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Stand der Technik
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Die Bedeutung elektronischer Systemkomponenten in Kraftfahrzeugen nimmt immer mehr zu. Hierbei muss insbesondere der Sicherstellung einer zuverlässigen elektrischen Verbindung zwischen einem elektronischen Modul, wie zum Beispiel einem im Ölsumpf befindlichen elektronischen Getriebesteuermodul für Kraftfahrzeuggetriebe, besonderes Augenmerk gewidmet werden. Vielfach erfolgt die elektrische Verbindung zwischen einem im Elektronikmodul üblicherweise befindlichen Schaltungsträger mit elektronischen und elektromechanischen Bauteilen sowie der äußeren Verbindungstechnik (s. g. ”AVT”) durch Bonddrähte, die die Anschlusspunkte des Schaltungsträgers mit eingeglasten Verbindungsstiften im Gehäuse des Moduls elektrisch verbinden. Die Verbindungsstifte sind oftmals mit einem Stanzgitter als ”AVT” durch Laserschweißen verbunden, dessen Stege nachträglich entfernt werden. Bei dem Schaltungsträger kann es sich um eine Leiterplatte oder ein so genanntes ”LTCC”-Hybrid (”Low-Temperature-Cofired-Ceramic”) mit einer darauf aufgebauten elektronischen Schaltung handeln.
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Die
DE 10 2005 044 482 A1 offenbart eine flexible Flachbandleitung mit einer Vielzahl von darauf gleichmäßig beabstandet angeordneten Elektronikbaugruppen. Zum Schutz der Elektronikbaugruppen bzw. zum Schutz des Kontaktbereichs zwischen den Elektronikbaugruppen und der Flachbandleitung ist jede Elektronikbaugruppe in ein Gehäuse eingekapselt. Von Nachteil bei dieser Bauform ist, dass nach dem Aufbringen der Elektronikbaugruppen auf die Flachbandleitung ein Funktionstest und/oder eine Voralterung der Module unabhängig von der Verkabelung nicht möglich sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine elektrische Verbindungsanordnung zur Kontaktierung eines Elektronikmoduls mit elektrischen Leitungen, insbesondere mit einer flexiblen Flachleitung mit einer Vielzahl zwischen einer unteren und einer oberen Deckfolie verlaufenden Leiterbahnen, offenbart, wobei das Elektronikmodul mindestens einen Schaltungsträger aufweist, der in ein Kunststoffgehäuse eingebettet ist. Erfindungsgemäß weist das Elektronikmodul mindestens ein Kontaktblech, insbesondere mindestens einen Flachpin, auf, wobei das Kontaktblech mit dem Schaltungsträger mittels mindestens einer Verbindungsstelle elektrisch leitend verbunden ist, und eine elektrische Leitung zwischen dem mindestens einen Kontaktblech und einem Gehäusevorsprung nahezu kraftlos einsteckbar ist und durch eine Umformung des mindestens einen Kontaktblechs eine elektrisch leitende Verbindung herstellbar ist.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ist grundsätzlich zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen einem hermetisch eingekapselten Elektronikmodul und elektrischen Leitungen unterschiedlichster Art, wie zum Beispiel Kabeln mit einem oder mehreren elektrischen Leitern, mehrpoligen extrudierten Flachbandleitungen sowie flexiblen (Folien-)Flachleitungen, die eine Vielzahl von beidseitig mit (Isolier-)Folien kaschierte, dünne Leiterbahnen aufweisen, geeignet und vorgesehen. Im weiteren Fortgang der Beschreibung wird jedoch vorrangig auf die Schaffung einer zuverlässigen und gegenüber schädlichen Umgebungseinflüssen resistenten elektrischen Kontaktierung zwischen einer flexiblen Flachleitung und einem Elektronikmodul abgestellt. Infolge der durch den Umformprozess mechanisch fest an den unterseitig freiliegenden Leiterbahnen anliegenden Kontaktbleche ergibt sich eine zuverlässige elektrische Verbindung, obwohl ein Anschlussbereich der mit dem Elektronikmodul zu kontaktierenden Flachleitung nahezu kraftlos zwischen die Kontaktbleche und einen als Widerlager dienenden Gehäusevorsprung einsteckbar ist. Die Umformung der Kontaktbleche erfolgt nach dem Einstecken der Flachleitung bevorzugt durch das Hochbiegen aller Kontaktbleche mittels eines geeigneten Werkzeuges, bis diese innerhalb von Ausnehmungen in der unteren Folie mit einer definierten Anpresskraft an den Leiterbahnen anliegen. Hierbei dient ein Gehäusevorsprung als oberes Widerlager für die Flachleitung bzw. die von unten gegen diese drückenden Kontaktbleche. Zur Sicherstellung einer einwandfreien elektrischen Kontaktierung muss demzufolge eine Vielzahl von Ausnehmungen in die untere Deckfolie in einem endseitigen Anschlussbereich der Flachleitung eingebracht werden.
