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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktleiste zum elektrischen Kontaktieren einer Leiterplatte mit mindestens einem flächigen Anschluss. Die Kontaktleiste hat ein elektrisch isolierendes Gehäuse, mindestens ein Kontaktfederelement zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusses und einen Betätigungsschieber zum Bewegen des Kontaktfederelements zwischen einer geschlossenen Kontaktstellung und einer geöffneten Stellung.
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Kontaktleisten stellen eine effiziente und zuverlässige Möglichkeit der wieder lösbaren elektrischen Kontaktierung von flächigen elektrischen Anschlüssen an Leiterplatten, z. B. bei Schaltschränken und Schaltgeräten dar. Dabei erfolgt die elektrische Kontaktierung der Leiterplattenanschlüsse beispielsweise über Kontaktfederelemente, die so vorgespannt sind, dass sie bei eingeschobener Leiterplatte mit ausreichendem Druck auf die flächigen Anschlüsse der Leiterplatte gepresst sind.
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Die
US 4 743 203 A bezieht sich auf eine Nockeneinrichtung für einen Steckverbinder mit Nullsteckkraft. Das Nockenmittel hat Nockenprofile, die sich durch eine Verlängerung des Gehäuses des Verbinders erstrecken. Die Nockenprofile sind konfiguriert, um die Kräfte auf die Ausdehnung des Gehäuses zu verteilen, wodurch die auf die Nockenschieber wirkenden Kräfte, die senkrecht zur Längsachse der Nockenschieber stehen, aufgehoben werden. Die Positionierung der Nockenprofile relativ zueinander stellt sicher, dass das Nockenmittel in Steckverbindern verwendet werden kann, bei denen der Bauraum begrenzt ist.
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Eine derartige Kontaktleiste, bei der eine Vielzahl von flächigen elektrischen Anschlüssen, die an einer Leiterplatte angeordnet sind, elektrisch kontaktiert werden kann, ist in der deutschen Patentschrift
DE 196 36 335 C1 gezeigt. Bei dieser bekannten Kontaktleiste bilden Kontaktelemente jeweils in Einschubrichtung der Leiterplatte zunehmende Verengungen, die durch Einschieben der Leiterplatte elastisch aufweitbar sind. Für eine solche federnde Aufweitung wird bei vollständig eingeschobener Leiterplatte der benötigte Kontaktdruck erzeugt.
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Nachteilig ist bei dieser bekannten Lösung zum einen, dass zum Einführen der Leiterplatte ein erheblicher Kraftaufwand notwendig ist, wenn die Anforderungen an eine ausreichende Kontaktsicherheit erfüllt werden sollen. Zum anderen besteht der Nachteil, dass beim Einschieben der Leiterplatte die Kontaktelemente der Kontaktleiste die Leiterplattenanschlüsse berühren, so dass immer gewährleistet sein muss, dass Leiterplattenanschlüsse und Kontaktleistenkontaktelemente spannungsfrei sind, um Fehler zu vermeiden. Das Gerät muss hierzu üblicherweise ausgeschaltet sein.
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Um zu ermöglichen, dass eine Leiterplatte entfernt, eingefügt oder ersetzt werden kann, ohne die Leistungsversorgung des entsprechenden Gerätes ausschalten zu müssen, wird daher in der
US-Patentschrift 6,283,778 B1 vorgeschlagen, die Kontaktelemente der Kontaktleiste mit Hilfe eines Betätigungsschiebers aus der geschlossenen Kontaktstellung in eine geöffnete Stellung zu bewegen, in der die Kontaktelemente der Kontaktleiste nicht mit der Leiterplatte und deren Anschlüssen in Berührung kommen können.
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Nachteilig ist bei dieser bekannten Lösung, dass die Kontaktelemente der Kontaktleiste Federarme zum Kontaktieren der Leiterplatte aufweisen, die sich in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Schiebers erstrecken. Dadurch tritt beim Bewegen des Betätigungsschiebers eine unzulässig hohe Reibung und damit ein Verschleiß der Kontaktelemente und/oder des Betätigungsschiebers auf. In der
US 6,283,778 B1 wird dieses Problem dadurch gelöst, dass ein zusätzlicher Betätigungsbalken für die eigentliche Bewegung der Kontaktfederelemente sorgt. Diese Lösung ist jedoch bei der Herstellung und Montage besonders aufwendig und im Betrieb fehleranfällig.
