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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement, in das ein Gegenkontaktelement einsteckbar ist, zum Anbringen an einer Leiterplatte. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Stromschnittstelle mit einer Leiterplatte und einem daran angebrachten Kontaktelement. Die Erfindung lässt sich z.B. in einem Stromverteiler eines Kraftfahrzeugs einsetzen, in dem die Leiterplatte u.a. schaltende Funktionen übernehmen kann.
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Stand der Technik
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Elektrische Kontaktelemente zum Anbringen an einer Leiterplatte sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
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So offenbart beispielsweise die
DE 10 2016 206 336 A1 ein kastenförmiges elektrisches Kontaktelement, das sich zur Anbringung an einer Leiterplatte eignet. Das Kontaktelement weist eine Außenwand auf, die einen Innenraum umgrenzt, wobei die Außenwand ein oberes Ende und ein unteres Ende enthält. Ein Paar Zungen erstrecken sich von der Außenwand nach oben auf das obere Ende der Außenwand zu, wobei sich die paarigen Zungen wenigstens teilweise im Inneren des Innenraums erstrecken. Ein Ende jeder Zunge der paarigen Zungen ist in einem vertikalen Abstand zu dem oberen Ende der Außenwand angeordnet. Nachteilig daran ist, dass bei dem Kontaktelement die Zungen im Inneren des Innenraums zwei Funktionen erfüllen müssen, nämlich die elektrische Verbindung zu einem in den Innenraum einsteckbaren Gegenkontaktelement und das Aufbringen einer mechanischen Kontaktkraft auf dieses Gegenkontaktelement. Dadurch wird für beide Funktionen ein elektrisch gut leitfähiges Material verwendet, das in der benötigten Menge entsprechend kostenintensiv ist.
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Ein anderes Kontaktelement ist z.B. aus der
DE 103 51 540 B3 bekannt. Das Kontaktelement ist eine Flachsteckbuchse mit einem Buchsenschacht zur elektrisch kontaktierenden Aufnahme eines Flachsteckers. Der Buchsenschacht weist zumindest eine an einer Breitseite des Buchsenschachts kammartig angeordnete Schar von Kontaktstegen auf, die im Wesentlichen parallel sind und in Steckrichtung verlaufen. Dabei sind die Kontaktstege zur Mitte des Buchsenschachts hin gebogen. Zum Anbringen an einer Leiterplatte weist das Kontaktelement als Verlängerung einer Breitseite der Flachsteckbuchse ausgebildete Lötbeine auf. Auch hier ist nachteilig, dass durch die einstückige Ausgestaltung der Flachsteckbuchse eine große Menge elektrisch gut leitfähiges Material benötigt wird.
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DE 100 47 457 A1 offenbart eine aus einem Stück Blech durch Stanzen und Biegen hergestellte Steckhülse. Diese enthält zwei ebene etwa parallel zueinander verlaufende Kontaktelemente, die im Bereich ihrer einen Enden miteinander durch den Steg der U-Form verbunden sind. Im Bereich ihrer gegenüberliegenden freien Kanten sind die beiden Kontaktelemente mit einer Vielzahl von Kontaktstiften versehen, die in durchkontaktierte Bohrungen einer Leiterplatte eingepresst werden können. Im Bereich der Verbindungsstelle zwischen den beiden Kontaktelementen ist eine Öffnung vorgesehen, durch die ein Stecker zwischen die beiden Kontaktelemente eingeschoben werden kann.
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DE 197 24 581 A1 beschreibt eine Steckhülse für Leiterplatten. Diese enthält in einem Gehäuse ein Klemmelement, das mit zwei Ansätzen aus der einen Fläche des Gehäuses herausragt. Mit Hilfe dieser Ansätze lässt sich das Klemmelement in durchkontaktierte Bohrungen einer Leiterplatte einpressen. Durch das Einpressen erfolgt gleichzeitig auch eine Festlegung des Gehäuses an der Leiterplatte.
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Des Weiteren ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2016 201 103 A1 ein Kontaktelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, das sich allerdings nicht zur Anbringung an einer Leiterplatte eignet.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel ein elektrisches Kontaktelement zum Anbringen an einer Leiterplatte zu schaffen, bei dem elektrisch leitfähiges Material eingespart werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktelement eignet sich zum Anbringen an einer Leiterplatte und weist eine kastenförmige Buchse auf, in der eine Kontaktfeder sowie eine Kontaktlasche so gehalten sind, dass sie zwischen sich einen Aufnahmeraum für ein an einer ersten Stirnseite in die Buchse in einer Einsteckrichtung einzusteckendes elektrisches Gegenkontaktelement ausbilden. Die Kontaktfeder und/oder die Kontaktlasche sind aus einem blechförmigen Metallwerkstoff durch Stanzen/Biegen ausgeformt und erstrecken sich parallel zueinander. Die Buchse ist separat dazu ausgebildet und verfügt über Befestigungsmöglichkeiten für die Kontaktfeder und die Kontaktlasche, um diese entlang der Einsteckrichtung und senkrecht dazu, also in dem den Aufnahmeraum ausbildenden Abstand, zu halten. Das Gegenkontaktelement kann z.B. ein Flachsteckkontakt bzw. ein Kontaktmesser sein, das über das Kontaktelement in elektrischer Verbindung zur Leiterplatte stehen soll.