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Die Kontaktbleche verfügen zur Erhöhung der punktuellen Wirkung des aufgebauten Kontaktdrucks an ihren Enden jeweils über kleine Ausprägungen, die jeweils in mindestens eine in der unteren Deckfolie befindliche Ausnehmungen einbringbar sind.
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Zur weiteren Steigerung der Kontaktsicherheit sind die Ausprägungen bevorzugt mit dem Kontaktblech durch eine Verbindungsstelle stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden. Die stoffschlüssigen Verbindungsstellen können durch thermische Fügeverfahren, wie zum Beispiel Laserlöten oder Laserschweißen, hergestellt werden. Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses des Elektronikmoduls ist bevorzugt eine Vielzahl von Kontaktblechen jeweils in einem mittleren Bereich durch das Umspritzen mit einem Kunststoffmaterial zu einer Kontaktblechleiste zusammengefasst. Ferner kann die Kontaktblechleiste eine Nut aufweisen, die auf mindestens einen Randbereich bzw. eine Außenkante des Schaltungsträgers bevorzugt mit leichtem Pressschluss aufsteckbar ist. Die Kontaktblechleiste kann darüber hinaus den Schaltungsträger rahmenartig umfassen, um einen allseitigen Anschluss von Flachleitungen an das Elektronikmodul zu ermöglichen. Bei der Fertigung des Elektronikmoduls kann der Schaltungsträger mit einer optionalen Grundplatte mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel mittels eines Wärmeleitklebers, verklebt werden. Die Grundplatte dient zum einen zur Befestigung des Elektronikmoduls im Kraftfahrzeug und zum anderen zur Kühlung von elektronischen Bauteilen auf dem Schaltungsträger, die eine hohe thermische Verlustleistung erzeugen. Anschließend wird mindestens eine Kontaktblechleiste in Relation zum Schaltungsträger ausgerichtet und die Kontaktbleche über Verbindungsstellen mit Anschlusspunkten auf dem Schaltungsträger verbunden. Anstelle einer direkten stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Kontaktblechen und den Anschlusspunkten auf dem Schaltungsträger können zum Beispiel auch Bonddrähte vorgesehen sein. Die Anschlusspunkte auf dem Schaltungsträger sind über (Kupfer-)Leiterbahnen mit den elektronischen und/oder elektromechanischen Komponenten auf dem Schaltungsträger verbunden Die elektrische Kontaktierung zwischen der Kontaktblechleiste und dem Schaltungsträger erfolgt bevorzugt auf einem temporären Trägerwerkzeug. In einem abschließenden Verfahrensschritt werden der Schaltungsträger, die optionale Grundplatte sowie die elektrisch kontaktierte Kontaktblechleiste in ein geeignetes Formwerkzeug eingebracht und allseitig mit einer elektrisch isolierenden Kunststoffmasse zur Bildung des Kunststoffgehäuses umspritzt. Um eine mechanisch möglichst feste Integration der Kontaktblechleiste in das Kunststoffgehäuse zu erzielen, werden beide Komponenten bevorzugt mit demselben Kunststoffmaterial bzw. derselben Kunststoffmasse gebildet. Als Kunststoffmaterial kommen sowohl thermoplastische als auch duroplastische Kunststoffe, gegebenenfalls mit einer Faserverstärkung, in Betracht. Die Kontaktbleche bzw. die Flachpins sind mit einem metallischen, elektrisch gut leitenden Material gebildet, das zudem über eine hohe mechanische Festigkeit verfügt. Das allseitige Umspritzen des Schaltungsträgers mit dem Kunststoffmaterial gewährleistet eine hinreichende Resistenz des Elektronikmoduls gegenüber extremen Umgebungseinflüssen.