-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Kontaktanordnung gemäß Anspruch 11. Die Erfindung betrifft insbesondere ein elektrisches Kontaktelement bzw. eine Kontaktanordnung zum Einsetzen in eine oder mehrere Ausnehmungen eines Bauteilträgers, wobei das elektrische Kontaktelement einen Kontaktaufnahmeraum zur elektrischen Verbindung eines Anschlussstiftes vorzugsweise eines anzuschließenden elektrischen Bauelementes oder Gerätes aufweist.
-
2. Stand der Technik
-
Bei vielen Anwendungen, insbesondere beim Betreiben von stationären und/oder mobilen elektrischen Einrichtungen oder Betriebsmitteln, werden eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer und/oder mechanischer Verbindungen und Anschlüsse benötigt, um einerseits die Betriebsmittel mechanisch an der benötigten Position auf einem Trägerelement anzuordnen und andererseits eine elektrische Verbindung zwischen Stromversorgung und Betriebsmittel herzustellen.
-
Ganz allgemein werden im Sinne dieser Erfindung unter elektrischen Betriebsmitteln zum Beispiel elektrische Leuchten, Bauelemente, Baugruppen, Geräte und sonstige elektrisch betriebene Einrichtungen verstanden, die in irgendeiner Weise mit einer Stromversorgung oder einem Bordnetz oder auch untereinander elektrisch verbunden werden sollen.
-
Ferner ist zu berücksichtigen, dass Baugruppen oder Betriebsmittel räumlich häufig voneinander getrennt angeordnet werden müssen und die verwendeten Anschlusstechniken und Verbindungslösungen in vielen Fällen dann an ihre technischen und wirtschaftlichen Grenzen stoßen.
-
Werden beispielsweise starre Leiterplatten verwendet, so sind diese schon wegen ihrer Geometrie nicht überall einsetzbar. Leiterplatten sind zum Beispiel bei Fahrzeugleuchten oder in Fahrzeugarmaturen, die häufig in komplexen und gekrümmten geometrischen Formen und unterschiedlichen Ebenen ausgebildet sind, nur bedingt oder gar nicht mehr einsetzbar. Werden als Alternative zum Beispiel flexible Lösungen favorisiert, wie flexible Leiterplatten (Flex-Prints), so ist die Anschlusstechnik in der Regel auf Lötverbindungen ausgelegt und auch darauf beschränkt, was aber häufig zu vermeiden ist. Darüber hinaus wird ein zusätzlicher Bauteilträger benötigt, denn ein weiteres Problem welches auftritt, ist die räumliche Lokalisierung oder mechanische Anordnung der elektrischen Bauteile. Hierzu werden neben der flexiblen Leiterplatte gesonderte mechanische Trägerelemente oder ganz allgemein Bauteilträger benötigt, an denen die Bauteile befestigt werden können.
-
Eine typische Verbindungstechnik, die im Zusammenhang mit Leiterplatten verwendet wird, ist die Einpresstechnik. Aus der
DE 198 31 672 A1 und der
DE 197 26 856 C1 sind Kontaktelemente bekannt, die aus einem Stanzbiegeteil, insbesondere aus einer Kupferlegierung bestehen. Die Kontaktelemente stellen Einpresselemente mit verschiedenen Steckergeometrien bzw. Kontaktgeometrien dar, um in elektrische Verbindung mit Messerkontakten, Kontaktzonen einer Leiterplatte, Kontakten einer Steckverbindung oder der Ader eines Kabels treten zu können. Die Befestigung der Kontaktelemente erfolgt durch Einpressen in eine Einpresszone einer Leiterplatte. In den Kontaktträgern werden eine oder mehrere Öffnungen mit einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt eingebracht, typischerweise durch Bohren. In die Öffnungen werden dann spezielle Durchkontaktierungshülsen eingesetzt. In die Kontakthülsen werden später die Einpressstifte der Kontakteinpresselemente eingesteckt, wie sie zum Beispiel in der
DE 198 31 672 A1 beschrieben werden.
