet mehrere separate elektrische Leitungen, welche elektrisch voneinander isoliert sind. Diese flachen Leitungen sind in das Flachkabel 2 in bekannter Weise integriert.
-
Am Ende der genannten Leitungen sind kabelseitige Kontaktelemente 3 ausgebildet, die an einem freien Ende 4 des Flachkabels 2 angeordnet sind. Diese kabelseitigen Kontaktelemente 3 stellen also flache metallische Flächen dar, welche in Breitenrichtung des Flachkabels 2 nebeneinander und beabstandet zueinander verteilt angeordnet sind. Um diese kabelseitigen Kontaktelemente 3 mit elektronischen Komponenten elektrisch zu verbinden, sind auf einer Oberfläche 5 einer Leiterplatte 6 eine Vielzahl von leiterplattenseitigen Kontaktelementen 7 bereitgestellt, welche jeweils ein kabelseitiges Kontaktelement 3 kontaktieren.
-
Bezug nehmend auf 3 sind die leiterplattenseitigen Kontaktelemente 7 als metallische SMD-Kontakte ausgebildet, welche auf die Oberfläche 5 der Leiterplatte 6 gelötet sind, wobei die zugeordneten Leiterbahnen hier nicht dargestellt sind. Dies bedeutet, dass die leiterplattenseitigen Kontaktelemente 7 ausschließlich oberflächenmontiert werden und somit nicht durch die Leiterplatte 6 hindurch gesteckt werden müssen. Diese Kontaktelemente 7 werden in einem Fertigungsschritt mit den anderen SMD-Bauelementen auf die Leiterplatte 6 gelötet.
-
Jedes Kontaktelement 7 ist einstückig ausgebildet und weist einen streifenförmigen Befestigungsbereich bzw. Befestigungsabschnitt 8 sowie einen Kontaktabschnitt 9 auf. Die Befestigungsabschnitte 8 liegen direkt auf der Oberfläche 5 der Leiterplatte 6 auf und sind mit korrespondierenden Metallisierungsflächen auf der Leiterplatte 6 verlötet, während die Kontaktabschnitte 9 von der Leiterplatte 6 abstehen und sich somit unter einem Winkel zur Oberfläche 5 erstrecken. Diese Kontaktabschnitte 9 sind außerdem bogenförmig und somit federnd ausgeführt und weisen jeweils eine Anlagefläche 10 auf, welche in federnde Anlage mit dem korrespondierenden kabelseitigen Kontaktelement 3 gebracht werden kann.
-
Um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung und eine betriebssichere Anlage zwischen den leiterplattenseitigen Kontaktelementen 7 und den kabelseitigen Kontaktelementen 3 zu ermöglichen, wird ein eigensteifes, beispielsweise aus Kunststoff gebildetes Stützelement 11 eingesetzt, welches mit der Leiterplatte 6 mechanisch verbunden wird. Zu diesem Zwecke sind in der Leiterplatte 6 Aussparungen 12 ausgebildet, welche als Durchgangsöffnungen bereitgestellt sind. In diese Aussparungen 12 können korrespondierende Stifte 13 eingesteckt werden, welche an dem Stützelement 11 ausgebildet sind.
-
Das einstückige Stützelement 11 ist zusammen mit dem Flachkabel 2 in 4 dargestellt. Wie aus 4 hervorgeht, ist das Stützelement 11 in Form eines Rahmens bereitgestellt, welcher zum Versteifen des freien Endes 4 des Flachkabels 2 und somit der kabelseitigen Kontaktelemente 3 dient. Es weist eine durchgängige Aussparung 14 auf, in welche das freie Ende 4 bzw. der Endbereich des Flachkabels 2 eingeführt ist. Innerhalb der Aussparung 14 ist eine Führung 15 (siehe 5) für das Flachkabel 2 bereitgestellt, welche zum Halten bzw. zur Lagerung des Flachkabels 2 ausgebildet ist.
-
Werden nun die in 4 gezeigten Stifte 13 in die korrespondierenden Aussparungen 12 gemäß 3 eingesteckt, so liegt die Stirnseite des freien Endes 4 des Flachkabels 2 auf der Oberfläche 5 der Leiterplatte 6 derart auf, dass sich der Endbereich des Flachkabels 2 unter einem rechten Winkel zur Leiterplatte 6 erstreckt. Somit erstrecken sich auch die kabelseitigen Kontaktelemente 3 senkrecht zur Leiterplatte 6 und werden seitlich mittels der leiterplattenseitigen Kontaktelemente 7 kontaktiert. Das Stützelement 11 und die Auslegung der Stifte 13 bzw. der Aussparungen 12 sorgen dafür, dass die kabelseitigen Kontaktelemente 3 in federnde Stützanlage mit den korrespondierenden Kontaktabschnitten 9 bzw. Anlageflächen 10 der leiterplattenseitigen Kontaktelemente 7 gebracht werden, so dass insgesamt eine elektrische Verbindung entsteht. Aufgrund der Federkraft der Kontaktabschnitte 9 entsteht ein gegenseitiger Druck bzw. eine Vorspannung zwischen den Kontaktabschnitten 9 einerseits und den kabelseitigen Kontaktelementen 3 andererseits. Dies sorgt für eine zuverlässige elektrische Verbindung.
-
Die gegenseitige Stützanlage zwischen den federnden und bogenförmigen Kontaktabschnitten 9 einerseits und den kabelseitigen Kontaktelementen 3 andererseits ist des Weiteren in 6 anhand einer partiellen Schnittdarstellung und Seitenansicht gezeigt. Um die Stabilität dieser Stützanlage zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass auf der von den leiterplattenseitigen Kontaktelementen 7 abgewandten Rückseite des Flachkabels 2 das Stützelement 11 eine sich über die gesamte Breite des Flachkabels 2 erstreckende Wandung aufweist, an welcher das Flachkabel 2 abgestützt werden kann. Alternativ kann jedoch vorgesehen sein, dass an beiden Seiten des Flachkabels 2 jeweils eine Vielzahl von Kontaktelementen 3 vorgesehen sind, welche jeweils einer separaten elektrischen Leitung zugeordnet sind. Neben der in 3 dargestellten Reihe von leiterplattenseitigen Kontaktelementen 7 kann dann parallel dazu eine zweite solche Reihe von Kontaktelementen 7 vorgesehen sein, welche spiegelsymmetrisch zu den in 3 dargestellten Kontaktelementen 7 angeordnet sind. Das Flachkabel 2 bzw. sein freies Ende 4 kann dann zwischen die beiden Reihen von Kontaktelementen 7 eingesteckt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