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der elektrischen Verbindungsanordnung gelöst, weist das Elektronikmodul erfindungsgemäß mindestens ein federndes Kontaktblech, insbesondere mindestens einen Flachpin, auf, wobei das Kontaktblech mit dem Schaltungsträger mittels einer Verbindungsstelle elektrisch leitend verbunden ist, und die elektrische Leitung zwischen dem mindestens einen Kontaktblech und einem Gehäusevorsprung kraftschlüssig einsteckbar ist, und zwischen dem Kontaktblech und der elektrischen Leitung eine elektrisch leitende Verbindung besteht. Infolge der federnden Kontaktbleche ist eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktblechen und der in diesem Bereich abisolierten elektrischen Leitung gegeben. Für den Fall, dass die elektrische Leitung eine flexible Flachleitung (”FCP”) ist, wird der elektrische Kontakt nach dem Einschieben der Flachleitung zwischen den Gehäusevorsprung und das mindestens eine federnde Kontaktblech zwischen diesem und der Leiterbahn im Bereich der mindestens einen Ausnehmung in der unteren Deckfolie hergestellt. Darüber hinaus bewirkt die Federkraft der Kontaktbleche bereits eine Lagefixierung durch das Einklemmen der Flachleitung zwischen dem Gehäusevorsprung und den Kontaktblechen, die weitere optionale Fertigungsschritte erleichtert. Um den gewünschten Kontaktdruck zwischen den Kontaktblechen und den Leiterbahnen möglichst punktuell wirken zu lassen, verfügen die Kontaktbleche vorzugsweise endseitig jeweils über mindestens eine, nach oben in Richtung des Gehäusevorsprungs weisende Ausprägung, die in die mindestens eine Ausnehmung in der unteren Deckfolie einbringbar ist bzw. in dieser einrastet. Um eine definierte Einsteckkraft und einen hiermit verbundenen ausreichenden Kontaktdruck zwischen den Kontaktblechen und den Leiterbahnen zu erreichen, ist ein Abstand zwischen dem Kontaktblech und dem Gehäusevorsprung bevorzugt kleiner oder gleich einer Materialstärke der flexiblen Flachleitung in deren Anschlussbereich. Zur weiteren Verbesserung der elektrischen Kontaktsicherheit ist zwischen den Ausprägungen der Kontaktbleche und den Leiterbahnen jeweils eine elektrisch leitende Verbindungsstelle vorgesehen, die mittels bekannter thermischer Fügeverfahren hergestellt wird. Entsprechend zur ersten Ausführungsvariante sind die Kontaktbleche in einem mittleren Bereich zur Bildung einer Kontaktblechleiste mit einem isolierenden Kunststoffmaterial umspritzt.
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Zur mechanischen Stabilisierung kann die Flachleitung im Anschlussbereich mit einem Endstück versehen sein. Dieses verfügt über mindestens zwei Rastorgane, die in zumindest bereichsweise komplementär zu den Rastorganen ausgebildete Ausnehmungen innerhalb des Kunststoffgehäuses einschnappen. Zusätzlich kann unterhalb des Endstücks ein Unterteil vorgesehen sein, um den Anschlussbereich allseitig einzukapseln. Beide Bauteile können beispielsweise verklebt, verpresst, geklemmt oder thermisch gefügt sein. Für den Fall, dass sich die Verbindungsanordnung in einem Ölsumpf eines Verbrennungsmotors befindet, ist keine hermetisch dichte Abkapselung des Anschlussbereichs gegenüber dem umgebenden Öl angestrebt. Vielmehr soll das Öl definiert diesen Bereich durchströmen, um schädlichen Langzeitablagerungen entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck muss sowohl das Endstück als auch das Unterteil mit Öffnungen bzw. Bohrungen versehen sein, die zwar den Ölfluss ungehindert hindurch treten lassen, das Eindringen von metallischen Spänen, metallischem Abrieb und/oder Produktionsrückständen, wie sie in Motoren und/oder Getrieben im Betrieb praktisch immer auftreten, bis herab zu einer unkritischen Mindestgröße aber zuverlässig unterbinden, um Kurzschlüsse zwischen den Kontaktblechen zu verhindern. Beträgt beispielsweise ein Abstand zwischen den Kontaktblechen 0,1 mm, so sollten die Bohrungen im Endstück und/oder im Unterteil deutlich kleiner als 0,1 mm gewählt werden, um Kurzschlüsse zuverlässig zu verhindern. Das Endstück und sein Unterteil bilden in Kombination einen Kurzschlussschutz und stellen zugleich eine Zugentlastung und/oder einen Knickschutz der Flachleitung dar. Das