-
Eine Alternative hierzu stellen Stanzgitter dar, die jedoch auf den jeweiligen Anwendungsfall individuell angepasste Werkzeuge verlangen. Nachträgliche oder spätere Änderungen bei der Produktentwicklung können nicht flexibel gehandhabt werden und führen zu hohen Werkzeugkosten. Aus der
DE 10 2004 006 575 A1 sind beispielsweise Kontaktelemente bekannt, die in ein Stanzgitter aus Metall eingepresst werden. Nachteilig ist hierbei, dass insbesondere bei dünnwandigen Stanzgittern die Kontaktflächen zur Übertragung von hohen Strömen zu gering sind und eine große mechanische Stabilität ebenfalls nicht erreicht wird.
-
Eine weitere typische Verbindungstechnik wie zum Beispiel räumlich beabstandete elektrische Betriebsmittel und Bauelemente angeordnet und verbunden werden, ist die Anordnung und mechanische Befestigung auf einem Bauteilträger und die elektrische Verbindung mittels Steckverbinder.
-
Es sind aber bei allen Verbindungstechniken auch noch Umwelteinflüsse, Temperaturschwankungen und Korrosion zu berücksichtigen, die insbesondere an exponierten Stellen im Automobil zu Problemen und technischem Versagen führen können. In der Regel umfassen Steckverbinder je mindestens einen männlichen Kontakt und eine dazu steckbare weibliche Kontaktbuchse, bei der einer der beiden Kontaktpartner in der Regel als federnder Kontakt ausgebildet ist. Die Nachteile und auftretenden Probleme solcher „nur federnd anliegenden Kontaktpartner” und damit nicht gasdichter Verbindungen, sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben.
-
Ein weiteres im Stand der Technik bekanntes Problem resultiert aus der Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, so zum Beispiel aus der Vielzahl der Modelltypen im Automobilbereich, die auch eine entsprechend hohe Anzahl unterschiedlicher Einbausituationen und Verbindungslösungen erfordern, aber unerwünscht sind. Aus Gründen der vereinfachten Montage besteht das Bedürfnis möglichst einheitliche oder gar standardisierte Lösungen zu verwenden, jedenfalls ist Ziel eine quantitative Typenreduzierung.
-
Die weiteren Nachteile, die bei zunehmender Strombelastung und in Hochstromanwendungen auftreten, insbesondere wie sie bei hochstromigen Bordnetzen in Fahrzeugen zu Tage treten, sind im Stand der Technik umfangreich beschrieben.
-
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin vorgenannte Nachteile zu überwinden und eine universell einsetzbare und sowohl mechanisch als auch elektrisch zuverlässige Verbindungsanordnung zu schaffen, die auch bei komplexen, insbesondere geometrisch komplexen, Einbaussituationen zum Einsatz kommen kann.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei ein elektrisches Kontaktelement zum mechanischen Einbringen in eine dafür vorgesehene Aufnahmeöffnung eines Bauträgers oder eines Substrates bzw. einer mechanischen Trägerplatte vorgesehen ist, wobei das Kontaktelement ein aus elektrisch leitfähigem Verbindungsdraht vorzugsweise ein aus handelsüblichem Draht gewickeltes Kontaktteil ausbildet, welches wenigstens zwei vollständige Drahtwindungen aufweist und die Drahtwindungen einen im wesentlichen zylindrischen an beiden Seiten offenen Kontaktaufnahmeraum bilden und zwar zur Aufnahme eines Anschlussstiftes in den Kontaktaufnahmeraum. Dabei weist der Anschlussstift mehrere zur Kontaktierung vorgesehene Außenkanten auf, zur Kontaktierung mit dem Kontaktelement und zwar an mehreren Verbindungsstellen des einstückigen Kontaktteils.
-
Das elektrische Kontaktelement kann auch mehrere Drahtwindungen oder allgemein Wicklungen aufweisen, wobei die jeweils benachbarten Drahtwindungen eng aneinander anliegend ausgebildet sind. Der Kontaktaufnahmeraum eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser D1 zur Aufnahme eines Anschlussstiftes vorzugsweise eines rechteckigen oder quadratischen Anschlussstiftes mit einer Außenabmessung etwas größer als der Innendurchmesser D1 des Kontaktaufnahmeraumes. Hiermit wird gewährleistet, dass es beim Einbringen eines insbesondere massiven Anschlussstiftes zu einer Materialverformung und/oder einer Kaltverschweißung und damit zu einer gasdichten Verbindung zwischen den Außenkanten des Stiftes und den Verbindungsstellen im Kontaktelement kommt.