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Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Kontaktleiste zum elektrischen Kontaktieren einer Leiterplatte anzugeben, die ein nahezu kraftloses Einschieben der Leiterplatte in die Kontaktleiste ermöglicht und sicherstellt, dass die Leiterplatte erst in ihrer endgültigen Position kontaktiert wird, und darüber hinaus besonders einfach, kostengünstig und effizient herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kontaktleiste mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Federarm, der sich in einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Betätigungsschiebers erstreckt, der Bewegung des Schiebers nur sehr geringe Reibungskräfte entgegensetzt. Daher kann die Auslenkung der Kontaktfederelemente aus der Kontaktposition direkt durch den Schieber erfolgen. Damit ist einerseits eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellbarkeit und Montage gewährleistet und andererseits sichergestellt, dass auch bei häufigen Steckzyklen kein unzulässiger Verschleiß auftritt. Während des Einschiebens der Leiterplatte findet kein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen der Kontaktleiste und den Anschlüssen der Leiterplatte statt. Daher stellt die Kontaktleiste eine sogenannte Zero-Insertion-Force- (ZIF-) Kontaktierung dar, bei der die Leiterplatte annähernd kraftlos eingeschoben werden kann. Ein Austausch der Leiterplatte kann auch dann erfolgen, wenn die Leistungsversorgung nicht deaktiviert ist, weil durch den fehlenden elektrischen Kontakt während des Bewegens der Leiterplatte Fehlkontaktierungen vermieden werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Betätigungsschieber Vertiefungen zum Aufnehmen mindestens eines Teils des Federarms in der geschlossenen Kontaktstellung auf. Dadurch ist der Federarm des Kontaktfederelements in der geschlossenen Kontaktstellung unbeeinflusst von dem Betätigungsschieber und die Kontaktnormalkraft, die auf den flächigen Anschluss der Leiterplatte wirkt, hängt einzig und allein von den Federeigenschaften des Federarms ab. Es kann somit eine reproduzierbare und sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet werden.
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Indem an dem Federarm ein Kontaktbereich angeformt ist, der konvex in Richtung auf den Anschluss gebogen ist, kann wirksam die Reibung zwischen dem Betätigungsschieber und dem Federarm vermindert werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Ausgestaltung eine besonders sichere elektrische Kontaktierung.
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Eine besonders sichere elektrische Kontaktierung und gleichzeitig eine mechanische Halterung der Leiterplatte im eingesteckten Zustand kann erreicht werden, wenn die Kontaktleiste zwei parallele Reihen von Kontaktfederelementen aufweist, die einander jeweils paarweise gegenüberstehen, um an zwei Seiten der Leiterplatte angeordnete elektrische Anschlüsse zu kontaktieren.
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Dabei ist die Druckverteilung bei der elektrischen Kontaktierung besonders gleichmäßig, wenn die Kontaktfederelemente der beiden Reihen jeweils spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut sind.
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Um sicherzustellen, dass das Kontaktfederelement gegen ein unbeabsichtigtes Verschieben in Längsrichtung an der Kontaktleiste gesichert ist, kann das Kontaktfederelement einen Haltefortsatz aufweisen, der es an dem Gehäuse sichert.
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Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kontaktleiste kommen insbesondere zum Tragen, wenn die Kontaktleiste eine 19-polige Einschubleiste ist, wie sie beispielsweise für 19-Zoll-Einschübe bei Schaltschränken und Schaltgeräten verwendet werden kann.
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Um die elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktfederelementen und den Anschlüssen der Leiterplatte vor ungewolltem Lösen zu sichern, kann der Betätigungsschieber mindestens eine Rastvorrichtung aufweisen, die zum Verrasten des Betätigungsschiebers bei geschlossener Kontaktstellung des Kontaktfederelements mit einer zugehörigen Rastnoppe des Gehäuses in Eingriff kommt.
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Damit der Betätigungsschieber auf einfache Weise verschoben werden kann, kann er eine von außen zugängliche Betätigungsvorrichtung zum Betätigen durch einen Bediener aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Schlitz sein, in den ein Werkzeug, wie ein Schraubenzieher, eingeführt werden kann.
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Um zu verhindern, dass der Federarm überdehnt wird und damit seine elastischen Eigenschaften verändert werden, kann an dem Kontaktfederelement ein Anschlagelement zum Begrenzen des Auslenkwegs des Federarms vorgesehen werden.
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Um die Kontaktleiste mit weiteren elektrischen Leitungen, z. B. auf einer weiteren Leiterplatte oder mit elektrischen Kabeln zu verbinden, weist das Kontaktfederelement gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine Anschlussfahne zum elektrischen Kontaktieren der Kontaktleiste auf. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Lötverbindung (SMD oder Schwallbad) erfolgen.
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Eine kostengünstige Herstellbarkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und guten elektrischen Isolationseigenschaften gewährleistet die Herstellung des Gehäuses der Kontaktleiste aus Kunststoff.