Endstück und das Unterteil können als ein integrales Bauteil ausgebildet sein. In diesem Fall muss im Bereich des Unterteils eine ausreichend große Bohrung vorhanden sein, um einen Laserstrahl hindurch leiten zu können, der zur Schaffung der Verbindungsstelle zwischen dem Kontaktblech und der Leiterbahn innerhalb der elektrischen Flachleitung in der Regel eingesetzt wird. Ferner muss mindestens eine Aussparung für den Durchtritt der Ausprägungen der Kontaktfedern vorgesehen sein. Das Endstück sowie das Unterteil können auch für die erste Ausführungsvariante der Verbindungsanordnung zur Anwendung kommen. Darüber hinaus kann ein Werkzeug eingesetzt werden, um die beim Einstecken der elektrischen Flachleitung benötigte mechanische Kraft auf ein Minimum zu bringen. Das Einführen der Flachleitung erfolgt in diesem Fall durch das gleichzeitige Herabbiegen aller beteiligten Kontaktbleche mithilfe des Werkzeugs um einen Längenbetrag, der näherungsweise mindestens einer Höhe der Ausprägungen der Kontaktfläche entspricht. Bei den Elektronikmodulen im Sinne dieser Anmeldung kann es sich um elektronische und/oder elektromechanische Schaltungen und/oder um Sensoren und/oder Aktuatoren handeln, die aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung sind sowohl zur Verbindung von Elektronikmodulen mit flexiblen Flachleitungen (s. g. ”FPC”) als auch zur Anbindung von extrudierten Flachbandkabeln und anderen mehrpoligen elektrischen Kabeln an solche Module vorgesehen und geeignet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben werden.
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Es zeigt:
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1 Eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung mit eingeführter Flachleitung,
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2 die Verbindungsanordnung nach 1 mit umgeformtem Kontaktblech sowie einer Verbindungsstelle,
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3 eine Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsform der elektrischen Verbindungsanordnung mit nicht eingesteckter Flachleitung,
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4 die Verbindungsanordnung gemäß der 3 mit (federnd-)geklemmter Flachleitung sowie einer Verbindungsstelle,
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5 bis 7 drei verschiedene Ausführungen von endseitigen Ausprägungen eines Kontaktblechs,
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8 eine Draufsicht auf die Flachleitung mit Leiterbahnen und verschiedenen Ausführungsformen von Ausnehmungen der unteren Deckfolie,
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9 eine Schnittdarstellung durch die Verbindungsanordnung nach Maßgabe der
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3, 4 mit einem im Anschlussbereich der Flachleitung angeordneten Endstück und einem zugehörigen Unterteil,
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10 eine schematische Darstellung entlang der Schnittlinie X-X in der 9, und
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11 eine Draufsicht auf die Verbindungsanordnung gemäß der 9.
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Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungsanordnung mit eingeführter aber noch nicht elektrisch kontaktierter Flachleitung.
