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Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Stanzgitter, insbesondere für eine Kraftfahrzeugelektrik, das mehrere reihenförmig angeordnete Kontaktzungen zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrische Verbindung mit einer elektrischen Einrichtung aufweist, wobei die Kontaktzungen jeweils mindestens eine Krümmung aufweisen.
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Stand der Technik
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Es sind Stanzgitter bekannt, die in den Bereichen eines elektrischen Netzwerkes, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden, in denen leitende Elemente und Strombahnen mit einer hohen Stromtragfähigkeit und einer ausreichenden Eigenstabilität benötigt werden. Ein Stanzgitter wird aus einem flächeförmigen Ausgangsmaterial, wie zum Beispiel ein Blech, insbesondere ein Kupferblech, hergestellt. Durch formgebende Verfahren, insbesondere Stanzen und/oder Biegen, werden elektrische leitende Strombahnen und Kontaktelemente, wie zum Beispiel Steckkontakte, Federkontakte oder Klemmkontakte, ausgebildet, wobei die Kontaktelemente von Strombahnen-Enden der Strombahnen gebildet werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Stanzgitter (punch grid) nicht als ein Gitter im engen Wortsinne verstanden werden muss, sondern dass vielmehr auch einfachste Geometrien wie beispielsweise eine einzige streifenförmige Strombahn unter diesen Begriff fallen.
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Aus dem Stand der Technik sind Stanzgitter bekannt, die reihenförmig angeordnete Kontaktzungen zur elektrischen Kontaktierung und/oder elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Einrichtung, wie zum Beispiel einer gedruckten Leiterplatte (PCB – printed circuit board), aufweisen. In einer ersten Ausführungsform sind die Kontaktzungen so ausgebildet, dass sie in einer Ebene liegen (reihenförmig) und stabförmig ausgebildet sind. Zur elektrischen Kontaktierung werden die Kontaktzungen in vorgefertigte Löcher in der Leiterplatte gesteckt und daran angelötet, wodurch die Kontaktzungen nicht nur als elektrische Kontaktelemente sondern auch als Halteelemente für das Stanzgitter, beziehungsweise eine das Stanzgitter enthaltene Vorrichtung, auf einer Leiterplatte dienen. Insbesondere bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug ist ein Stanzgitter einer Kraftfahrzeugelektrik hohen Temperaturschwankungen und/oder Vibrationen ausgesetzt. Diese können dazu führen, dass in den Lötstellen Risse entstehen und die Lötstellen brechen und so ein elektrischer Kontakt zwischen Stanzgitter und Leiterplatte verloren geht. Dies geschieht zum Beispiel, wenn das Stanzgitter an unterschiedlichen Seiten unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt ist, so dass sich auf der einen Seite eine hohe und auf der anderen Seite des Stanzgitters eine niedrigere Temperatur einstellt. Die Kontaktzungen, die im Bereich der hohen Temperatur liegen dehnen sich stärker aus als die Kontaktzungen, die im Bereich der niedrigeren Temperatur liegen, wodurch eine Relativbewegung von dem Stanzgitter zu der Leiterplatte bewirkt wird. Dadurch entstehen hohe Spannungen in den Lötstellen, die zu Rissen in dem Lot einer Lötstelle führen. Treten die Spannungen häufiger auf, so kann die Lötstelle brechen und der elektrische Kontakt verloren gehen, was zu einer Fehlfunktion der zu dem Stanzgitter gehörenden Elektrik führt.
