DE102011114936A1

DE102011114936A1 - Elektronikmodul und Kontaktelement hierzu

Info

Publication number: DE102011114936A1
Application number: DE102011114936A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gerberding
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: CN103178369B; DE102011114936B4; CN103178369A

Abstract

Ein Kontaktelement (3) für Leiterplatten (1) wird beschrieben. Das Kontaktelement (3) ist ein separates, auf eine Leiterplatte (1) aufschiebbares Element mit zwei einander gegenüberliegenden und durch einen Spalt (2) zur Aufnahme einer Leiterplatte (1) voneinander beabstandeten Anlageabschnitten (4a, 4b) und mit einem von einem der Anlageabschnitte (4a, 4b) weg ragenden Kontaktabschnitt (16), wobei die Anlageabschnitte (4a, 4b) durch einen Verbindungsabschnitt (6) miteinander verbunden sind und der Kontaktabschnitt (16) an der von den Anlageabschnitten (4a, 4b) weg weisenden Seite mindestens einen Kontaktbereich hat. Der Verbindungsabschnitt (6) hat mindestens zwei durch einen Freiraum voneinander beabstandete Verbindungsbereiche (7). Diese Verbindungsbereiche (7) gehen in einander gegenüberliegende separate Anlagearme (5b) über. Die Anlagearme (5b) des Anlageabschnitts (4b), auf dessen Seite sich der Kontaktabschnitt (16) befindet, sind mit einem Verbindungssteg (17) miteinander verbunden. Der Kontaktabschnitt (16) ist an dem Verbindungssteg (17) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul mit einem Gehäuse, einer Leiterplatte, die elektronische Bauelemente trägt und an mindestens einer Oberfläche Leiterbahnen hat, und mit einem flächig ausgebildeten elektronischen Funktionsbaustein, insbesondere einer organischen Leuchtdiode (OLED), der an einer Oberfläche Anschlusskontakte hat.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kontaktelement für Leiterplatten und insbesondere ein Kontaktelement für Leiterplatten, das in dem oben genannten Elektronikmodul eingesetzt werden kann. Das Kontaktelement ist ein separates, auf eine Leiterplatte aufschiebbares Element mit zwei einander gegenüberliegenden und durch einen Spalt zur Aufnahme einer Leiterplatte voneinander beabstandeten Anlageabschnitten und mit einem von einem der Anlageabschnitte wegragenden Kontaktabschnitt. Die Anlageabschnitte sind durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden und der Kontaktabschnitt hat an der von den Anlageabschnitten wegweisenden Seite mindestens einen Kontaktbereich.
Stand der Technik
DE 20 2009 013 278 U1 beschreibt ein gehäustes LED-Modul, das innerhalb eines verschließbaren Gehäuses angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung einer Steckverbindung mit dem Modul bzw. den Leuchtdioden erfolgt über die mindestens eine Klammer.
DE 10 2010 002 728 A1 offenbart ein Leuchtmodul mit einer Leiterplatte, auf der Leuchtdioden aufgelötet sind. Ein optisches Element ist mit einem Raststift und einer Rastfeder an dem Leuchtmodul verrastet.
DE 10 2011 003 418 A1 beschreibt eine Flachlampe mit einer Lichtquelle und einem elektronischen Betriebsgerät, die mit Hilfe von Schleifkontakten elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Aus US 7,255,586 B2 und US 4,991,666 A sind elektrische Verbinder in Form von Kontaktschuhen bekannt, die aus zwei gegenüberliegenden Seiten zur Aufnahme einer Leiterplatte voneinander beabstandete Federarme haben. Der Kontaktschuh wird auf diese Weise auf eine Leiterplatte gesteckt und an dieser festgeklemmt und elektrisch über die Federarme mit Leiterbahnen auf der Leiterplatte kontaktiert. An dem Verbindungsbereich der Federarme schließt sich ein Anschlussabschnitt mit einem Kontaktstift oder einem elektrischen Leiter an.
