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Die
Erfindung betrifft ein längliches
Bauelement zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Bauteils nach Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Längliche
Bauelemente zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Bauteils oder dergleichen
oder zum mechanischen Verbinden zweier Bauteile, also insbesondere
als Verbindungselemente, sind bekannt. Hierbei wird das längliche
Bauelement verwendet, um zwei oder mehr bestehende, separate Bauelemente
zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben oder in der Art eines
Bolzens zu verbinden. Die Aufgabe des länglichen Bauelements besteht
hierbei in der Bereitstellung von Kraftübertragungs- und/oder Abstützungen,
so dass die zu verbindenden Bauelemente gehalten werden und/oder das
längliche
Bauelement seinerseits eine Haltefunktion unabhängig von den zu verbindenden
Bauelementen ausübt.
Im weitesten Sinne dient das längliche
Bauelement im Stand der Technik also der mechanischen Fixierung.
Eine Ausgestaltung als Einpressstift oder Ähnliches ist ebenfalls denkbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein längliches Bauelement
der gattungsgemäßen Art
bereitzustellen, das zusätzlich
zu den bekannten Funktionen Zusatznutzen aufweist.
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Hierzu
wird ein längliches
Bauelement zum Einsetzen in eine Aufnahme eines Bauteils oder dergleichen
oder zum mechanischen Verbinden zweier Bauteile (Verbindungselement
oder dergleichen) vorgeschlagen, wobei vorgesehen ist, dass das
Bauelement aus elektrisch nicht leitendem Material besteht und in
Längsrichtung
von mindestens einem, in das Material eingebetteten, an den Stirnseiten
zugänglichen,
elektrischen Innenleiter durchsetzt wird. Erfindungsgemäß bietet
das längliche
Bauelement demzufolge den Vorteil, einen elektrischen Innenleiter aufzuweisen,
der das längliche
Bauelement in Längsrichtung
durchdringt und somit die elektrische Leitung in Längsrichtung
des Bauelements zusätzlich zu
dessen bekannten, übrigen
Funktionen gestattet. Beispielsweise ist es dabei möglich, über den
Innenleiter des Bauelements in zu verbindenden Gehäusen oder
Gehäuseteilen
angeordnete elektrische Vorrichtungen miteinander elektrisch leitend
zu verbinden. Separate Verkabelungen und/oder Steckvorrichtungen,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind und einen erheblichen
und teuren konstruktiven Aufwand bedeuten, sind hierbei nicht erforderlich.
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In
einer Ausführungsform
ist das elektrisch nicht leitende Material Keramik und/oder Kunststoff. In
dieser Ausführungsform
wird eine besonders gute elektrische Isolierung des elektrischen
Innenleiters gegenüber
den zu verbindenden Bauelementen bewirkt, wobei die Keramik und/oder
der Kunststoff je nach Anwendungsbereich gewählt werden können, abhängig davon,
ob eine besonders hohe Zugfestigkeit des Verbindungselements erforderlich
ist oder nicht. Auf diese Weise lassen sich in weiten Bereichen
und bezogen auf den jeweiligen Anwendungszweck kostengünstig mit
einem elektrischen Innenleiter versehene Verbindungselemente, nämlich die länglichen
Bauelemente, bereitstellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Bauelement ein Einpressstift. Ein Einpressstift ist ein Stift,
der in eine ihm im Wesentlichen formangepasste Ausnehmung unter
Kraftaufwendung eingedrückt wird,
und dort über
Reizschluss gehalten ist. Bei Anbringung der Ausnehmung in mehreren,
zu verbindenden Bauteilen wird nach Einpressen des Einpressstifts
der Reizschluss an allen diesen Bauteilen bewirkt, so dass diese
untereinander gehalten werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist das Bauelement eine Schraube. Schrauben sind bekannt; sie können in
der hier vorgeschlagenen Art und Weise in praktisch allen in Betracht
kommenden Schraubengeometrien hergestellt werden. Hierdurch ist
der Einsatzbereich des Bauelements mit dem darin eingebetteten Innenleiter
mit fast allen technischen Bereichen eröffnet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist der Innenleiter einen zylindrischen oder mehreckigen Durchmesser
auf. Die Form des Innenleiters kann den jeweiligen Anforderungen
angepasst sein, insbesondere kann sein Querschnitt so beschaffen
sein, dass er eine gewünschte
Stromtragfähigkeit und/oder über seine
Anordnung innerhalb des länglichen
Bauelements und die Stärke
des ihn umgebenden elektrisch nicht leitenden Materials eine hohe Spannungsdurchschlagsfestigkeit
aufweist. Er kann in Hinblick auf seine Querschnittsgestaltung so
ausgestaltet sein, dass er die Momentübertragung beispielsweise beim
Einschrauben eines als Schraube ausgestalteten länglichen Bauelements unterstützt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist der Innenleiter an mindestens einem seiner Enden eine Kontaktfläche auf.
