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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Stromverbinders mit einer Schaltungsanordnung, wobei der Stromverbinder mindestens einen Kontaktfederdraht mit einem federnd ausgebildeten Endkontakt und die Schaltungsanordnung mindestens eine Kontaktstelle aufweist und wobei der Endkontakt und die Kontaktstelle einen Feder-Druckkontakt bilden. Die Erfindung betrifft auch einen Stromverbinder nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
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Die Erfindung geht aus von der älteren Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2018 203 970.4, in welcher ein Brückenelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung sowie eine Anordnung zur elektrischen Verbindung eines Aktors und einer Schaltungsanordnung mittels des Brückenelements offenbart sind. Das Brückenelement, welches dem erfindungsgemäßen Stromverbinder entspricht, weist zwei Kontaktfederdrähte auf, welche in einem Gehäuse angeordnet und gehalten sind. Das Brückenelement kontaktiert mit ersten und zweiten elektrischen Kontakten, welche an den Kontaktfederdrähten ausgebildet sind, einerseits einen Aktor eines hydraulischen Schaltgeräts und andererseits eine Schaltungsanordnung, vorzugsweise eine Leiterplatte, welche eine elektronische Getriebesteuerung enthält. Der Kontakt zwischen den Kontaktfederdrähten und der Schaltungsanordnung ist als Feder-Druckkontakt ausgebildet, wobei die für den Kontaktdruck erforderliche Federkraft durch die Ausbildung des Kontaktfederdrahtes als Federelement aufgebracht wird. Der auf der Leiterplatte angeordnete Gegenkontakt für den Kontaktfederdraht ist als Materialverdickung oder so genanntes Kontaktpad ausgebildet, welches ein handelsübliches Teil einer Leiterplatte bildet und mit den Leitern der Leiterplatte vorzugsweise stoffschlüssig, d. h. elektrisch leitend verbunden ist. Ein Problem, welches bei derartigen elektrischen Verbindungen bzw. Kontaktierungen auftritt, sind Vibrationen, welche beispielsweise beim Betrieb des Automatgetriebes eines Kraftfahrzeuges auftreten. Die Vibrationen können zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Kontaktierungen und damit zu einer Funktionsstörung der Getriebesteuerung führen. Die Kontaktierungen müssen daher sicher und dauerhaft ausgebildet sein.
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Durch die
DE 199 46 438 C1 wurde ein Aufbau für die elektrische Kontaktierung eines Elektromagnetventils für Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt. Der Aufbau umfasst ein fest mit dem Magnetventil verbundenes Kontaktgehäuse, in welchem ein als Blattfeder ausgebildetes Kontaktfederelement mit einem bogenförmig ausgebildetes Andruckabschnitt angeordnet ist, welcher in Druckkontakt mit einem Gegenkontaktelement, einem Kontaktpad, auf einer Leiterplatte, steht. Das Kontaktpad ist aus Zinn hergestellt und steht in elektrischem Kontakt mit einer verzinkten Außenfläche des Andruckabschnittes des Kontaktfederelements. Der bogenförmig ausgebildete Andruckabschnitt weist eine glattflächige Anlagefläche auf, an deren seitlichen Rändern vorstehende Haken oder Krallen angeordnet sind, die sich etwas in das Gegenkontaktelement eingraben und ein Rutschen der Anlagefläche auf der Gegenanlagefläche unterbinden sollen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung der eingangs genannten Art, respektive einen Stromverbinder im Hinblick auf seine elektrische Kontaktfähigkeit zu verbessern.