US 4,738,625 zeigt einen elektrischen Verbinder für Leiterplatten, mit dem ein elektrischer Kontakt zwischen zwei im Wesentlichen parallelen Leiterplatten hergestellt werden kann. Ein Metallblech ist so gebogen, dass es mit einem Anlageschenkel einen Kontaktbereich auf einer Leiterplatte mittels Kontaktdruck und Federkraft und an dem gegenüberliegenden Ende mit Hilfe eines Kontaktarms eine weitere Kontaktfläche einer anderen Leiterplatte kontaktiert. Das Kontaktelement wird mit der unteren Leiterplatte verschraubt und auf der oberen Leiterplatte mit Hilfe einer Verspannschraube verspannt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kontaktelement für Leiterplatten zu schaffen, das bei einem möglichst schmalen Aufbau eine zuverlässige und langzeitig stabile Kontaktierung einer Leiterplatte und eines parallel hierzu angeordneten elektronischen (bzw. elektrischen) Bauelementes ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch das Kontaktelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Verbindungsabschnitt mindestens zwei durch einen Freiraum voneinander beabstandete Verbindungsbereiche hat, wobei diese Verbindungsbereiche in einander gegenüberliegende separate Anlagearme übergehen, dass die Anlagearme des Anlageabschnitts, auf dessen Seite sich der Kontaktabschnitt befindet, mit einem Verbindungssteg miteinander verbunden sind, und dass der Kontaktabschnitt an dem Verbindungssteg ausgebildet ist.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hat das Kontaktelement mindestens zwei einander gegenüberliegende Anlagearme, zwischen denen eine Leiterplatte eingespannt wird. Mindestens ein Anlagearm kann auf diese Weise mit einer Kontaktfläche auf der Leiterplatte elektrisch kontaktiert werden. Auf der Seite des Kontaktabschnitts, d. h. auf der Kontaktseite für ein parallel zur Leiterplatte angeordnetes und diese teilweise überlappendes elektronisches Bauelement sind die Anlagearme des Anlageabschnitts mit Hilfe eines Verbindungssteges miteinander verbunden. Der Verbindungssteg verbindet vorzugsweise die den Verbindungsbereichen gegenüberliegenden, ansonsten freien Enden der Anlagearme eines gemeinsamen Anschlussabschnitts miteinander. Der Kontaktabschnitt ist dann an diesem Verbindungssteg ausgebildet und erstreckt sich von dem Verbindungssteg in einem relativ flachen Winkel vom Verbindungssteg weg in Richtung Verbindungsbereich.
Dies hat den Vorteil eines optimierten Kontaktdrucks des Kontaktabschnitts und des kontaktierenden mindestens einen Anlagearms auf das Bauelement bzw. auf die Leiterplatte. Dabei kann die erforderliche Bauhöhe unter Berücksichtung der Dicke des elektronischen Bauelementes, der Leiterplatte und des zwischenliegenden Anlage- und Kontaktabschnitt des Kontaktelementes erheblich reduziert werden.
Das Kontaktelement ist vorzugsweise aus einem U-förmig gebogenen Metallblech gebildet. Mit Hilfe der Verbindungsabschnitte für die Anlagearme wird auf diese Weise ein Federbogen geschaffen, mit Hilfe dessen das Kontaktelement federnd auf eine Leiterplatte aufgespannt wird.
Die einander gegenüberliegenden Anlageabschnitte üben vorzugsweise mit Hilfe des Verbindungsabschnittes eine Federkraft aufeinander aus, wobei die Anlageabschnitte einen Kontaktdruck auf eine im Spalt liegende Leiterplatte bewirken, hierzu ist das Metallblech vorzugsweise aus einem Federstahl gebildet. Ein Federstahl ist ein Werkstoff mit einem ausreichend elastischen Formänderungsvermögen und damit einem ausreichend hohem Elastizitätsgrenzwert. Geeignete Legierungen für Federstahl sind chromhaltige Legierungen, siliziumhaltige Legierungen und ähnliches. Geeignet sind insbesondere in den Normen EN1089, EN1092-1 und EN10132-1 sowie EN10132-4 aufgeführt Federstählen. Die Streckgrenze bei Federstählen liegt üblicherweise im Bereich von mehr als 85%.
An dem zur Kontaktierung der Leiterplatte vorgesehenen Anlagearm ist vorzugsweise mindestens eine Erhebung vorhanden, die zur Kontaktierung einer Kontaktfläche der Leiterplatte und zur mechanischen Verrastung an einer Vertiefung in der Leiterplatte vorgesehen ist. Eine solche Erhebung kann beispielsweise durch Prägen eines von der Ebene vorstehenden Kugelabschnitts als Kugelprägung ausgebildet sein. Damit wird ein Punktkontakt mit optimal reduzierter Kontaktfläche erreicht, auf die der Kontaktdruck des Kontaktabschnitts konzentriert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Verbindungssteg mindestens eine sich in Richtung Verbindungsabschnitt erstreckende Federzunge, die den Kontaktabschnitt bildet. Diese Federzunge ist dann integral mit dem Verbindungssteg und den Anlageabschnitten sowie dem Verbindungsabschnitt für die Anlagearme integral aus einem Stück Blechmaterial gefertigt. Dadurch, dass der Verbindungssteg sowohl mit den Anlagearmen, als auch mit der mindestens einen Federzunge verbunden ist, tritt die Federzunge in Wechselwirkung mit dem Kontaktbereich der Anlagearme auf der Leiterplatte derart, dass sowohl der elektrische Kontakt mit der Leiterplatte, als auch der elektrische Kontakt mit dem elektronischen Bauelement über die Federzunge optimiert ist.