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Aus dem Stand der Technik sind Ausführungsformen bekannt, die das oben beschriebene Problem lösen sollen. Dazu weisen die Kontaktzungen eine C-, V-, oder U-förmige Krümmung auf, wobei die Krümmen aller Kontaktzunge in einer Ebene liegen. Die so gestalteten Kontaktzungen erlauben zum einen temperaturbedingte unterschiedliche Ausdehnungen der Kontaktzungen und damit eine Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter und der Leiterplatte, und zum anderen können Vibrationen gedämpft werden. Jedoch dürfen die Kontaktzungen dabei nicht zu dicht beieinander angeordnet werden, da sonst die Krümmung einer Kontaktzunge in den Bereich einer benachbarten Kontaktzunge hineinragt, sodass eine Krümmung beziehungsweise Kontaktzunge in der anderen Krümmung beziehungsweise Kontaktzunge liegt. Findet eine Relativbewegung zwischen Stanzgitter und Leiterplatte statt, kann es geschehen, dass die benachbarten Kontaktzungen, die unterschiedlich stark gestaucht oder gedehnt werden, sich berühren und ein Kurzschluss entsteht.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 202 14 126 U1 ist bereits eine Schaltungsanordnung mit einem Stanzgitter bekannt, wobei das Stanzgitter gabelförmige Steckkontaktelemente aufweist, die in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein können. Aus der Offenlegungsschrift
US 6,445,584 B1 ist außerdem ein Stanzgitter bekannt, das stabförmige Kontaktzungen aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Stanzgitter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sieht daher Kontaktzungen vor, bei denen die Krümmungen, zumindest von benachbarten Kontaktzungen, in unterschiedlichen Ebenen liegen, wobei hier gedachte Ebenen gemeint sind, die durch die Krümmung der jeweiligen Kontaktzunge aufgespannt werden. Dadurch liegt eine Krümmung einer Kontaktzunge nicht in dem Bereich der Krümmung einer benachbarten Kontaktzunge, wodurch die benachbarten Kontaktzungen sich nicht berühren können, wenn sich die Krümmungen beziehungsweise die Kontaktzungen auf Grund Temperaturunterschied, Temperaturausdehnungskoeffizientenunterschiede und/oder Vibrationen verformen. Es werden also die Vorteile der gekrümmten Kontaktzungen, in Bezug auf mögliche Relativbewegungen zwischen Stanzgitter und Leiterplatte und die damit einhergehenden harmlosen Belastungen der Lötstellen, genutzt und gleichzeitig ein Berühren von benachbarten Kontaktzungen vermieden. Infolge dessen werden die Kontaktzungen dichter beieinander angeordnet, wodurch die Anzahl der Kontaktzungen erhöht werden kann und mehr Funktionen mit dem Stanzgitter realisiert werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung liegen die Krümmungen in Ebenen, die in einem Winkel zueinander stehen. Durch ein gezieltes Ausrichten der Krümmungen der Kontaktzungen kann die Anzahl der Kontaktzungen und zum Beispiel auch die möglichen Relativbewegungen zwischen Stanzgitter und Leiterplatte optimiert werden.
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Vorteilhafterweise liegen die Krümmungen der Kontaktzungen in Ebenen, die parallel zueinander stehen, so dass ein Kontakt zwischen zwei Kontaktzungen ausgeschlossen wird.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung stehen die Parallelen Ebenen rechtwinklig auf der Richtung der Reihe der Kontaktzungen. Die Reihe der Kontaktzungen bildet dabei also eine Gerade und die Krümmungen der Kontaktzungen stehen senkrecht dazu. Ein Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der Herstellungsprozess vereinfacht wird, da die Krümmungen der Kontaktzungen in einem Arbeitsschritt erstellt werden und nicht einzeln gebogen werden müssen. Außerdem kann, dadurch dass die Kontaktzungen alle gleich gestaltet sind, bei unterschiedlichen Testbedingungen ein Verhalten der Kontaktzungen einfacher getestet beziehungsweise überprüft werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Krümmung der Kontaktzungen U-förmig, wobei Anfangsbereich und Endbereich der Kontaktzungen in einer Achse liegen und der mittlere Bereich eine U-förmige Krümmung aufweist, wobei mit Endbereich der Bereich der Kontaktzungen gemeint ist, der im eingebauten Zustand mit der Leiterplatte in Kontakt steht. Die U-förmige Krümmung erlaubt die Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter und der Leiterplatte, dadurch, dass der U-förmige Bereich der Kontaktzunge elastisch gedehnt, beziehungsweise gespreizt, oder gestaucht werden kann. Es ist natürlich auch denkbar die Krümmung nicht in dem mittleren Bereich der Kontaktzungen auszubilden, je nach Anwendungsfall kann es auch von Vorteil sein, die Krümmung näher am Stanzgitter oder an der Leiterplatte beziehungsweise am freien Ende der Kontaktzungen anzuordnen. Vorteilhafterweise kann die Krümmung auch so ausgebildet sein, dass eine Kontaktzunge nicht in entsprechende Öffnungen in der Leiterplatte gesteckt wird, sondern dass der gekrümmte Bereich der Kontaktzunge eine Kontaktstelle auf der Leiterplatte nur berührt.