-
Erfindungsgemäß wird sowohl ein elektrisches Kontaktelement „als solches” für einen erfindungsgemäßen Anschlussstift, sowie eine aus dem Kontaktelement und dem Anschlussstift bestehende Verbindung bereitgestellt. Die Bedingung, dass die Außenabmessung des Anschlussstiftes zwischen zwei zur Kontaktierung vorgesehener Außenkanten größer zu wählen ist, als der Innendurchmesser des Kontaktaufnahmeraumes D1 wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein bereitgestellter bzw. einzusetzender Stift mehrere vorzugsweise vier Kontaktkanten entlang der Steckrichtung des Anschlussstiftes aufweist, die so zueinander angeordnet sind, dass der Abstand zwischen zwei vorzugsweise zwischen je zwei (diametral) gegenüberliegenden Kanten größer gewählt ist, als der Innendurchmesser D1.
-
Die zur Kontaktierung vorgesehenen Außenkanten (auch im folgenden als Kontaktkanten bezeichnet) des Stiftes verlaufen vorzugsweise über die gesamte Höhe des Kontaktaufnahmeraumes des Kontaktteils und Kontaktieren dort an mehreren (innenliegenden) Verbindungsstellen das Kontaktelement.
-
Das oder die Kontaktelemente können beispielsweise direkt von einer Drahtrolle mittels eines automatisierten Fertigungsprozesses hergestellt werden. Dabei wird ein Draht mit einem Außendurchmesser DDRAHT um ein Werkzeug vorzugsweise um einen Werkzeugstift mit einem Außendurchmesser D1 gewickelt und zwar mit zwei oder mehreren Windungen.
-
Die erfindungsgemäßen Kontaktelemente aus Draht sind ausgelegt zum Einsetzen in eine dafür vorgesehene im wesentlichen zylindrische Öffnung oder Ausnehmung eines Bauteilträgers und können dort ebenfalls maschinell eingesetzt werden. Dabei können die Kontaktelemente vereinzelt oder am Draht, somit einstückig miteinander verbunden sein, so dass in einer vorteilhaften Ausführungsform ganze Kontaktanordnungen mit mehreren räumlich voneinander getrennten aus Draht geformten und miteinander verbundenen Kontaktelementen ausgebildet werden können.
-
Die Eignung der Erfindung für einen automatisierten Bestückprozess ist ein weiterer Vorteil. Es ist nämlich möglich, im schreibenden CNC-Verfahren Kontaktelemente und die zwischen den Kontaktelementen notwendigen Verbindungen (Drahtverbindungen) einstückig herzustellen und in komplexe Bauteilträger bzw. in die dafür vorgesehene Ausnehmungen eines komplexen Bauteilträgers einzubringen, ohne dass es einer elektrischen Leiterbahn auf oder in dem Bauteilträger bedarf oder einer zusätzlichen Kabelverbindung.
-
Durch Auswahl des geeigneten Drahtmaterials, der Drahtstärke und des Werkzeugstiftdurchmessers lassen sich variabel und je nach Anwendungsfall Kontaktelemente mit gewünschtem Innen- und Außendurchmesser erzeugen, die ohne aufwendige Werkzeugänderung in Bezug auf das anzuschließende Stiftmaß bzw. die Anschlussgeometrie eines Anschlussstiftes auf diese abgestimmt werden können.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Anschlussstift als Einpressstift ausgebildet. Jedenfalls ist die Geometrie eines Kontaktpaares so abzustimmen, dass der Anschlussstift beim Einbringen in das Kontaktelement bzw. deren Kontaktaufnahmeraum eine gasdichte vorzugsweise kaltverschweisste Verbindung eingeht und zwar zwischen den Kontaktkanten des Anschlussstiftes und dem Innenteil des aus Draht gewickelten Kontaktaufnahmeraumes des Kontaktteils.
-
Dies geschieht in vorteilhafter Weise mittels eines Anschlussstiftes mit einem Kontaktabschnitt mit einer gegenüber dem Kontaktteil höheren Materialfestigkeit mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt und zwar in dem Bereich in dem die elektrische und mechanische Verbindung mit dem Kontaktelement hergestellt werden soll.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weisen die für die Kontaktierung mit dem Kontaktelement vorgesehenen Außenkanten des Anschlussstiftes Kantenradien R auf, die beispielsweise geprägte oder gezogene Kanten darstellen können. Als besonders geeignet sind dabei Kantenradien R in etwa von 0,08 mm zu betrachten, bei den in der Praxis typischerweise auftretenden Anschlussgeometrien.