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Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einer Anordnung zur elektrischen Kontaktierung eines Stromverbinders mit einer Schaltungsanordnung vorgesehen, dass an dem Endkontakt des Kontaktfederdrahtes, auch Kontaktbügel genannt, im Bereich der Kontaktfläche mindestens eine Schneidkante angeordnet ist, welche sich in Eingriff mit der Kontaktstelle befindet, d. h. die mindestens eine Schneidkante gräbt sich bei der Montage der elektrischen Verbindung in die Oberfläche der Kontaktstelle ein, was zu einer Verankerung der Schneidkante führt. Damit liegt ein minimaler Formschluss vor, welcher bei Auftreten von Vibrationen eine Relativbewegung zwischen den beiden Kontakten verhindert und damit eine Schonung der Kontakte bewirkt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil für die Sicherheit und Beständigkeit des elektrischen Kontaktes, über welchen Steuerbefehle zur Betätigung von Schaltelementen eines Automatikgetriebes für Kraftfahrzeuge laufen. Unter Schaltungsanordnung wird auch ein Schaltungsträger oder eine Leiterplatte mit diversen Kontaktstellen, insbesondere auch eine Leiterplatte einer elektronischen Getriebesteuerung verstanden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktstelle als Kontaktelement, im folgenden auch - wie in der Fachterminologie üblich - Kontaktpad genannt, welches ein handelsübliches Teil, beispielsweise in Form eines Plättchen darstellt, welches elektrisch leitend, vorzugsweise stoffschlüssig mit einer Leiterbahn oder einem Bauelement der Schaltungsanordnung respektive der Leiterplatte verbunden ist. Die Abmessungen des Kontaktpads sind größer als die des Kontaktbügels gewählt, sodass bei der Montage ein Spielraum für einen Toleranzausgleich gegeben ist. Das Material des Kontaktpads ist relativ weich, z.B. Zinn, sodass sich die Schneidkanten mühelos eingraben können und eine flächige Kontaktierung auf beiden Seiten der Schneidkanten erfolgen kann. Die Montage des Stromverbinders mit der Leiterplatte erfolgt dabei in aus der eingangs genannten älteren Anmeldung bekannten Weise, indem der Stromverbinder, welcher vorzugsweise ein Gehäuse mit Verbindungselementen aufweist, mit der Leiterplatte verbunden wird, beispielsweise durch eine Schnapp- oder Rastverbindung. Dabei wird gleichzeitig der erforderliche Kontaktdruck durch die federnd ausgebildeten Kontaktfederdrähte hergestellt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktfederdraht als Runddraht ausgebildet. Ein Draht mit Kreisquerschnitt ist besonders kostengünstig herstellbar.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktfederdraht als Profildraht, vorzugsweise mit einem Vierkantprofil ausgebildet. Das Vierkantprofil bietet in geeigneter Weise die Möglichkeit, die Kanten bereits bei der Herstellung des Profildrahtes als Schneidkanten auszubilden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Vierkantprofil als so genanntes Kissenprofil ausgebildet, d.h. zwischen den Kanten, welche im Querschnitt als Spitzen ausgebildet sind, erstrecken sich konkav ausgebildete, d.h. nach innen (zum Zentrum des Querschnitts) gewölbte Flächen, vergleichbar mit einem Hohlschliff zwischen den Kanten eines Schlittschuhs. Die Schneidkanten an der Außenseite des Kontaktbügels greifen formschlüssig in das Kontaktpad der Leiterplatte ein, wobei durch die Tiefe der Wölbung ein gewisser Anschlag beim Eingraben der Schneidkanten in das Kontaktpad gegeben ist. Damit wird verhindert, dass sich die Schneidkanten zu weit in das Kontaktpad eingraben.
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Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der Kontaktfederdraht aus Edelstahl oder aus einer Kupferlegierung oder aus Edelstahl mit einer Kupferummantelung herstellbar. Der Werkstoff Edelstahl weist einen relativ großen Elastizitätsmodul auf, welcher dem Draht eine hohe Festigkeit und Elastizität zur Aufbringung des erforderlichen Kontaktdruckes verleiht. Eine Kupferlegierung weist zwar einen geringeren Elastizitätsmodul, jedoch eine bessere Stromleitfähigkeit auf, welche auch durch eine Ummantelung des Edelstahldrahtes mit Kupfer hergestellt werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind im Bereich der Kontaktfläche zwei Schneidkanten am Kontaktbügel angeordnet, welche durch Prägen, d.h. durch eine plastische Verformung des Drahtquerschnittes herstellbar sind. Bevorzugt wird als Ausgangsmaterial ein Vierkantquerschnitt gewählt, wobei zwei sich parallel gegenüber liegende