Vorzugsweise hat die mindestens eine Federzunge jeweils eine Vorwölbung zur Ausbildung eines Kontaktbereichs. Mit Hilfe der Vorwölbung gelingt es, die Kontaktfläche auf einen definierten, möglichst kleinen Kontaktbereich zu reduzieren. Die Federkraft der Federzunge wird dann auf diesen möglichst kleinen Kontaktbereich konzentriert, was zu einem verbesserten Flächendruck führt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das freie Ende des Anlageabschnitts, der auf der gegenüberliegend zum Kontaktabschnitt befindlichen Seite liegt, vom gegenüberliegenden Anlageabschnitt weggebogen ist. Für das Aufschieben des Kontaktelementes auf die Leiterplatte wird somit eine Einführschräge bereitgestellt. Die Leiterplatte kann damit zunächst einmal schräg zum Anlageabschnitt mit dem Kontaktabschnitt in den Spalt eingeführt und dann parallel hierzu ausgerichtet werden, um das Kontaktelement in die Leiterplatte einzuspannen.
Die Aufgabe wird weiterhin durch das Elektronikmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Leiterplatte Aussparungen an mindestens einer Seitenkante hat, die in die jeweils zugeordneten Verbindungsbereiche eintauchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 – Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Kontaktelementes mit eingeschobener Leiterplatte und elektronischem Bauelement;
2 – Draufsicht auf die obere OLED-Kontaktseite des Kontaktelementes aus 1;
3 – Draufsicht auf die untere Leiterplatten-Kontaktseite des Kontaktelementes aus 1;
4 – Skizze eines Elektronikmoduls mit Gehäuse, organischer Leuchtdiode, Leiterplatte und Kontaktelement.
Ausführungsform der Erfindung
1 lässt eine Querschnittsansicht durch eine Leiterplatte 1 erkennen, die in einem Spalt 2 eines Kontaktelementes 3 eingeschoben ist. Das Kontaktelement 3 hat auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten Anlageabschnitte 4a, 4b mit Anlagearmen 5a, 5b, die zur Bildung des Spaltes 2 voneinander beabstandet sind. Die Anlageabschnitte 4a, 4b sind durch einen Verbindungsabschnitt 6 gegenüberliegend zu den freien Enden der Anlagearme 5a, 5b miteinander verbunden. Deutlich wird, dass das Kontaktelement 3 auf diese Weise U-förmig gebogen ist. Hierzu weist der Verbindungsabschnitt 6 mindestens zwei durch einen Freiraum voneinander beabstandete, gekrümmte Verbindungsbereiche 7 auf, die als Federbogen für die sich daran anschließenden einander gegenüberliegenden Anlagearme 5a, 5b dienen. Mit Hilfe dieser gekrümmten Verbindungsbereiche 7 in Form eines Federbogens üben die Anlagebereiche 4a, 4b einen Kontaktdruck auf die zwischen die Anlagebereiche 4a, 4b eingespannte Leiterplatte 1 auf, da die einander gegenüberliegenden Anlagearme 5a, 5b aufeinander zu federn.
Erkennbar ist, dass an dem unteren Anlageabschnitt 4a eine Vorwölbung 8 ist, die in Richtung des gegenüberliegenden Anlageabschnitts 5b weist und zur elektrisch leitenden Kontaktierung einer Kontaktfläche 9 auf der Leiterbahn vorgesehen ist. Das freie Ende 10 dieses unteren Anlageabschnitts 4a ist nach unten, d. h. von dem gegenüberliegenden Anlageabschnitt 5b weggebogen, um so eine Einführschräge bzw. eine Vergrößerung des Spalts zur Erleichterung des Einführens der Leiterplatte bereitzustellen.