Eine Kontaktfläche
ist hierbei eine Fläche
an einem der Enden des Innenleiters, die der Kontaktierung des Innenleiters
mit einem in seiner Umgebung befindlichen, anderen Bauteil dient.
Die Kontaktfläche
kann hierbei unterschiedlich ausgestaltet sein und den jeweiligen
Anforderungen und Einsatzzwecken entsprechend gestaltet werden.
Sie durchdringt hierzu eine Stirnfläche des länglichen Bauelements, also
das elektrisch nicht leitende Material, und ist in diesem Fall einstückig zum
elektrischen Innenleiter ausgebildet. Denkbar ist auch eine mehrstückige Ausbildung,
also dergestalt, dass die Kontaktfläche mit dem Innenleiter zwar
verbunden ist, aber nicht Bestandteil desselben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
fluchtet die Kontaktfläche
mit der zugeordneten Stirnfläche des
Bauelements. Dies bedeutet, dass die Kontaktfläche der ihr jeweils zugeordneten
Stirnfläche
geometrieangepasst ist; ist die Stirnfläche beispielsweise als ebene
Fläche
ausgestaltet, so ist die Kontaktfläche ebenfalls eben und überragt
die Stirnfläche
nicht, ist ihr gegenüber
auch nicht zurückspringend
angeordnet. Ist die Stirnfläche
hingegen beispielsweise konvex ausgebildet, so ist auch die Kontaktfläche als Teil
der konvexen Ausbildung der Stirnfläche geformt, dergestalt, dass
sie die Geometrie der Stirnfläche
weder überragt
noch hinter sie zurückspringt.
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In
einer anderen Ausführungsform
weist der Innenleiter mindestens an einem Ende einen Lötanschluss,
einen Schweißanschluß oder eine
Oberfläche
für Drahtbond
auf. Lötanschlüsse sind
bekannt; sie dienen zum Anlöten
oder Auflöten
von Bauelementen oder von Verbindungen, beispielsweise Verbindungsleitungen.