Flächen mit einem geeigneten Werkzeug oder einer entsprechenden Vorrichtung derart gequetscht bzw. gestaucht werden, dass das Material nach außen, in Richtung des Scheitelpunktes des Kontaktbügels, ausweicht und dort nach außen vorstehende Schneidkanten ausbildet. Die Schneidkanten sind somit örtlich begrenzt, d.h. der restliche Querschnitt des Kontaktfederdrahtes bleibt unverändert. Vorteilhaft hierbei ist, dass ein handelsüblicher Profildraht, insbesondere mit Vierkantprofil verwendet werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schneidkanten sichelförmig ausgebildet, d.h. die Schneidkanten weisen einen gegenüber dem Radius des Kontaktbügels kleineren Radius auf und stehen profiliert nach außen vor, sodass sie bei der Montage des Stromverbinders zuerst mit dem Kontaktpad in Kontakt kommen und sich anschließend in dessen Oberfläche eingraben und dort verankern. Damit ist eine örtlich begrenzte, partielle Verhakung oder Verkrallung gegeben. Darüber hinaus wird durch das Prägen oder die Umformung eine weitere Kaltverfestigung des Kontaktbügels erreicht.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Stromverbinder zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Schaltungsanordnung, insbesondere einer Leiterplatte und einem Elektromagnetventil bzw. einem Aktor mit Elektromagnetventil ein Gehäuse mit zwei Kontaktfederdrähten auf, welche jeweils endseitig angeordnete, aus dem Gehäuse heraustretende Kontaktbügel mit Schneidkanten aufweisen. Wie bereits oben erwähnt und im eingangs genannten Stand der Technik (ältere Anmeldung) offenbart, weist das Gehäuse bevorzugt Verbindungselemente auf, welche eine form- oder reibschlüssige Verbindung des Stromverbinders mit der Leiterplatte erlauben - damit kann die Leiterplatte mit einem oder mehreren Stromverbindern bestückt werden. Anschließend erfolgt die Montage mit den Elektromagnetventilen der Aktoren, welche in der Regel in einem Block, insbesondere einem hydraulischen Schaltgerät angeordnet sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schneidkanten durch Umformung des Kontaktfederdrahtes im Bereich des Kontaktbügels herstellbar, d.h. es findet nur eine örtlich begrenzte Umformung des Drahtquerschnittes im Bereich des Kontaktbügels statt. Der bevorzugte Drahtquerschnitt kann ein kreisförmiger oder ein quadratischer sein.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schneidkanten sichelförmig ausgebildet, was sich aus der Verdrängung des Materials im äußeren Biegebereich des Kontaktbügels ergibt. Durch die Sichelform ergibt sich eine sichere, gegen Vibrationen unempfindliche Kontaktierung des Stromverbinders mit den Kontaktpads der Leiterplatte und eine Schonung der Kontakte.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
- 1 eine Anordnung zur Kontaktierung eines Magnetventils mit einer Leiterplatte durch einen Stromverbinder,
- 1a den Kontakt zwischen dem Stromverbinder und der Leiterplatte,
- 1b einen Kontaktfederdraht des Stromverbinders,
- 2 die Montage von Stromverbinder und Leiterplatte (erster Schritt: Kontaktfeder entspannt),
- 3 die Montage von Stromverbinder und Leiterplatte (zweiter Schritt: Kontaktfeder gespannt),
- 4 einen Kontaktfederdraht mit „Kissenprofil“,
- 4a die Kontaktzone zwischen Kontaktbügel und Kontaktpad,
- 4b den Querschnitt des „Kissenprofils“,
- 5 einen Kontaktfederdraht aus Vierkantprofil mit Kontaktpad,
- 5a den Querschnitt von Kontaktbügel mit eingeprägten Schneidkanten,
- 5b den Kontaktbügel mit sichelförmigen Schneidkanten,
- 6 einen Kontaktfederdraht aus Rundprofil mit Kontaktpad,
- 6a den Querschnitt von Kontaktbügel mit einer Spitze/Schneidkante und
- 6b den Kontaktbügel mit sichelförmiger Schneidkante.
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1 zeigt eine Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer als Leiterplatte 1 ausgebildeten Schaltungsanordnung 1, auch Schaltungsträger 1 genannt, und einem Elektromagnetventil 2, im Folgenden kurz Magnetventil 2 genannt, durch einen Stromverbinder 3 - diese Anordnung entspricht grundsätzlich der Anordnung, wie sie in 1 und 2 der eingangs genannten älteren Anmeldung dargestellt und auf Seite 11 bis 13 beschrieben ist - wegen weiterer Einzelheiten und Zusammenhänge wird auf diese Offenbarung verwiesen.
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In 1a ist der mit der Leiterplatte 1 verbundene Teil des Stromverbinders 3 dargestellt, wobei eine Gehäusehälfte 4a eines nicht vollständig dargestellten Gehäuses 4 und zwei Kontaktfederdrähte 5, 6 erkennbar sind.