Auf der gegenüberliegenden (oberen) Kontaktseite ragt von einem (in 1 nicht sichtbaren) Verbindungssteg, der quer vom sichtbaren Anlagearm 5b im Bereich des freien Endes abgeht, mindestens ein Federarm 11 ab, der sich mit seinem freien Ende 12 in Richtung Verbindungsbereich 6 erstreckt. Angrenzend an das freie Ende 12 hat der mindestens eine Federarm 11 eine Vorwölbung 13 zur Auflage auf eine Kontaktfläche 14 eines elektronischen Bauelementes 15 zur elektrischen Kontaktierung. Das elektronische Bauelement 15 ist hierbei annährend parallel zur Leiterplatte 1 und teilweise überlappend zur Leiterplatte 1 im derartigen Abstand zur Leiterplatte 1 angeordnet, dass der obere Anlageabschnitt zusammen mit dem durch die Federarme 11 gebildeten Kontaktabschnitt 16 zwischen elektronischem Bauelement 15 und Leiterplatte 1 ist.
2 lässt eine Draufsicht auf das Kontaktelement 3 aus 1 erkennen. Dabei wird deutlich, dass das Kontaktelement 3 zwei durch einen Freiraum von einander beabstandete Verbindungsbereiche 7 hat, an die sich auf der oberen sichtbaren Kontaktseite jeweils ein Anlagearm 5b anschließt. Die den Verbindungsbereichen 7 gegenüberliegenden, ansonsten freien Enden der Anlagearme 5b sind durch ein sich quer hierzu erstreckenden Verbindungssteg 17 miteinander verbunden. In dem Zwischenraum zwischen den beiden voneinander beabstandeten Anlagearmen 5b erstrecken sich parallel zueinander zwei voneinander frei geschnittene Federarme 11 mit ihren freien Verbindungsbereich 7.
Aus der 3 ist erkennbar, dass der untere Anlageabschnitt 4a des Kontaktelementes 3 auf der Unterseite an einer geeigneten Stelle – wie z. B. im mittleren Bereich über die Breite gesehen – eine Vorwölbung 8 als Kontaktbereich für eine Kontaktfläche 9 der Leiterplatte 1 haben. Der untere Anlageabschnitt 4a z. B. aus einer durchgängigen Blechplatte gebildet sen. Vorteilhaft ist aber die dargestellte Ausführungsform mit zwei schräg aufeinander zu gerichteten Anlagearmen 5a, die im mittleren Bereich ineinander übergehen und einen Kontaktbereich für die Vorwölbung 8 bereitstellen. Die Vorwölbung 8 kann z. B. durch Umformen, insbesondere mittels Prägen eines Kugelabschnitts hergestellt sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel taucht die Vorwölbung 8 in einen vertieften Kontaktbereich der Leiterplatte 1 für die Kontaktfläche 9 ein. Diese vertiefte Kontaktfläche 9 kann beispielsweise eine Durchkontaktierung in der Leiterplatte 1 sein. Dies hat den Vorteil, dass das Kontaktelement 3 auf der Unterseite der Leiterplatte 1 elektrisch kontaktiert und gleichzeitig an einer definierten Position der Leiterplatte 1 verrastet wird.
Deutlich wird aus den 2 und 3 weiterhin, dass die Leiterplatte 1 Aussparungen 18 hat, in die die Verbindungsbereiche 7 des Verbindungsabschnitts 6 eintauchen. Dies hat den Vorteil, dass das Kontaktelement 3 definiert ausgerichtet und ohne Überstand auf der Leiterplatte 1 getragen wird.
Die Kontaktelemente 3 sind vorzugsweise integral aus einem Metallblech, insbesondere aus Federstahl, gebildet. Sie stellen ein separates, auf eine Leiterplatte 1 aufschiebbares Element bereit.
4 lässt ein Elektronikmodul 20, insbesondere ein Leuchtmodul, mit einem Gehäuse 21 und ein in eine Öffnung auf der Oberseite des Gehäuses 21 eingebautes elektronisches Bauelement 15 in Form einer flächig ausgebildeten organischen Leuchtdiode OLED erkennen. Dieses flächige elektronische Bauelement 15 hat an seiner Unterseite Anschlusskontakte mit Kontaktflächen 14. Um nun das elektronische Bauelement 15 elektrisch leitend mit elektronischen Bauelementen 22 an der Leiterplatte 1 und gegebenenfalls direkt oder indirekt mit externen elektrischen Anschlussleitungen 23 zu verbinden ist das Kontaktelement 3 an einer Randkante der Leiterplatte 1 auf dieses aufgesteckt. Damit wird, wie oben bereits beschrieben wurde, ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktflächen 14 des flächigen elektronischen Bauelements 15 und Kontaktflächen 9 der Leiterplatte 1 hergestellt.
Deutlich ist, dass die Leiterplatte 1 und das flächige elektronische Bauelement 15 parallel zueinander und sich teilweise überlappend übereinander angeordnet sind.