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Vorteilhafterweise ist die Krümmung der Kontaktzungen V-förmig, wobei zweckmäßigerweise Anfangs- und Endbereich der Kontaktzungen in einer Achse liegen. Auch hier kann die Krümmung vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass eine Kontaktzunge nur eine Kontaktstelle auf der Leiterplatte berührt.
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Ebenso gilt dies bei einer vorteilhaften S-förmigen Ausführungsform der Krümmung der Kontaktzungen. Die S-förmige Krümmung ermöglicht eine noch stärkere Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter und der Leiterplatte.
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Auch bei einer vorteilhaften Ω-förmigen Ausführungsform der Krümmung der Kontaktzungen kann die Krümmung zweckmäßigerweise entweder so ausgebildet sein, dass eine Kontaktzunge mit dem freien Ende in eine Öffnung der Leiterplatte gesteckt ist, oder dass die Kontaktzunge nur eine Kontaktstelle auf der Leiterplatte berührt. Natürlich können die unterschiedlichen Krümmungsformen auch kombiniert werden. So können die Kontaktzungen von einem Stanzgitter zum Beispiel unterschiedliche Krümmungen aufweisen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Stanzgitter an einer elektrisch nicht leitenden, insbesondere ebenen Halteplatte, angeordnet. Diese dient sowohl zum Positionieren als auch zum Stabilisieren des Stanzgitters. Dabei ist das Stanzgitter so an der Halteplatte angeordnet, dass die Kontaktzungen über den Rand der Halteplatte hinausragen, so dass über die Kontaktzungen der Kontakt zu der Leiterplatte hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise sind an einer Halteplatte mehrere Stanzgitter angeordnet, zum Beispiel ein Stanzgitter jeweils auf einer Vorder- und auf einer Rückseite der Halteplatte.
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Zweckmäßigerweise sind die Kontaktzungen einstückig mit dem Stanzgitter ausgebildet, so dass bei der Herstellung des Stanzgitters aus einem Blech, vorteilhafterweise einem Kupferblech, die Kontaktzungen mit ausgestanzt werden und anschließend die gewünschte Krümmungen gebogen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik,
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5 ein erfindungsgemäßes Stanzgitter in einer perspektivischen Darstellung und
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6 das erfindungsgemäße Stanzgitter in einer Seitenansicht.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stanzgitters 1, wie es im Stand der Technik verwendet wird, in einer perspektivischen Darstellung. Das Stanzgitter 1 weist mehrere Strombahnen 2 und mehrere Kontaktelemente 3 auf, wobei die Strombahnen 2 in einer Ebene liegen und die Kontaktelemente 3 von senkrecht zu den Strombahnen 2 gebogenen Strombahn-Enden gebildet werden. Es sei hier angemerkt, das in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit von gleichen Elementen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Das Stanzgitter 1 ist an einer Halteplatte 4 angeordnet, deren Umfang im Wesentlichen dem Umfang des Stanzgitters 1 entspricht. Die Halteplatte 4 weist rechteckförmige, im Wesentlichen dem Querschnitt der Kontaktelemente 3 entsprechende Öffnungen 5 auf. Durch manche der Öffnungen 5 sind Kontaktelemente 3 gesteckt, wodurch das Stanzgitter 1 an der Halteplatte 2 gehalten und positioniert wird. Die übrigen Öffnungen 5 sind dazu gedacht, dass Kontaktelemente eines weiteren Stanzgitters, welches beispielsweise auf der anderen Seite der Halteplatte 2 angeordnet ist, durchgeführt werden können.
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An einer Seite 6 weist das Stanzgitter 1, in der Ebene der Strombahnen 2 des Stanzgitters 1 liegende, parallel angeordnete, stabförmige Kontaktzungen 7 auf. Das Stanzgitter 1 wird in einem Stanzprozess aus einem Blech, insbesondere aus einem Kupferblech, hergestellt, dabei werden auch die Kontaktzungen 7 und die Kontaktelemente 3 ausgeformt. In einem Anschließenden Herstellungsschritt werden die Kontaktelemente 3 gebogen, so das sie senkrecht von dem Stanzgitter 1 abstehen. Unterhalb des Stanzgitters 1 ist ein Teil einer Leiterplatte 8 dargestellt, die Kontaktzungen-Aufnahmeöffnungen 9 aufweist, in welche die Kontaktzungen 7 gesteckt sind. In der Regel sind die Kontaktzungen 7 zusätzlich mit der Leiterplatte 8 verlötet.