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In 1b ist der vollständige Kontaktfederdraht 5, welcher aus einem Runddraht von vorzugsweise 1 mm Durchmesser hergestellt ist, als Einzelteil dargestellt. Der Kontaktfederdraht 5 weist einen bügelförmig ausgebildeten Endkontakt 5a, ein als Biegefeder ausgebildetes, integriertes Federelement 5b sowie einen weiteren Kontakt 5c auf, welcher eine elektrische Verbindung zum Magnetventil 2 herstellt. Der Kontaktfederdraht 5 besteht vorzugsweise aus einem Edelstahl, verfügt aufgrund eines relativ hohen Elastizitätsmoduls über gute elastische Eigenschaften und kann in besonders bevorzugter Weise mit einer Kupferlegierung ummantelt sein, um eine gute elektrische Leitfähigkeit zu erzielen. Alternativ kann der Kontaktfederdraht auch als Profildraht, insbesondere mit einem Vierkantprofil ausgebildet sein.
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2 zeigt in einer Schnittdarstellung den Schaltungsträger 1, respektive die Leiterplatte 1, das Gehäuse 4 mit einer Gehäusehälfte sowie die beiden symmetrisch zueinander angeordneten Kontaktfederdrähte 5, 6, welche in dem Gehäuse 4 des Stromverbinders 3 angeordnet und fixiert sind. Zwischen der Oberkante des Gehäuses 4 und der Leiterplatte 1 besteht ein Abstand oder Spalt s von etwa 2 mm, wobei die beiden bügelförmigen Endkontakte 5a, 6a, kurz auch Bügel oder Kontaktbügel 5a, 6a genannt, über die Oberkante des Gehäuses 4 hinaus stehen und die Leiterplatte 1 berühren. Die Federelemente 5b, 6b der beiden Kontaktfederdrähte 5, 6 sind in dieser Anordnung noch entspannt, d. h. es wirkt noch keine Druckkraft auf die Leiterplatte 1. Der Stromverbinder 3 ist noch nicht mit der Leiterplatte 1 verbunden.
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3 zeigt den Stromverbinder 3 in einer Position, in welcher er mit der Leiterplatte 1 verbunden ist, was daraus ersichtlich ist, dass der Spalt s gemäß 2 in 3 verschwunden ist, d. h. s = 0. Die beiden Federelemente 5b, 6b sind aufgrund der Stauchung um den Federweg s gespannt und üben jeweils über die beiden Kontaktbügel 5a, 6a eine Federkraft F, dargestellt durch zwei Pfeile F, auf die Leiterplatte 1 aus. Die auf die Leiterplatte 1 wirkende Reaktionskraft ist durch einen Pfeil mit der Bezeichnung 2F angedeutet. Diese Reaktionskraft wird über hier nicht dargestellte Befestigungselemente, z. B. Schnappelemente am Gehäuse 4 des Stromverbinders 3 einerseits und an der Leiterplatte 1 andererseits aufgenommen. In diesem Zusammenhang wird nochmals auf die oben erwähnte Offenbarung in der älteren Anmeldung verwiesen, aus welcher derartige Verbindungselemente hervorgehen (Seite 12, 13, 2, 4). Die beiden Kontaktbügel 5a, 6a werden mit einer definierten Federkraft von vorzugsweise 8 bis 12 Newton an hier nicht dargestellte Kontaktstellen, insbesondere Kontaktpads auf der Leiterplatte 1 gedrückt.
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4, 4a und 4b zeigen einen Kontaktfederdraht 15 aus einem Vierkantprofil mit einem Federelement 15b und einem Kontaktbügel 15a, welcher in Kontakt mit einem Kontaktpad 17 steht, wobei der Kontaktbügel 15a mit dem Kontaktpad 17 eine Kontaktzone bildet, welche durch die Fläche des Kontaktpads 17 begrenzt ist. Das Vierkantprofil ist - wie insbesondere aus 4a und 4b ersichtlich - als so genanntes Kissenprofil mit einem Querschnitt A ausgebildet, wobei der Querschnitt A durch vier gleich lange, konkav ausgebildete Flächen bzw. Seitenlinien a begrenzt wird. Die konkav ausgebildeten Seitenlinien a (4b) bilden vier Spitzen K, welche durchgehende Schneidkanten k (4a) bilden. Die nach innen gewölbten Seitenlinien a zwischen benachbarten Spitzen K sind mit einem Hohlschliff zwischen den Kanten (Kufen) eines Schlittschuhs vergleichbar. Ein derartiges Profil ist als Draht herstellbar. 4a zeigt, wie zwei Spitzen K bzw. Schneidkanten k das Kontaktpad 17, welches leitend mit der hier nicht dargestellten Leiterplatte verbunden ist, kontaktieren, wobei sich die Schneidkanten k aufgrund der Federkraft des Kontaktbügels 15a in die Kontaktfläche des Kontaktpads 17 eingraben und dort verankern. In 4a ist erkennbar, dass das Kontaktpad 17 breiter als der Querschnitt A des Kontaktbügels 15a ist - dies hat den Vorteil, dass Quertoleranzen (senkrecht zum Kontaktdruck) bei der Montage ausgeglichen werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Auftreten von Vibrationen Relativbewegungen zwischen dem Kontaktbügel 15a und dem Kontaktpad 17 vermieden und die Kontakte damit geschont werden.