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Die Verbindungsanordnung 10 umfasst unter anderem ein Elektronikmodul 12 und eine in das Elektronikmodul 12 eingesteckte flexible Flachleitung 14. Ein Schaltungsträger 16 ist in ein Kunststoffgehäuse 18 integriert, das durch allseitiges Umspritzen des Schaltungsträgers 16 mit einem Kunststoffmaterial gebildet ist. In das Kunststoffgehäuse 18 ist eine Kontaktblechleiste 20 mit einer Vielzahl von bevorzugt gleichmäßig beabstandet nebeneinander angeordneten Kontaktblechen, von denen ein Kontaktblech 22 zu sehen ist, integriert. Nicht dargestellte elektronische Komponenten auf dem Schaltungsträger 16 sind über eine Verbindungsstelle 24 mit dem Kontaktblech 22 innerhalb des Kunststoffgehäuses 18 elektrisch leitend verbunden. Das Kontaktblech 22 ist hier als ein so genannter Flachpin ausgeführt. Die interne Verbindungsstelle 24 kann zum Beispiel durch Laserschweißen oder Laserlöten geschaffen werden. Zwischen einem Gehäusevorsprung 26 und dem Kontaktblech 22 kann ein Anschlussbereich 28 der flexiblen Flachleitung 14 nahezu kraftlos eingesteckt werden, wobei zunächst noch kein zuverlässiger elektrischer Kontakt entsteht. Die Flachleitung 14 umfasst eine Vielzahl von parallel beabstandet zueinander verlaufenden Leiterbahnen, von denen eine Leiterbahn 30 gezeigt ist. Die Leiterbahnen sind mit einer unteren und einer oberen Deckfolie 32, 34 kaschiert, wobei die untere Deckfolie 32 mit einer Ausnehmung 36 versehen ist, in die eine nach oben gerichtete Ausprägung 38 des Kontaktblechs 22 eingreift bzw. einrastet. Hierdurch wird eine Lagefixierung der Flachleitung 14 am Elektronikmodul 12 erreicht. Im Bereich der Ausnehmung 36 liegt die Leiterbahn 30 frei. Die Kontaktblechleiste 20 verfügt ferner über eine Nut 40 mit einer rechteckförmigen Querschnittsgeometrie, die das Aufstecken der Kontaktblechleiste 20 auf dem Schaltungsträger 16 unter Schaffung eines leichten Pressschlusses ermöglicht und eine genaue Ausrichtung der Kontaktblechleiste 20 in Relation zum Schaltungsträger 16 möglich. Hierdurch wird die Schaffung der Verbindungsstellen zwischen den Kontaktblechen und dem Schaltungsträger sowie das Umspritzen des gesamten Aufbaus mit dem Kunststoffmaterial zur Schaffung des Kunststoffgehäuses 18 erleichtert. Das Kontaktblech 22 ist mit einer elektrisch leitfähigen Metalllegierung gebildet, die sich bevorzugt leicht umformen lässt. Zur Haftungsverbesserung ist es von Vorteil, das Kontaktblech 22 einer mechanischen, chemischen und/oder physikalischen Oberflächenbehandlung, zum Beispiel durch ein Plasmastrahlverfahren, zu unterziehen. Um das weitgehend kraftlose Einstecken der Flachleitung 14 zwischen Gehäusevorsprung 26 und Kontaktblech 22 bzw. dessen Ausprägung 38 zu erreichen, entspricht ein nicht bezeichneter Abstand zwischen der Ausprägung 38 und dem Gehäusevorsprung 26 in etwa einer Materialstärke der flexiblen Flachleitung 14, das heißt der Dicke der beiden Deckfolien 32, 34 einschließlich der Stärke der folienartigen (Kupfer-)Leiterbahn 30.
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Die 2 illustriert die Schnittdarstellung der Verbindungsanordnung 10 nach der 1 mit elektrisch kontaktierter Flachleitung.
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Um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen der Leiterbahn 30 und der Ausprägung 38 des Kontaktblechs 22 zu schaffen, wird das Kontaktblech 22 zunächst unter Aufwendung einer definierten Kraft in Richtung des weißen Pfeils 42 umgeformt, das heißt nach oben gebogen, bis dieses fest an der Flachleitung 14 anliegt und diese gegen den Gehäusevorsprung 26 als Widerlager drückt. Die Ausprägung 38 erhöht hierbei den wirksamen punktuellen Kontaktdruck. Zur weiteren Optimierung der elektrischen Kontaktierung und zum Schaffen einer Sicherung gegen das unkontrollierte Herausziehen der Flachleitung 14 aus dem Elektronikmodul 12 (Zugentlastung) ist ferner eine Verbindungsstelle 44 zwischen der Ausprägung 38 und der Leiterbahn 30 vorgesehen. Diese Verbindungsstelle 44 ist beispielsweise durch Lasertöten oder Laserschweißen gebildet.
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Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer elektrischen Verbindungsanordnung, bei der das Einstecken der Flachleitung in das Elektronikmodul unter Kraftaufwendung erfolgt.