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Durch die starre Verbindung des Stanzgitters 1 mit der Leiterplatte 8 über die Kontaktzungen 7 können an den Lötstellen hohe Spannungen auf Grund von unterschiedlichen Temperaturen, Temperaturausdehnungskoeffizienten und/oder Vibrationen entstehen. Dehnen sich, zum Beispiel, die Kontaktzungen 7 an einem Ende der Reihe von Kontaktzungen des Stanzgitter 1 weiter aus, als die Kontaktzungen 7 auf der gegenüberliegenden Seite, so wird eine Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter 1 und der Leiterplatte 8 hervorgerufen. Da die Verbindung über die Kontaktzungen starr ist, entstehen in den Lötstellen hohe Spannungen, die dazu führen, dass Risse in den Lötstellen entstehen, die sich durch Temperaturveränderungen und/oder Vibrationen weiter ausbreiten können. Dabei kann der elektrische Kontakt zwischen einer oder mehrerer Kontaktzungen 7 und der Leiterplatte 8 vollständig verloren gehen, was zu einer Fehlfunktion in der Elektrik, in der das Stanzgitter verwendet wird, führt.
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Durch die in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen aus dem Stand der Technik wird dieses Problem gelöst. Die 2 bis 4 zeigen das Stanzgitter 1 aus der 1 mit unterschiedlich ausgebildeten Kontaktzungen 7. So zeigt die 2 das Stanzgitter 1 aus der 1 mit Kontaktzungen 7, die eine U-förmige Krümmung 10 aufweisen, wobei die Krümmungen 10 der Kontaktzungen 7 in einer Ebene, nämlich in der Ebene der Strombahnen 2 des Stanzgitters 1, liegen und jeweils in die selbe Richtung ausgerichtet sind.
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Die Krümmungen 10 der Kontaktzungen 7 ermöglichen ein Ausdehnen des Materials der Kontaktzungen 7 und dämpfen Vibrationen oder auch einen einzelnen Schlag ab, sodass keine Spannungen in den Lötstellen hervorgerufen werden, die die Lötstellen überlasten würden. Die Krümmung 10 wirkt dabei als Ausgleichselement. Steigt, zum Beispiel, die Temperatur einer Kontaktzunge 7, so dehnt sich diese zwar aus, jedoch verformt sich dabei nur die die U-förmige Krümmung 10 der Kontaktzunge 7. Das Material des Kontaktzungen 7 kann also beim Ausdehnen auf Grund der Krümmung 10 in eine Richtung ausweichen, sodass keine Spannungen in der Lötstelle entstehen. Die Krümmungen 10 der Kontaktzungen 7 erlauben eine Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter 1 und der Leiterplatte 8, da durch die Krümmungen 10 die Kontaktzungen 7 flexibel beziehungsweise elastisch gestaltet sind, sodass eine Relativbewegung durch ein Dehnen oder Stauchen der Kontaktzunge 7 beziehungsweise der Krümmung 10 ermöglicht wird. Dadurch werden auch Vibrationen gedämpft, die sonst zunächst zu einem oder mehreren Rissen in dem Lot der Lötstelle und auf Dauer zu einem Verlust des elektrischen Kontakts führen.
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3 zeigt das Stanzgitter 1 aus der 2, wobei hier die Kontaktzungen 7 eine V-förmige Krümmung 11 aufweisen, die in der Ebene der Strombahnen liegen und in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. Die V-förmige Krümmung 11 erlaubt ebenfalls eine Relativbewegung zwischen Stanzgitter 1 und Leiterplatte 8, so dass durch Temperaturschwankungen und/oder Vibrationen keine hohen Spannungen in den Lötstellen auf der Leiterplatte 8 hervorgerufen werden.
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4 zeigt das Stanzgitter 1 aus den 2 und 3, wobei hier die Kontaktzungen 7 eine U-förmige Krümmung 12 aufweisen, die im oberen Teil der Kontaktzungen, also nahe am Stanzgitter, angeordnet ist. Die Krümmung 12 weist die gleichen Vorteile wie die oben genannten Krümmungen 10, 11 auf.