Der Lötanschluss
ist demnach im weitesten Sinne eine Schnittstelle zwischen dem Innenleiter
und einem anderen elektrischen Leiter. Weitere in Betracht kommende
Anschlüsse
sind Schweißanschlüsse, also
solche, die der Verschweißung
mit einem weiteren Bauteil dienen, oder Oberflächen für Drahtbond zur Verbindung
mit anderen Bauteilen im Wege des Drahtbonding. Auf diese Weise
lässt sich
das Bauelement weitestgehend universell und für weitere Einsatzzwecke verwenden,
insbesondere auch für
solche, in denen die Kontaktierung durch manuelles oder automatisiertes
Löten erfolgt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ragt der Innenleiter mit mindestens einem Ende über das elektrisch nicht leitende
Material hinaus. Im Gegensatz zu einer vorbeschriebenen Ausführungsform
ist der Innenleiter demzufolge nicht zur zugeordneten Stirnfläche fluchtend,
sondern überragt
diese. Hierdurch lässt
sich beispielsweise eine Ausbildung als Stift zum Laserschweißen oder
als Piercing-Stift
zur Kontaktierung von und/oder mit Flexfolien realisieren, ebenso
eine Ausbildung als Lötstift
oder als Pin für
Schneid-Klemm-Verbindungen. Das die Stirnfläche überragende Ende des Innenleiters
wird hierbei an die jeweils erforderliche kontaktierweise Form angepasst,
beispielsweise kegelförmig
oder spitz oder auch flach ausgestaltet.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren
näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
längliches
Bauelement im Längsschnitt
mit eingebettetem Innenleiter;
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2 ein
längliches
Bauelement im Längsschnitt
mit das elektrisch nicht leitende Material überragendem Innenleiter;
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3 ein
als Steckstift ausgebildetes längliches
Bauelement mit rechteckigem Querschnitt und entsprechender Kontaktfläche;
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4 ein
als Steckstift ausgebildetes längliches
Bauelement mit zwei eingebetteten, das elektrisch nicht leitende
Material einseitig überragenden Innenleitern
und
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5 einen
Kopf eines solchen Bauelements, bei dem zwei Innenleiter jeweils
einen Lötanschluss
aufweisen.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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1 zeigt
ein längliches
Bauelement 1, das als Schraube 2 ausgebildet ist.
Die Schraube 2 ist eine Maschinenschraube 3 mit
einem Schraubenkopf 4 und einem Schraubengewinde 5.
Der Schraubenkopf 4 und das Schraubengewinde 5 bilden
zusammen den Schraubenkörper 6,
der aus elektrisch nicht leitendem Material 7 besteht,
beispielsweise aus Kunststoff 8. In Längserstreckung ist, symmetrisch
zu einer Bauelementlängsachse 9,
in voller Baulänge der
Schraube 2 ein elektrischer Innenleiter 10 eingebettet,
der die Schraube 2 in Axialerstreckung durchsetzt. Der
elektrische Innenleiter 10 weist, hier nicht sichtbar,
einen zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt auf. Er ist an
den Stirnseiten 11 des Bauelements 1 zugänglich,
dort also nicht von dem elektrisch nicht leitenden Material 7,
aus dem die Schraube 2 besteht, überdeckt. Hierdurch bilden
sich an Enden 12 des elektrischen Innenleiters 10 Kontaktflächen 13 aus,
nämlich
Bereiche 14, in denen die Enden 12 des elektrischen
Innenleiters 10 an den Stirnseiten 11 des Bauelements 1 zu
Tage treten. Hierdurch ist es möglich,
eine Durchkontaktierung von dem einen, unteren Ende 15 des
elektrischen Innenleiters 10 zu seinem anderen, oberen
Ende 16 zu bewirken und damit hier nicht dargestellte Fügeteile,
die durch die Schraube 2 verbunden werden, über die Schraube 2,
nämlich
den Innenleiter 10, elektrisch miteinander kontaktierbar
mechanisch zu verbinden. Das elektrisch nicht leitende Material 7 des
Schraubenkörpers 6 weist
hierbei bevorzugt eine solche Zugfestigkeit auf, wie sie für die entsprechende
Anwendung erforderlich ist.
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2 zeigt
ein längliches
Bauelement 1 in einer Ausführung als Schraube 2,
wobei die Schraube 2 einen oberseitig konvex ausgebildeten
Schraubenkopf 4 aufweist. Die Schraube 2 wird
wiederum von dem elektrischen Innenleiter 10 durchsetzt,
wobei dessen oberes Ende 16 eine konvexe Ausbildung entsprechend
der kopfseitigen Stirnseite 11 der Schraube 2 aufweist,
also in Konvexausbildung die Geometrie des Schraubenkopfes 4 aufnimmt
und diesen nicht überragt,
sondern eine zum Schraubenkopf 4 formangepasste, diesen
weder überragende noch
zurückspringende
Kontaktfläche 13 ausbildet. An
der gegenüberliegenden
Stirnseite 11 der Schraube 2, nämlich am
unteren Ende 15 des elektrischen Leiters 10 ist
dieser als Piercingstift 17 ausgebildet, der die ein vorderes
Schraubenende 18 ausbildende Stirnseite 11 überragt.