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5, 5a und 5b zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Kontaktfederdraht 25 mit einem Kontaktbügel 25a und einem U-förmig gebogenen Federelement 25b aus einem Vierkantprofil, d.h. einem Profil mit quadratischem Querschnitt. Der Kontaktbügel 25a steht in Feder-Druckkontakt mit dem Kontaktpad 27, welches Teil einer hier nicht dargestellten Leiterplatte ist. 5a zeigt die Ausbildung des Kontaktbügels 25a, d.h. dessen Querschnitt B im Kontaktbereich mit dem Kontaktpad 27. Der Querschnitt B weist zwei Spitzen B1, B2 auf, welche durch Einprägungen am quadratischen Querschnitt im Kontaktbereich hergestellt sind. In 5b ist der Kontaktbügel 25a ohne Kontaktpad 27 dargestellt und weist in seinem Scheitelbereich, d. h. der Kontaktzone zwei sichelförmig ausgebildete Schneidkanten b1, b2 auf, welche erkennbar örtlich auf den unmittelbaren Kontaktbereich mit dem Kontaktpad begrenzt sind. Das Ausgangsprodukt ist - wie erwähnt - ein Draht mit Vierkantprofil, welcher nach dem Biegen des Kontaktbügels 25a in seinem Scheitelbereich plastisch verformt wird, beispielsweise durch ein beiderseits am Vierkantprofil angreifendes Werkzeug, welches das Material des Drahtes derart umformt, dass die beiden Schneidkanten b1, b2 (entsprechend den Spitzen B1, B2 in 5a) ausgeformt werden. Letztere haben - wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben - die Wirkung, dass sie sich in die Kontaktfläche des Kontaktpads 27 eingraben und somit eine Relativbewegung bei Vibrationen verhindern.
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6, 6a, 6b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Kontaktfederdraht 35 aus einem Rundprofil. Der Kontaktfederdraht 35 weist einen U-förmig gebogenen Kontaktbügel 35a und ein Federelement 35b auf, welches den erforderlichen Kontaktdruck gegenüber dem Kontaktpad 37 erzeugt. 6a zeigt den Querschnitt C des Kontaktbügels 35a im Eingriff mit den Kontaktpad 37. Der Querschnitt C weist eine Spitze als Teil einer Schneidkante c auf, welche sich in das Kontaktpad 37 eingräbt und eine Verankerung bildet. Die Schneidkante c ist durch Einprägen von Seitenflanken in den Rundquerschnitt des Kontaktfederdrahtes 35 herstellbar. 6b zeigt den Kontaktbügel 35a mit der durch partielle Umformung des Rundquerschnittes erzeugten Schneidkante c, die sichelförmig ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltungsträger/Leiterplatte
- 2
- Elektromagnetventil
- 3
- Stromverbinder
- 4
- Gehäuse
- 4a
- Gehäusehälfte
- 5
- Kontaktfederdraht
- 5a
- Endkontakt/Kontaktbügel
- 5b
- Federelement
- 5c
- weiterer Kontakt
- 6
- Kontaktfederdraht
- 6a
- Endkontakt
- 6b
- Federelement
- 15
- Kontaktfederdraht
- 15a
- Endkontakt
- 15b
- Federelement
- 17
- Kontaktpad
- 25
- Kontaktfederdraht
- 25a
- Endkontakt
- 25b
- Federelement
- 27
- Kontaktpad
- 35
- Kontaktfederdraht
- 35a
- Kontaktbügel
- 35b
- Federelement
- 37
- Kontaktpad
- A
- Drahtquerschnitt („Kissenprofil“)
- a
- Seitenlinie
- B
- Drahtquerschnitt (Vierkant)
- B 1
- Spitze
- B2
- Spitze
- b1
- Schneidkante
- b2
- Schneidkante
- C
- Drahtquerschnitt (rund)
- c
- Schneidkante
- F
- Federkraft
- 2F
- Reaktionskraft
- K
- Spitze
- k
- Schneidkante
- s
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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