-
Das erfindungsgemäße Kontaktelement kann auch aus einem Draht mit einem isolierenden Mantel gebildet sein. Der Mantel wird dann beim Einbringen des Anschlussstiftes mit dessen Kanten bestimmungsgemäß an den Verbindungspunkten des Drahtes aufgeschlitzt und/oder verdrängt bzw. abisoliert, während er in den übrigen Bereichen unbeschädigt bleibt und damit ohne weitere Maßnahmen eine berührsichere bzw. isolierende Kontaktanordnung geschaffen werden kann. Dadurch ist auch eine ökonomische Überkreuzverlegung der Verbindungsdrähte möglich. Auch die Auswahl der Drahtgeometrie führt zu einem zusätzlichen Freiheitsgrad. So können zum Beispiel Runddraht oder Flachdraht verwendet werden.
-
Es wird ferner eine elektrische Kontaktanordnung vorgeschlagen umfassend wenigstens zwei vorzugsweise eine Vielzahl aus einem gemeinsamen Verbindungsdraht hergestellte und miteinander verbundene – wie zuvor beschriebene – Kontaktelemente. Insbesondere wird auch eine elektrische Kontaktanordnung vorgeschlagen umfassend wenigstens zwei vorzugsweise eine Vielzahl aus einem gemeinsamen Verbindungsdraht hergestellte und miteinander verbundene – wie zuvor beschriebene – Kontaktelemente, wobei einige oder alle Kontaktelemente mit einem korrespondierenden Anschlussstift verbindbar bzw. verbunden sind.
-
Mit Vorteil weist ein Anschlussstift eine verjüngte Spitze auf. Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung sind im Folgenden exemplarisch aber nicht beschränkend anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes von einer Seitenansicht im unverbundenen Zustand über einem Bauteilträger
-
2 eine exemplarische Aufsicht auf ein Kontaktelement und einen darüber angeordneten Anschlussstift
-
3 eine Ansicht ähnlich 1 im verbundenen Zustand ohne Bauteilträger
-
4 eine Kontaktanordnung aus zwei miteinander verbundenen Kontaktelementen, wobei das linke Kontaktelement oberhalb eines Bauteilträgers angeordnet ist
-
5 ein weiters Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zwischen einem Kontaktelement und einer weiteren Anschlussstiftform gezeigt
-
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kontaktelementes 1 mit einem darüber angeordneten Anschlussstift 10 in einer Seitenansicht im unverbundenen Zustand über einem Bauteilträger 40 mit einer Aufnahmeöffnung 41 dargestellt. Das Kontaktelement 1 umfasst ein aus Draht 5 gewickeltes Kontaktteil 2, welches einen im wesentlichen zylindrischen und beidseitig offenen Kontaktaufnahmeraum 4 ausbildet. Der Kontaktaufnahmeraum 4 hat daher eine obere Öffnung 6a und eine untere Öffnung 6b, die von der jeweils obersten und untersten Drahtwindung 3a, 3b gebildet bzw. begrenzt werden.
-
Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt ein aus vier vollständigen Drahtwindungen 3, 3a, 3b gewickeltes Kontaktteil 2, welches helixförmig bzw. schraubenförmig aus Draht gewickelt ist. Das Kontaktteil 2 hat eine Ganghöhe H, wobei die Ganghöhe H diejenige Strecke darstellt, um die sich die Helix bei einer vollen Umdrehung des Drahtes 5 nach oben (in Richtung der Zylinderachse Z) windet. Entspricht die Ganghöhe H dem Drahtdurchmesser DDRAHT, so liegen jeweils zwei benachbarte Drahtwindungen 3, 3a, 3b wie in 1 und 3 dargestellt, berührend aneinander an und bilden einen vom Drahtmantel 6 im Mantelbereich geschlossenen Kontaktaufnahmeraum 4. Eine vollständige Drahtwindung 3, 3a, 3b versteht sich dabei, wie zuvor beschrieben als eine Drahtwicklung um 360°.