Der Piercingstift 17 dient der Kontaktierung beispielsweise
von Flexfolien oder anderen, zumindest bereichsweise nachgiebigen
leitfähigen
Kontaktelementen, dadurch, dass sich der Piercingstift 17 zumindest
abschnittsweise in diese Kontaktelemente eindrückt und hierdurch einen elektrischen
Kontakt herstellt. Das Eindrücken
des Piercingstiftes 17 erfolgt bevorzugt im Zuge des Einschraubvorganges
der Schraube 2, so dass in einem Arbeitsgang das Verbinden
von hier nicht dargestellten Fügeteilen
im Zuge des Einschraubens wie auch die elektrische Kontaktierung
des elektrischen Innenleiters 10 über den Piercingstift 17 mit
hier nicht dargestellten, mit dem Piercingstift 17 zusammenwirkenden
Kontaktelementen erfolgt.
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3 zeigt
das Bauelement 1 in einer Ausführung als Schraube 2,
wobei der Schraubenkopf 4 als Versenkschraubenkopf 19 ausgebildet
ist. Dies bedeutet, dass der Schraubenkopf 4 eine solche
Geometrie aufweist, die sich axial von der Stirnseite 11 der
Schraube 2 hin zum Schraubengewinde 5 im Durchmesser
verjüngt,
wodurch ein Einziehen der Schraube 2 in das zuoberst liegende,
nicht dargestellte Fügeteil
bewirkt wird. Insbesondere bei Anwendungen in weichen und/oder nachgiebigen
Fügeteilen,
beispielsweise Holz oder Kunststoff, kann eine solche Anwendung
vorteilhaft sein; sie wird aber auch bei anderen, nicht nachgiebigen
Fügeteilen
wie beispielsweise Metallen verwendet, wenn die zugehörige Bohrung
eine entsprechende Ansenkung aufweist und eine im Wesentlichen oberflächenbündige, jedenfalls
das entsprechende Fügeteil
nicht überragende
Verschraubung gewünscht
ist. Die Schraube 2 weist den elektrischen Innenleiter 10 wie
vorbeschrieben auf, wobei der elektrische Innenleiter 10 eine
zur Stirnseite 11 des Schraubenkopfes 4 oberflächenbündige Ausgestaltung
aufweist und hiermit die Kontaktfläche 13 ausbildet.
Der elektrische Innenleiter 10 ist von im Wesentlichen
rechteckigem Querschnitt, wodurch sich neben einer hohen Stromtragfähigkeit
auch eine Unterstützung
der Momentübertragung
im Zuge der Verschraubung ergibt. Die Stromtragfähigkeit des elektrischen Innenleiters 10 ist
hierbei von seinem Querschnitt und der entsprechenden Materialwahl
abhängig,
während
die Spannungsfestigkeit, also insbesondere die Durchschlagsfestigkeit,
im Wesentlichen von einer Wandstärke
w des den elektrischen Innenleiter 10 umgebenden elektrisch
nicht leitenden Materials 7 des Bauelements 1 abhängt sowie
von der Materialwahl des elektrisch nicht leitenden Materials 7.
Diese Größen können entsprechend
der jeweiligen Anforderungen, die das Bauelement 1 bei
dem jeweiligen Einsatzzweck zu erfüllen hat, gewählt werden.
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4 zeigt
das Bauelement 1 in einer Ausführung als Einpressstift 20.
In der Ausführung
als Einpressstift 20 weist das Bauelement 1 kein
Schraubengewinde auf, sondern eine im Wesentlichen glatte oder nur
für bestimmte
Haltezwecke des Einpressstiftes 20 strukturierte Mantelfläche 21 eines
Bauelementelängskörpers 22.