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Erfindungsgemäß steht an einer der ersten Stirnseite entgegengesetzten, zweiten Stirnseite der Buchse wenigstens ein zu der Buchse separat ausgebildeter Kontaktstift zum Einstecken in die Leiterplatte hervor. Dabei sind die Einsteckrichtung des Gegenkontaktelements in die Buchse und die Montageeinsteckrichtung des Kontaktelements in die Leiterplatte zueinander parallel und vorzugsweise gleichgerichtet.
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Durch die strukturelle Trennung des Kontaktstifts von der Buchse muss diese nicht aus demselben, vorzugsweise eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisenden, Material wie der Kontaktstift gefertigt sein. Vielmehr kann jeweils das kostengünstigste und/oder funktionalste Material für die einzelnen Komponenten gewählt werden, so dass sich entweder die Bereitstellungskosten oder die Fertigungsmöglichkeiten oder beides verbessern lassen.
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Die Kontaktlasche weist wenigstens einen sich im Inneren der Buchse entgegen einer Erstreckungsrichtung des Kontaktstifts erstreckenden Stützarm auf, der mit der Buchse in Eingriff steht. Dies bedingt, dass das Kontaktelement parallel sowie gleichgerichtet zur Einsteckrichtung des Gegenkontaktelements in die Leiterplatte eingesteckt wird. Dadurch kann die Buchse nach dem Anbringen an der Leiterplatte nicht von der Kontaktlasche abgezogen werden, da sie daran formschlüssig gehalten wird. Dabei kann der Stützarm am Aufnahmeraum vorbei geführt sein, um Raum für das Gegenkontaktelement zu lassen.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktstift einstückig mit der Kontaktlasche ausgeformt ist. Vorzugsweise ist der Kontaktstift also ein (Material-)Fortsatz der sonst blechförmigen Kontaktlasche und sind somit aus demselben Metallwerkstoff mit guter elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Je nach erforderlicher Leitfähigkeit kann die Kontaktlasche mit ganzflächiger oder partieller Beschichtung ausgeführt sein. Die Beschichtung kann z.B. aus Zinn, Nickel, Silber oder Gold bestehen. Somit ergibt sich bei eingestecktem Gegenkontaktelement ein Strompfad z.B. von einer Leiterbahn der Leiterplatte über den Kontaktstift sowie die Kontaktlasche hin zu dem Gegenkontaktelement. Selbstverständlich gilt das umgekehrt auch bei einem über das Gegenkontaktelement eingespeisten Strom.
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Idealerweise kann die Kontaktlasche eine Kontaktfläche zur Anlage des Gegenkontaktelements aufweisen, die zur zweiten Stirnseite hin in den Kontaktstift mündet. Die Kontaktlasche ist also vorzugsweise dazu ausgebildet, über seine Kontaktfläche einen flächigen Kontakt zu einer Flachseite des Gegenkontaktelements zu haben, wobei die Kontaktfeder die benötigte Kontaktkraft auf eine der Kontaktlasche abgewandte, andere Flachseite des Gegenkontaktelements aufbringt.
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Um eine möglichst großfläche Kontaktierung sowie Anbringung und/oder Befestigung an der Leiterplatte zu erreichen, können zumindest ein Paar erster Kontaktstifte und ein Paar zweiter Kontaktstifte hervorstehen. Die Kontaktlasche kann also auch in insgesamt vier oder mehr Kontaktstiften vorgesehen sein, die vorzugsweise alle einen elektrischen Kontakt zur Leiterplatte herstellen können und zusätzlich über eine Lötverbindung daran befestigt werden. Dadurch sitzt das Kontaktelement sicher und fest auf der Leiterplatte.
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Um eine kippsichere Anbringung zu ermöglichen, können die ersten und zweiten Kontaktstifte in einer Richtung quer zur Einsteckrichtung so voneinander beabstandet sein, dass sie gemeinsam eine Kontaktebene aufspannen. Die Kontaktebene bildet dann anschaulich betrachtet ein Vieleck, insbesondere ein Viereck und vorzugsweise ein Trapez.