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Dabei kann eine metallische Versteifungsschiene, die wenigstens teilweise in den Kunststoff eingebettet ist, für die notwendige mechanische Stabilität sorgen.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kontaktleiste beim Einschieben einer Leiterplatte;
- 2 eine perspektivische Explosionszeichnung eines ersten Randbereichs der Kontaktleiste aus 1;
- 3 eine perspektivische Darstellung des Bereichs aus 2 in der geöffneten Stellung der Kontaktfederelemente;
- 4 einen zweiten Randbereich der Kontaktleiste aus 1 in der geöffneten Stellung der Kontaktfederelemente;
- 5 eine Draufsicht auf den Bereich der 3 mit eingepasster Leiterplatte und geöffneten Kontaktfederelementen;
- 6 eine Draufsicht auf den Bereich aus 4 mit vollständig eingeschobener Leiterplatte und geöffneten Kontaktfederelementen;
- 7 den Bereich der 3 bei geschlossener Kontaktstellung der Kontaktfederelemente;
- 8 eine Draufsicht auf die Anordnung der 7;
- 9 eine Draufsicht auf den zweiten Randbereich der Kontaktleiste bei geschlossener Kontaktstellung der Kontaktfederelemente;
- 10 eine Draufsicht auf die Anordnung der 8 bei eingepasster Leiterplatte;
- 11 eine Draufsicht auf die Anordnung der 9 bei eingepasster Leiterplatte;
- 12 einen perspektivischen Schnitt durch die Anordnung der 7;
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1 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktleiste 100 während des Einschiebens einer Leiterplatte 102. Entlang eines Randbereiches der Leiterplatte 102 sind flächige elektrische Anschlüsse 104 angeordnet, die durch die Kontaktleiste 100 kontaktiert werden sollen. Hierfür weist die Kontaktleiste 100, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf einer weiteren Leiterplatte 106 montiert ist, Kontaktfederelemente 108 auf. Die Kontaktfederelemente 108 sind in einem Gehäuse 110, das beispielsweise aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird, aufgenommen. Ein Betätigungsschieber 112 dient dem Bewegen der Kontaktfederelemente zwischen einer geschlossenen Kontaktstellung und einer geöffneten Stellung.
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In der Darstellung der 1 befindet sich der Betätigungsschieber 112 in einer Position, dass die Kontaktfederelemente soweit geöffnet sind, dass sie beim Einschieben der Leiterplatte 102 nicht mit den Anschlüssen 104 in Berührung kommen. Der Betätigungsschieber 112 kann ebenfalls in einer Spritzgusstechnik aus Kunststoff hergestellt werden. Die Kontaktierung der Kontaktleiste 100 mit der Leiterplatte erfolgt über Anschlussfahnen 114, die beispielsweise aufgelötet werden können.
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Eine Rastnoppe 140 fixiert im Zusammenspiel mit einem zugehörigen Rastvorsprung 142, der an der Unterseite des Betätigungsschiebers vorgesehen ist, den Betätigungsschieber 112 sowohl in der geöffneten Stellung wie auch in der geschlossenen Kontaktstellung. Damit ein Bediener den Betätigungsschieber 112 mittels eines Werkzeugs (z. B. eines Schraubendrehers) bewegen kann, ist an diesem eine entsprechende Eingriffsöffnung 144 angeordnet.
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In den nachfolgenden Zeichnungen sind jeweils nur Teilansichten der hier vollständig gezeigten Kontaktleiste 100 dargestellt, nämlich entweder der erste Randbereich 116 oder der zweite Randbereich 118.
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Wie aus der teilweise explodierten Ansicht des Bereichs 116, die in 2 dargestellt ist, ersichtlich, sind die Kontaktfederelemente 108 so in dem Gehäuse 110 angeordnet, ein Federarm 120, der den eigentlichen Kontaktierungsbereich 122 trägt, parallel zu einer Bewegungsrichtung 124 des Betätigungsschiebers 112 erstreckt. Der Betätigungsschieber 112 weist zur Betätigung der Federarme 120 erhabene Bereiche 126 sowie Vertiefungen 128 auf. Wie aus den folgenden Figuren noch detailliert erkennbar, befinden sich die Federarme 120 der Kontaktfederelemente 108 in einer geschlossenen Kontaktstellung, wenn sie von den Vertiefungen 128 aufgenommen sind.
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Sind die Kontaktbereiche 122 mit den erhabenen Bereichen 126 des Betätigungsschiebers in Berührung, so werden die Federarme 120 so in Richtung 130 gebogen, dass eine einzuschiebende Leiterplatte nicht mehr berührt werden kann. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden für die Kontaktierung der Anschlüsse 104 auf den beiden Seiten der Leiterplatte 102 zwei Reihen spiegelsymmetrischer Kontaktfederelemente 108 eingesetzt. Damit die Federeigenschaften des Federarms 120 nicht durch Überdehnen beeinträchtigt werden können, weisen die Kontaktfederelemente 108 außerdem ein Anschlagelement 132 zum Begrenzen des Auslenkwegs in Richtung 130 auf. Ein Haltefortsatz 134 sichert die Kontaktfederelemente 108 durch Eingreifen in entsprechende Vertiefungen 136 an dem Gehäuse 110. Die elektrische Kontaktierung der Kontaktleiste 100 erfolgt über die Anschlussfahnen 114. Diese Anschlussfahnen 114 („Lötbeinchen“) werden bei der Herstellung erst nach dem Bestücken der Kontaktleiste mit den Kontakten umgebogen.