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Die 2 zeigt außerdem zwei benachbarte Kontaktzungen 13 und 14, wobei der gekrümmte Teil der Kontaktzunge 13 in den gekrümmten Teil der Kontaktzunge 14 ragt, sodass die Kontaktzungen 13, 14 beziehungsweise die Krümmungen der Kontaktzungen 13, 14 ineinander liegen. Die Kontaktzungen 13 und 14 sind dabei so dicht aneinander angeordnet, dass sie sich, bei einer entsprechenden Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter 1 und der Leiterplatte 8, berühren, wie in 2 dargestellt, was zu einem Kurzschluss beziehungsweise einer Fehlfunktion der Elektrik führt. Ebenso weist die Ausführungsform aus der 4 zwei benachbarte Kontaktzungen 15 und 16 beziehungsweise 17 und 18 auf, die sich auf Grund ihrer Gestaltung berühren. Bei den Ausführungsformen der 2 bis 4 muss die Anzahl der Kontaktzungen 7 also so limitiert werden, beziehungsweise der Abstand zwischen der Kontaktzungen so gewählt werden, dass keine Kurzschlüsse beziehungsweise Fehlfunktionen auf Grund einer Berührung benachbarter Kontaktzungen entstehen können. Die Ausführungsform der 3 zeigt zwar keine benachbarten Kontaktzungen 7, die sich berühren, jedoch ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass bei einer ausreichenden Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter 1 und der Leiterplatte 8 zwei benachbarte Kontaktzungen 7 in Kontakt kommen können.
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Die 5 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des Stanzgitters 1, das an der Halteplatte 4 angeordnet ist. An seiner Seite 6 weist das Stanzgitter 1 Kontaktzungen 19 auf, die jeweils eine U-förmige Krümmung 20 aufweisen, wobei die Krümmungen 20 in (gedachten) Ebenen liegen, welche senkrecht zu der Ebene der Strombahnen 2 angeordnet sind. Beim Herstellungsprozess werden die Kontaktzungen 19 zunächst ausgestanzt und anschließend wird die Krümmung 20 aller Kontaktzungen 19 gleichzeitig mit den Kontaktelemente 3 durch Biegen geformt. Bei dieser Ausführungsform der Krümmung 20 liegen die Krümmungen 20 von benachbarten Kontaktzungen 19 nicht in einer Ebene und damit „ineinander” sondern in Ebenen parallel zueinander. Auf Grund von unterschiedlichen Temperaturen und/oder Temperaturausdehnungskoeffizienten und/oder Vibrationen können die Kontaktzungen 19 beziehungsweise die Krümmungen 20 gedehnt und gestaucht werden, ohne dass dabei zwei benachbarte Kontaktzungen 19 in Kontakt kommen können. Als Folge dessen kann die Anzahl der Kontaktzungen 19 und damit die Anzahl Funktionalität des Stanzgitters 1 beziehungsweise der zum Stanzgitter 1 gehörenden Elektrik erhöht werden. Somit weist das Stanzgitter 1 eine höhere Anzahl von Kontaktzungen 19 als die Stanzgitter aus dem Stand der Technik auf, wobei die Kontaktzungen 19 eine Relativbewegung des Stanzgitters 1 zu der Leiterplatte 8 erlauben, ohne dass die Lötstellen überlastet werden.
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Die 6 zeigt das erfindungsgemäße Stanzgitter 1 in einer Seitenansicht, wobei das Stanzgitter 1 an der Halteplatte 4 angeordnet ist und die Kontaktelemente 3 senkrecht zu der Ebene der Strombahnen 2 beziehungsweise der Leiterplatte 4 angeordnet sind. An der Seite 6 des Stanzgitters 1 ist eine der Kontaktzungen 19 mit der U-förmigen Krümmung 20 zu sehen, wobei die Krümmung 20 in einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Ebene der Strombahnen 2 des Stanzgitters 1 beziehungsweise der Halteplatte 4 steht. Das freie Ende 21 der Kontaktzunge 19 ist dabei durch die Kontaktzungen-Aufnahmeöffnung 9 der Leiterplatte 8 gesteckt.
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Die U-förmige Krümmung 20 kann vorteilhafterweise auch V-, S- oder Ω-förmig ausgebildet sein, um eine Relativbewegung zwischen dem Stanzgitter 1 und der Leiterplatte 8 zu erlauben, so dass die Lötstellen an der Leiterplatte 8 nicht überlastet werden.
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Natürlich können die Krümmungen 20 der Kontaktzungen 19 auch in parallelen Ebenen liegen, die in einem Winkel zu der Ebene der Strombahnen 2 angeordnet sind. Darüber hinaus können die Ebenen auch einen Winkel zueinander aufweisen, solange benachbarte Kontaktzungen nicht miteinander in Kontakt kommen.