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Um beim Anbringen des Kontaktelements, das vorzugsweise durch Aufstecken und Verlöten an der Leiterplatte erfolgt, zu vermeiden, dass sich die Buchse relativ zur Kontaktlasche bewegt oder gar bis auf die Oberfläche der Leiterplatte geschoben wird, kann die Kontaktlasche wenigstens einen über ihre Schmalseite hervorstehenden Absatz aufweisen, der an einer Kante der zweiten Stirnseite anliegt. In anderen Worten bildet der Absatz einen Anschlag für die Buchse an der Kontaktlasche.
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Um gute Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Kontaktelements und/oder eine kostengünstige Bereitstellung zu gewährleisten, kann die Kontaktlasche aus einem Material gefertigt sein, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Material der Kontaktfeder aufweist. Das Material der Kontaktfeder kann ein Metallwerkstoff mit z.B. guten Federeigenschaften sein, um über die Lebensdauer des Kontaktelements eine gute Feder- bzw. Kontaktkraft auf das eingesteckte Gegenkontaktelement aufbringen zu können. Die Kontaktlasche besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wie etwa E-Cu.
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Für eine Durchsteckmontage an der Leiterplatte kann der Kontaktstift als Lötstift mit einer längsendig angeordneten, lötbaren Beschichtung ausgeführt sein. Die Beschichtung kann z.B. aus Zinn, Nickel oder Silber bestehen. Zudem ist die Beschichtung vorzugsweise partiell auf den über die Buchse hervorstehenden Abschnitt des Kontaktstifts aufgebracht, da nur das der Buchse abgewandte, freie Ende des Kontaktstifts verlötet wird.
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Alternativ zu einer Beschichtung ist es auch denkbar, dass der Kontaktstift als Lötstift mit einer längsendig angeordneten, lötbaren Löthülse ausgeführt ist. Diese kann z.B. auf den Kontaktstift aufgesteckt, insbesondere aufgepresst, sein. Die Löthülse kann für eine gute Lötbarkeit aus Zinn, Nickel oder Silber bestehen.
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Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Stromschnittstelle, mit einer Leiterplatte und einem daran mittels Durchsteckmontage befestigten elektrischen Kontaktelement in einer oder mehreren der vorstehen erläuterten Ausführungsvarianten. Dabei kann die Leiterplatte z.B. auch in einem elektrischen Stromverteiler angeordnet sein und dort u.a. eine schaltende Funktion haben, um über eine Steckverbindung mit dem Kontaktelement elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgen zu können.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Stromschnittstelle mit einer Leiterplatte und einem daran angebrachten elektrischen Kontaktelement,
- 2 die Stromschnittstelle aus 1, bei der zur besseren Veranschaulichung eine Buchse des Kontaktelements ausgeblendet ist, und
- 3 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktelements.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine elektrische Stromschnittstelle 100, die z.B. in einem (nicht gezeigten) Stromverteiler eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und der Versorgung (nicht gezeigter) elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs dient. Sie weist eine Leiterplatte 110 mit (nicht gezeigten) Leiterbahnen und ein elektrisches Kontaktelement 120 in Form eines Hülsenkontakts auf, das mittels Durchsteckmontage an der Leiterplatte 110 angebracht ist.
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Das Kontaktelement 120 eignet sich zum Einstecken eines (nicht gezeigten) elektrischen Gegenkontaktelements in einer Einsteckrichtung R und verfügt über eine kastenförmige Buchse 121, die als Stanz-/Biegeteil aus einem Blechmaterial gefertigt ist. Die Buchse 121 weist eine offene erste Stirnseite 122 und eine dieser gegenüberliegende sowie ebenfalls offene, zweite Stirnseite 123 auf. Die erste Stirnseite 122 dient dem Einstecken eines (nicht gezeigten) elektrischen Gegenkontaktelements, wie etwa einem Kontaktmesser oder ähnlichem, in die Buchse 121. Über die zweite Stirnseite 123 ist das Kontaktelement 120 an der Leiterplatte 110 befestigt, wie dies weiter unten noch detaillierter beschrieben wird. Innerhalb der Buchse 121 sind eine Kontaktfeder 124, die in dieser Darstellung größtenteils durch die Buchse 121 verdeckt ist, und eine Kontaktlasche 125 angeordnet und gehalten. Zum Halten der Kontaktfeder 124 weist die Buchse 121 an der ersten Stirnseite 122 zwei nach innen gebogene Haltelaschen 126 auf, die die Kontaktfeder 124 stirnseitig umgreifen und formschlüssig halten. Auf ähnliche Weise wird die Kontaktlasche 125 durch eine weitere Haltelasche 127, die an der ersten Stirnseite 122 angeordnet ist, formschlüssig gehalten. Sowohl die Kontaktfeder 124 als auch die Kontaktlasche 125 sind aus einem blechförmigen Metallwerkstoff gefertigt und als Stanz-/Biegeteil ausgeführt. Bei dem Material der Kontaktfeder 124 handelt es sich hier um einen Metallwerkstoff mit Federeigenschaften, wie etwa einen Federstahl. Die Kontaktlasche 125 dient dagegen primär der elektrischen Verbindung des Kontaktelements 120 und ist daher aus einem elektrisch gut leitfähigen Metallwerkstoff gefertigt, wie etwa E-Cu.