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3 zeigt eine um 180° gedrehte perspektivische Teilansicht der erfindungsgemäßen Kontaktleiste 100 in einer Position des Betätigungsschiebers 112, in der die erhabenen Bereiche 126 mit den Kontaktbereichen 122 der Kontaktfederelemente 108 so in Kontakt stehen, dass die Federarme 120 nach außen gebogen sind (Richtung 130, 131). Dadurch, dass sich die Federarme 120 erfindungsgemäß parallel zu der Bewegungsrichtung 124 erstrecken, kann eine besonders reibungsarme Betätigung der Kontaktfederelemente 108 mit Hilfe des Betätigungsschiebers 112 erfolgen. Durch die bogenförmige Rundung des Kontaktbereichs 122 kann darüber hinaus der Bereich der mechanischen Berührung möglichst gering gehalten werden. In der in 3 gezeigten Position der gesamten Anordnung kann eine Leiterplatte 102 nahezu kraftlos eingeschoben werden und die Anschlüsse 104 kommen darüber hinaus nicht mit den Kontaktbereichen 122 der Kontaktfederelemente 108 in Berührung.
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In der perspektivischen Darstellung der 4 ist der zu der 3 gehörige Randbereich 116 dargestellt.
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In 5 ist in einer Draufsicht der Bereich 118 bei geöffneten Kontaktfederelementen 108 nach dem Einschieben der Leiterplatte 102 gezeigt. Deutlich erkennbar ist, dass die Kontaktbereiche 122 durch die erhabenen Bereiche 126 des Betätigungsschiebers 112 zu den Anschlüssen 104 der Leiterplatte 102 beanstandet gehalten werden.
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6 zeigt in einer Draufsicht den Bereich 116 analog zu der 5.
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Verschiebt man nun den Betätigungsschieber 112 so, dass die Kontaktbereiche 122 der Kontaktfederelemente 108 von den Vertiefungen 128 aufgenommen sind, so bewegen sich die Federarme 120 in eine entspannte Lage (siehe 7, bei der die Kontaktleiste gegenüber den Darstellungen der 3 bis 6 wiederum um 180° gedreht ist). Eine eingeschobene Leiterplatte würde in dieser Position von den Kontaktbereichen 120 kontaktiert werden. Durch den verrundeten Übergang zwischen den erhabenen Bereichen 126 in die Vertiefungen 128 kann eine besonders reibungsarme Bewegung des Betätigungsschiebers 112 erreicht werden. Anzumerken ist hier außerdem, dass der Betätigungsschieber 112 bei der Montage der Kontaktleiste 100 vor den Kontaktfederelementen eingelegt wird und durch diese in dem Gehäuse 110 gehalten wird.
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8 zeigt die Anordnung der 7 nochmals in einer Draufsicht.
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9 zeigt den zugehörigen Randbereich in 118 in der Draufsicht.
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Wie in 10 gezeigt, ragen bei der in 7 dargestellten Betätigungsschieberposition die Federarme 120 soweit in Richtung zur Mittelachse, dass sie eine eingeschobene Leiterplatte 102 kontaktieren. Die Vorspannung der Federarme 120 ist dabei so gewählt, dass ein ausreichender Druck auf die Anschlüsse 104 ausgeübt wird.
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11 zeigt den zugehörigen Bereich 108 bei eingeschobener und kontaktierter Leiterplatte 102.
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12 schließlich zeigt einen Schnitt durch die perspektivische Darstellung der 7 entlang der Schnittlinie 12-12. Aus dieser Darstellung wird deutlich, wie der Betätigungsschieber 112 nach der Montage durch die Kontaktfederelemente 108 in dem Gehäuse 110 gehalten ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Betätigungsschieber im Anlieferzustand nicht verloren geht.
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Die Anschlussfahnen 114 werden erst nach dem Einlegen der Kontaktfedern in das Gehäuse 110 wie dargestellt umgebogen. Eine U-förmige Versteifungsschiene 138 kann in dem Kunststoffkörper des Gehäuses 110 vorgesehen werden, um eine erhöhte mechanische Stabilität zu gewährleisten.
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Obwohl in allen Figuren das Einschieben der Leiterplatte 102 nur von einer Seite hergezeigt ist, kann diese grundsätzlich von beiden Seiten her eingeschoben werden, da keine Berührung mit den Kontaktfederelementen 108 während des Einschiebens stattfindet.