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Die Verbindungsanordnung 50 umfasst ein Elektronikmodul 52, das mit einer flexiblen Flachleitung 54 verbunden ist. Ein Schaltungsträger 56 ist in einem Kunststoffgehäuse 58 integriert. Eine Kontaktblechleiste 60 ist gleichfalls integraler Bestandteil des Kunststoffgehäuses 58 und trägt eine Vielzahl von Kontaktblechen, von denen ein Kontaktblech 62 gezeigt ist. Die elektrische Kontaktierung zwischen dem Schaltungsträger 56 und dem Kontaktblech 62 erfolgt durch eine Verbindungsstelle 64, die wiederum durch Laserschweißen oder Laserlötstellen hergestellt ist. Ein Abstand 66 zwischen dem Kontaktblech 62 und einem Gehäusevorsprung 68 entspricht näherungsweise einer Materialstärke 70 der Flachleitung 54. Das Kontaktblech 62 verfügt ferner auf einem der Flachleitung 54 zugewandten Abschnitt über eine Ausprägung 72 sowie einen auf der rechten Seite daran anschließenden Versatz 74. Zum Einstecken eines Anschlussbereichs 76 der Flachleitung 54 in Richtung des Pfeils 78 ist es erforderlich, das federnd-elastische Kontaktblech 62 in Richtung des Pfeils 80 unter Anwendung einer mechanischen Kraft nach unten zu biegen. Die hierzu benötigte Kraft kann bis zu 30 N betragen. Dies kann beispielsweise mittels eines geeigneten, nicht dargestellten Werkzeugs erfolgen, das in den Versatz 74 eingreift. Die Flachleitung 54 umfasst eine Vielzahl von Leiterbahnen, von denen eine Leiterbahn 82 gezeigt ist. Die Leiterbahnen sind beidseitig mit einer unteren und einer oberen Deckfolie 84, 86 kaschiert. Die untere Deckfolie 84 verfügt im Anschlussbereich 76 über eine Ausnehmung 88, in deren Bereich die Leiterbahn 82 frei liegt. Nach dem vollständigen Einführen der Flachleitung 54 zwischen den Gehäusevorsprung 68 und das Kontaktblech 62 kehrt dieses nach Wegnahme der Krafteinwirkung in seine Ursprungsposition zurück (vgl. insb. 4). Aufgrund der hierdurch bewirkten Klemmwirkung zwischen der nach oben gerichteten Ausprägung 72 und dem Gehäusevorsprung 68 entsteht ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Elektronikmodul 52 und der Flachleitung 54. Das Kontaktblech 62 ist mit einer metallischen, elektrisch leitfähigen Legierung gebildet, die zugleich über gute Federeigenschaften verfügt. Zur Haftungsverbesserung im Kunststoffgehäuse 58 bzw. in der Kontaktblechleiste 60 ist es vorteilhaft, das Kontaktblech 62 einer geeigneten Oberflächenbehandlung zu unterziehen.
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Die 4 illustriert die elektrische Verbindungsanordnung 50 mit eingeklemmter Flachleitung und einer stoffschlüssigen Verbindungsstelle.
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Das Kontaktblech 62 ist in seine Ausgangsposition zurückgekehrt, so dass die Ausprägung 72 mit einer definierten mechanischen Kraft gegen die, aufgrund der Ausnehmung 88 in diesem Bereich freiliegende Leiterbahn 82 drückt. Der Gehäusevorsprung 68 dient hierbei als Widerlager gegen die vom Kontaktblech 62 ausgehende, vertikal nach oben gerichtete Federkraft. Infolge der in die Ausnehmung 88 einrastenden Ausprägung 72 ist die Flachleitung 54 unmittelbar nach dem Einstecken gegen unkontrolliertes Herausziehen aus dem Elektronikmodul 52 gesichert. Zur weiteren Optimierung der elektrischen Kontaktierung ist im Bereich der Ausprägung 72 eine Verbindungsstelle 90 vorgesehen, die mittels der bekannten Fügeverfahren ausgebildet ist. Hierdurch ist zusätzlich eine stoffschlüssige elektrische Verbindung zwischen der Ausprägung 72 und der Leiterbahn 82 gegeben, die einen zuverlässigen elektrischen Kontakt auch unter widrigen Umgebungseinflüssen sicherstellt. Die thermisch gefügte Verbindungsstelle 90 verhindert selbst bei hoher Krafteinwirkung und/oder hohen Beschleunigungen das unkontrollierte Herausziehen der Flachleitung 54 aus dem Elektronikmodul 52.
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Die 5 bis 7, auf die im weiteren Fortgang der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, veranschaulichen in einer stark vergrößerten, perspektivischen Darstellung drei mögliche Ausführungsformen von Ausprägungen im Kontaktblech 62.
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Die 5 zeigt eine Darstellung der Ausprägung 72 nach Maßgabe der 3 und 4, die über eine näherungsweise halbkugelförmige geometrische Gestalt verfügt. Die 6 zeigt eine Ausprägung 92 mit einer Formgebung, die ungefähr der eines Kegelstumpfes entspricht, während die Ausprägung 94 des Kontaktblechs 62 nach 7 wellenförmig ausgeführt ist. Insbesondere die kegelstumpfförmige Ausprägung 92 gewährleistet mit ihrer nahezu ebenen Oberseite eine große Kontaktfläche zwischen dem Kontaktblech 62 und der Leiterbahn, während die beiden anderen Ausführungsformen einen eher punktuellen Kontakt mit einer hohen Flächenpressung schaffen.