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In 2, die die Stromschnittstelle 100 aus 1 zur besseren Veranschaulichung nun mit ausgeblendeter Buchse 121 zeigt, sind die Ausgestaltung und Anordnung der Kontaktfeder 124 sowie der Kontaktlasche 125 zu erkennen. Diese erstrecken sich parallel zueinander und bilden zwischen sich einen Aufnahmeraum 128 zum Einstecken des Gegenkontaktelements, wobei die Kontaktfeder 124 - funktional betrachtet - das Gegenkontaktelement in Richtung der bzw. an die Kontaktlasche 125 drückt. Hierzu weist die Kontaktfeder 124 zwei Auswölbungen 129 auf, die sich in Richtung des Aufnahmeraums 128 erstrecken. Die Kontaktlasche 125 verfügt über eine den Auswölbungen 129 zugewandte Kontaktfläche 130, die eine Anlagefläche für eine Flachseite des Gegenkontaktelements darstellt.
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In Richtung der zweiten Stirnseite 123, also in Richtung der Leiterplatte 110, geht die Kontaktfläche 130 in mehrere Kontaktstifte 131 über, die somit einstückig mit der Kontaktlasche 125 ausgeführt sind. Aus einer Zusammenschau mit 1 geht hervor, dass die Kontaktstifte 131 über die Buchse 121 hervorstehen, so dass sie die Leiterplatte 110 kontaktieren können. Hier sind die Kontaktstifte 131 paarweise so angeordnet, dass ein erstes Paar der Kontaktstifte 131 bezogen auf die (hier lediglich ausgeblendete Buchse 121) randseitig und ein zweites Paar der Kontaktstifte 131 zwischen dem ersten Paar in einem mittigen Bereich angeordnet ist. Dabei sind die beide Paare nicht nur in einer ersten Richtung senkrecht zur Einsteckrichtung R, sondern auch in einer zweiten Richtung senkrecht zur Einsteckrichtung R voneinander beabstandet, wodurch sie eine Kontaktstiftebene aufspannen. Die Kontaktstifte 131 sind jeweils als Lötstift ausgeführt, wobei die in die Leiterplatte 110 eingesteckten freien Enden mit einer lötbaren Beschichtung versehen sind, die z.B. aus Zinn besteht. Alternativ dazu könnte eine lötbare Löthülse auf die freien Enden aufgesteckt bzw. aufgepresst sein, um die Lötbarkeit zu ermöglichen.
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Von einem (nicht näher bezeichneten) Sockel der Kontaktlasche 125, von dem sich die Kontaktstifte 131 weg erstrecken, ist an einer Schmalseite der Kontaktlasche 125 ein von dort seitlich vorstehender Absatz 132 ausgeformt, der einen Anschlag zum in Anlage bringen mit einer Kante der zweiten Stirnseite 123 der Buchse 121 bildet. Zudem erstrecken sich von dem Sockel in eine der Erstreckungsrichtung der Kontaktstifte 131 entgegengesetzte Richtung jeweils randseitig zwei Stützarme 133 in Richtung des Aufnahmeraums 128. Das dort angeordnete freie Ende ist gebogen, um mit der Buchse 121 in formschlüssigen Eingriff gebracht zu werden.
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3 zeigt eine Schnittansicht des Kontaktelements 120 aus der hervorgeht, dass der jeweilige Stützarm 133 der Kontaktlasche 125 in eine Aussparung 134 an einer Decklage der Buchse 121 eingreift. In der Aussparung 134 ist eine Art Eingriffslasche 135 ausgeformt, mit der der jeweilige Stützarm 133 in formschlüssigem Eingriff steht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Elektrische Stromschnittstelle
- 110
- Leiterplatte
- 120
- Elektrisches Kontaktelement
- 121
- Buchse
- 122
- Erste Stirnseite
- 123
- Zweite Stirnseite
- 124
- Kontaktfeder
- 125
- Kontaktlasche
- 126
- Haltelasche
- 127
- Weitere Haltelasche
- 128
- Aufnahmeraum
- 129
- Auswölbung(en)
- 130
- Kontaktfläche
- 131
- Kontaktstift(e)
- 132
- Absatz
- 133
- Stützarm(e)
- 134
- Aussparung
- 135
- Eingriffslasche
- R
- Einsteckrichtung