In das Bauelement 1 sind zwei elektrische Innenleiter 10 eingebettet,
die das Bauelement 1 in Axialerstreckung durchsetzen. Oberseitig,
also im Bereich eines Bauelementekopfes 23, weisen die
beiden elektrischen Innenleiter 10 ebene Kontaktflächen 13 auf,
die die Stirnseite 11 am Bauelementekopf 23 nicht überragen.
An dem jeweiligen unteren Ende 15 weisen beide elektrischen
Innenleiter 10 eine Ausgestaltung als Piercingstift 17 auf,
und dienen damit der Kontaktierung von bereits zuvor beschriebenen,
zumindest bereichsweise nachgiebigen und/oder elastischen, mit den
Piercingstiften 17 zusammenwirkenden, hier nicht dargestellten
Kontaktelementen. Dadurch, dass der Einpressstift 20 im
Zuge des Einpressens zur Bewirkung des Fügevorgangs von nicht dargestellten
Fügeelementen
gepresst, nicht jedoch geschraubt (gedreht) wird, lässt sich
eine eindeutige oder in zumindest groben Zügen eindeutige Positionierung
der elektrischen Innenleiter 10 und/oder der Piercingstifte 17 relativ
zu diesen Piercingstiften 17 jeweils zugeordneten, hier nicht
dargestellten Kontaktelementen erreichen, so dass auch eine mehrpolige,
im vorliegenden Beispiel zweipolige, Verbindung/Durchkontaktierung
mittels der elektrischen Innenleiter 10 durch die nicht
dargestellten Fügeteile
möglich
ist. Die als Fügeteile
in Betracht kommenden Bauteile werden dann von dem Einpressstift 20 durchsetzt,
der wiederum seinerseits von den elektrischen Innenleitern 10 durchsetzt
ist. Auf diese Weise ist von den hier nicht dargestellten Kontaktelementen,
die mit den Piercingstiften 17 zusammenwirken, eine Durchkontaktierung
durch diese Bauelemente/Fügeteile
hin zu den Kontaktflächen 13 an
dem Bauelementekopf 23 möglich. Dies ist insbesondere
vorteilhaft, wenn durch mehrere Bauteile beispielsweise eine Versorgungsspannung,
eine Erdung oder Ähnliches
durchgeschleift werden muss, beispielsweise um eine Schaltung in
einem der Fügeteile
zu versorgen oder entsprechende Schaltkreise, beispielsweise Leuchtdioden,
zu kontaktieren. In einer weiteren Ausführungsform kann ein Halbleiterelement
zur Lichterzeugung, also eine Leuchtdiode an der Stirnseite 11 angeordnet
sein oder auch in die Stirnseite 11 derart integriert sein,
dass es nicht über die
Stirnseite 11 hinausragt. Somit kann die Schraube 2 als
ein einfach zu montierendes Bauteil mit einer integrierten Lichtquelle
verwendet werden, da mit einem geeigneten Einschrauben auch unmittelbar
ein elektrischer Kontakt zu der Leuchtdiode an der Stirnseite 11 herstellbar
ist.
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5 zeigt
das Bauelement 1 in seiner Ausgestaltung als Einpressstift 20,
wie vorstehend beschrieben, wobei die Kontaktflächen 13 mit Lötanschlüssen 24 versehen
sind, die die Kontaktflächen 13 überragen.
Die Lötanschlüsse 24 dienen
der universellen Kontaktierung, insbesondere nämlich der Verlötung, der
elektrischen Innenleiter 10 mit außerhalb, nämlich in dem dem Bauelementekopf 23 zugeordneten
Umgebungsbereich liegenden weiteren Kontaktmitteln und/oder elektrischen
Schaltungen. Die Darstellung der Lötanschlüsse 24 ist lediglich
beispielhaft; insbesondere ist jede für bekannte und/oder sinnvolle
elektrische Verbindungen mögliche
Ausbildung der Lötanschlüsse 24 möglich.