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Die 8 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf die Flachleitung 54 mit unterschiedlich ausgestalteten Ausnehmungen in der unteren Deckfolie.
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Die Ausnehmung 88 in der unteren Deckfolie 84 der Flachleitung 54 ist kreisförmig ausgebildet. Eine rechtsseitig von der Leiterbahn 82 beabstandet verlaufende Leiterbahn 96 verfügt über eine rechteckförmige Ausnehmung 98, deren nicht bezeichnete Breite geringfügig kleiner ist als eine Breite der Leiterbahn. Im Bereich der weiteren, nicht bezeichneten Leiterbahnen, befinden sich jeweils rechteckförmige Ausnehmungen, deren Breite näherungsweise der Breite der Leiterbahnen entspricht und die sich bis zum Ende der Flachleitung 54 in der unteren Deckfolie 84 erstrecken. Über die in 8 dargestellten exemplarischen Ausführungsformen von Ausnehmungen hinaus, ist eine Vielzahl von weiteren geometrischen Gestaltungen der Ausnehmungen denkbar.
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Die 9 bis 11, auf die im weiteren Verlauf der Beschreibung zugleich Bezug genommen wird, zeigen die Verbindungsanordnung 50 mit einem im Anschlussbereich der Flachleitung angeordneten Endstück und einem zugehörigen Unterteil.
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Im Unterschied zur Darstellung nach Maßgabe der 3, 4 verfügt der Anschlussbereich 76 der Flachleitung 54 hier über ein Endstück 100 sowie ein Unterteil 102, die unter anderem zur mechanischen Stabilisierung der Flachleitung 54 im Anschlussbereich 76 dienen, wodurch unter anderem das Stauchen der in der Regel recht dünnen Flachleitung 54 beim Einführen derselben in das Elektronikmodul 52 verhindert wird. Der Schaltungsträger 56 ist durch die Verbindungsstelle 64 mit dem Kontaktblech 72 elektrisch leitend verbunden und zusammen mit dem Kontaktblech 62 bzw. der hier nicht dargestellten Kontaktblechleiste in das Kunststoffgehäuse 58 des Elektronikmoduls 52 integriert. Das Endstück 100 verfügt über eine näherungsweise U-förmige Querschnittsgeometrie mit einem unteren und einem oberen Schenkel 104, 106, zwischen denen der Anschlussbereich 76 der Flachleitung 54 unter Schaffung einer vorzugsweise leichten Presspassung eingeführt ist. Beide Schenkel 104, 106 verlaufen ungefähr parallel in einem nicht bezeichneten Abstand zueinander. Der untere Schenkel 106 verfügt über eine Aussparung 108 zum freien Durchtritt der Ausprägung 72 des Kontaktblechs 62. Die Ausprägung 72 liegt infolge der Federkraft des Kontaktblechs 22 fest an der im Bereich der Ausnehmung 88 nach unten hin offenen Leiterbahn 82 an, wobei zugleich ein elektrischer Kontakt durch Berührung geschaffen wird. Zur weiteren Steigerung der elektrischen Kontaktsicherheit ist die Ausprägung 72 mit der Leiterbahn 82 stoffschlüssig mittels der Verbindungsstelle 90 verbunden. Das Unterteil 102 verfügt über eine angenähert L-förmige Querschnittsgeometrie mit einem langen und einem kurzen Schenkel 110, 112, die unter einem Winkel von etwa 90° aufeinander stoßen. Im Bereich eines Vorderabschnittes 114 des unteren Schenkels 104 sind das Endstück 100 und das Unterteil 102 miteinander verbunden, zum Beispiel verklebt, verklemmt oder verschweißt. Alternativ ist es möglich, das Endstück 100 sowie das Unterteil 102 einstückig auszubilden. Das Endstück 100 sowie das Unterteil 102 können mit demselben, isolierenden Kunststoffmaterial wie das Kunststoffgehäuse 58 oder die Kontaktblechleiste 60 hergestellt sein. Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Stabilität können das Endstück 100 sowie das zugehörige Unterteil 102 mit der Flachleitung 54 verklebt, verschweißt oder integral auf diese aufgespritzt sein. Für den Fall, dass das Endstück 100 sowie das Unterteil 102 einstückig ausgebildet sind, ist im langen Schenkel 110 mindestens eine Bohrung 116 vorgesehen, durch die ein zur Schaffung der stoffschlüssigen Verbindungsstelle 90 erforderlicher Laserstrahl hindurch treten kann. Im Fall der einstückigen Ausführung des Endstücks 100 und des Unterteils 102 sind diese bevorzugt bereits herstellerseitig auf dem Anschlussbereich der Flachleitung 54 befestigt. Die Bohrung 116 kann nach der thermischen Fügung mit einem Kunststoffmaterial verschlossen werden. Bei einer zweiteiligen Ausführung ist es nicht erforderlich, die Bohrung 116 vorzusehen, da das Unterteil 102 erst nach der Schaffung der Verbindungsstelle 90 mit dem Endstück 100 zusammengefügt wird. Der Versatz 74 am Kontaktblech 62 ist entbehrlich, wenn das Endstück 100 und das Unterteil 102 einstückig ausgestaltet sind, da in diesem Fall das Heranführen des Werkzeugs zum Herunterbiegen der Kontaktbleche nicht möglich ist. Ferner kann sowohl im Endstück 100 als auch im Unterteil 102 neben der Bohrung 116 eine Vielzahl von nicht dargestellten weiteren Bohrungen vorgesehen sein. Hierdurch kann ein die Verbindungsanordnung 50 umgebendes Fluid, beispielsweise Öl, ungehindert passieren, so dass langfristig schädliche, insbesondere leitende, Ablagerungen innerhalb des Endstücks 100 sowie des Unterteils 102 vermieden werden. Die Bohrungen weisen hierbei bevorzugt einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner gewählt ist als etwaig im umgebenden Fluid enthaltene, elektrisch leitfähige Partikel, wie zum Beispiel Metallspäne, Metallabrieb oder Fertigungsrückstände, um diese zuverlässig aus dem Anschlussbereich 76 bzw. von den Kontaktblechen zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen fernzuhalten. Beträgt ein Abstand zwischen den Kontaktblechen beispielsweise 0,1 mm, so sollten die Bohrungen einen deutlich kleineren Durchmesser aufweisen, um diese Kontaminationen zuverlässig zurückhalten zu können. Zum leichteren Einstecken der Flachleitung 54 ist das Endstück 100 mit einer Fase 117 versehen. Die 10 illustriert eine Draufsicht auf die Verbindungsanordnung 50 entlang der Schnittlinie X-X, jedoch ohne das Kunststoffgehäuse 58 des Elektronikmoduls 52. Zur Verbesserung der elektrischen Isolationswirkung sind zwischen jeweils zwei benachbarten Kontaktblechen am Unterteil 102 zwei Rippen 118, 120 vorgesehen. Die Anzahl der Rippen muss hierbei stets um Eins größer sein als die in der elektrischen Verbindungsanordnung vorgesehene Zahl der Kontaktbleche. Die 11 zeigt eine schematische Draufsicht der Verbindungsanordnung 50 mit dem Kunststoffgehäuse 58 des Elektronikmoduls 52 und angesteckter Flachleitung 54 gemäß der 9. Zur Realisierung einer Zugentlastung verfügt das Endstück 100 über mindestens zwei, bevorzugt beidseitig integral angespritzte Rastorgane, von denen in der 11 lediglich das obere Rastorgan dargestellt und mit der Bezugsziffer 122 versehen ist. Das Rastorgan 122 schnappt bzw. rastet in eine Ausnehmung 124 im Kunststoffgehäuse 58 des Elektronikmoduls 52 ein. Zu diesem Zweck ist die geometrische Form der Ausnehmung 124 zumindest abschnittsweise komplementär zu der des Rastorgans 122 ausgestaltet.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 10, 50 ist vor allem zur Schaffung einer elektrisch zuverlässigen Kontaktierung zwischen Elektronikmodulen und elektrischen Leitungen bzw. Kabeln, insbesondere in der Form von dünnen flexiblen Flachleitungen mit Leiterbahnen aus Kupferfolien vorgesehen. Hierbei gewährleisten die Verbindungsanordnungen 10, 50 in beiden Ausführungsformen eine sichere und langzeitstabile Kontaktierung selbst unter extremen Umgebungseinflüssen, wie sie beispielsweise im Ölsumpf eines Verbrennungsmotors oder eines Kraftfahrzeuggetriebes vorherrschen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005044482 A1 [0002]