-
Die Drahtstücke 5a, 5b können wie ansatzweise in 1 und 3 gezeigt zu benachbarten Kontaktteilen 2 führen bzw. mit diesen einstückig hergestellt und verbunden sein. Somit können Kontaktelemente 1 frei im Raum, somit gegebenenfalls durch mehrfaches Umlenken und Biegen des Drahtes 5 an den dafür vorgesehenen Stellen in Bauteilträgern 40 auch in räumlich voneinander getrennten Bauteilträgern eingebracht werden.
-
In 1 ist ferner ein für den Kontaktaufnahmeraum 4 des Kontaktteils 2 passender Anschlussstift 10 gezeigt. Der Anschlussstift 10 ist in vorteilhafter Weise mit einer verjüngten Stiftspitze 12 ausgebildet. In 2 ist eine exemplarische Aufsicht auf eine Drahtwindung 3 des Kontaktteiles 2 eines Kontaktelementes 1 dargestellt mit einem darüber angeordneten Anschlusstift 10 mit quadratischem Querschnitt.
-
Der Kontaktaufnahmeraum 4 des Kontaktelementes 2 hat einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser D1. Der hier gezeigte Anschlussstift 10 verfügt über vier in Steckrichtung verlaufende Außenkanten 11, die im folgenden auch als Kontaktkanten 11 bezeichnet werden. Die Außenabmessung des Anschlussstiftes 10, also der Abstand zweier gegenüberliegender Kontaktkanten 11 ist etwas größer als der Innendurchmesser D1 des Kontaktaufnahmeraumes 4 ausgebildet. Beim Einbringen eines insbesondere massiven Anschlussstiftes 10, wie in 3 dargestellt, kommt es zu einer Materialverformung und/oder einer Kaltverschweißung der Kontaktkanten 11 mit den Kontaktstellen des Kontaktelementes 2 und damit zu einer gasdichten Verbindung zwischen den Außenkanten 11 des Stiftes und den Verbindungsstellen im Kontaktelement 2.
-
Die zur Kontaktierung vorgesehenen Außenkanten 11 des Stiftes verlaufen vorzugsweise über die gesamte Höhe des Kontaktaufnahmeraumes 4 des Kontaktteils 2 und sind wie in 2 ersichtlich mit Radien versehen. Hierdurch wird jede Drahtwendel 3, 3a, 3b im verbundenen Zustand von den Kontaktkanten 11 kontaktiert. Das Kontaktteil 2 hat einen Außendurchmesser D2. Durch Veränderung des Drahtdurchmessers DDRAHT und des Innendurchmessers D1 des Kontaktelementes 2, kann eine Vielzahl an unterschiedlichen Kontaktelementen 1 ausgebildet werden.
-
4 zeigt eine Kontaktanordnung 50 aus zwei miteinander verbundenen Kontaktelementen 1 aus einem gemeinsamen Draht 5. Erfindungsgemäß können Kontaktanordnungen 50 auch komplex ausgebildet und zum Beispiel auch aus isoliertem Draht ausgebildet werden.
-
5 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung zwischen einem Kontaktelement und eine weitere erfindungsgemäße dazu korrespondierende Anschlussstiftform. Hierbei ist zu erkennen, dass die Außenkanten des speziell geformten Anschlussstiftes den isolierenden Mantel des Kontaktelementes 1 durchdringen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kontaktelement
- 2
- aus Draht gewickeltes Kontaktteil
- 3
- Drahtwindungen
- 3a, b
- obere und untere Drahtwindung
- 4
- Kontaktaufnahmeraum
- 5
- Draht
- 5a, b
- Drahtstücke
- 6
- Drahtmantel
- 6a, 6b
- obere und untere Öffnung
- 10
- Anschlussstift
- 11
- Außenkanten (Kontaktkanten)
- 12
- Stiftspitze
- 20
- Bauteil
- 30
- Verbindungsdraht
- 40
- Bauteilträger
- 41
- Aufnahmeöffnung
- 50
- Kontaktanordnung
- D1
- Innendurchmesser
- D2
- Außendurchmesser
- DDRAHT
- Drahtdurchmesser
- H
- Ganghöhe
- Z
- Zylinderachse
-
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
-
- DE 19831672 A1 [0006, 0006]
- DE 19726856 C1 [0006]
- DE 102004006575 A1 [0007]