Das Gehäuse 21 hat Leitereinführöffnungen 24, die im Gehäuse 21 angeordnete und mit der Leiterplatte 1 verbundene Leiteranschlusskontakte 25 zur elektrischen Steckkontaktierung externer elektrischer Leiter 23 vorgesehen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202009013278 U1 [0003]
DE 102010002728 A1 [0004]
DE 102011003418 A1 [0005]
US 7255586 B2 [0006]
US 4991666 A [0006]
US 4738625 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN1089 [0013]
EN1092-1 [0013]
EN10132-1 [0013]
EN10132-4 [0013]

Claims

Kontaktelement (3) für Leiterplatten (1), wobei das Kontaktelement (3) ein separates, auf eine Leiterplatte (1) aufschiebbares Element mit zwei einander gegenüberliegenden und durch einen Spalt (2) zur Aufnahme einer Leiterplatte (1) voneinander beabstandeten Anlageabschnitten (4a, 4b) und mit einem von einem der Anlageabschnitte (4a, 4b) wegragenden Kontaktabschnitt (16), wobei die Anlageabschnitte (4a, 4b) durch einen Verbindungsabschnitt (6) miteinander verbunden sind und der Kontaktabschnitt (16) an der von den Anlageabschnitten (4a, 4b) wegweisenden Seite mindestens einen Kontaktbereich hat, dadurch gekennzeichnet, – dass der Verbindungsabschnitt (6) mindestens zwei durch einen Freiraum voneinander beabstandete Verbindungsbereiche (7) hat, – dass diese Verbindungsbereiche in einander gegenüberliegende separate Anlagearme (5b) übergehen, – dass die Anlagearme (5b) des Anlageabschnitts (4b), auf dessen Seite sich der Kontaktabschnitt (16) befindet, mit einem Verbindungssteg (17) miteinander verbunden sind, und – dass der Kontaktabschnitt (16) an dem Verbindungssteg (17) ausgebildet ist.
Kontaktelement (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) aus einem U-förmig gebogenen Metallblech gebildet ist.
Kontaktelement (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Anlageabschnitte (5a, 5b) mit Hilfe des Verbindungsabschnitts (6) eine Federkraft aufeinander zu derart ausüben, dass die Anlageabschnitte (4a, 4b) einen Kontaktdruck auf eine im Spalt liegende Leiterplatte (1) bewirken.
Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zur Kontaktierung der Leiterplatte (1) vorgesehenen Anlagearm (5a) mindestens eine Erhebung (8) vorhanden ist, die zur Kontaktierung einer mit einer Vertiefung versehenen Kontaktfläche (9) der Leiterplatte (1) und zur mechanischen Verrastung an der Vertiefung in der Leiterplatte (1) vorgesehen ist.
Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von dem Verbindungssteg (17) mindestens eine Federzunge (11) in Richtung Verbindungsabschnitt (6) erstreckt, die den Kontaktabschnitt (16) bildet.
Kontaktelement (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Federzunge (11) jeweils eine Vorwölbung (13) zur Ausbildung eines Kontaktbereiches hat.
Kontaktelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des Anlageabschnitts (4a), der auf der Seite gegenüberliegend zum Kontaktabschnitt (16) liegt, vom gegenüberliegenden Anlageabschnitt (4b) weggebogen ist.
Elektronikmodul (20) mit einem Gehäuse (21), einer Leiterplatte (1), die elektronische Bauelemente (22) trägt und an mindestens an einer Oberfläche Kontaktflächen (9) hat, und mit einem flächig ausgebildeten elektronischen Funktionsbaustein (15), insbesondere einer organischen Leuchtdiode (OLED), dadurch gekennzeichnet, dass an einer Randkante der Leiterplatte (1) mindestens zwei Kontaktelemente (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufgesteckt und elektrisch leitend mittels Kontaktdruck eines Anlageabschnitts (5a) mit mindestens einer zugeordneten Kontaktfläche (9) der Leiterplatte (1) kontaktiert ist, und dass der Funktionsbaustein (15) teilweise überlappend auf der Leiterplatte (1) derart aufliegt, dass die Anschlusskontakte (14) des Funktionsbausteins (15) auf zugeordneten Kontaktabschnitten (16) von Kontaktelementen (3) aufliegen und die Kontaktabschnitte (16) zur elektrischen Kontaktierung einen Kontaktdruck auf die zugeordneten Anschlusskontakte (14) ausüben.
Elektronikmodul (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) an mindestens einer Seitenkante Aussparungen (18) hat und Verbindungsbereiche (7) der Kontaktelemente (3) in zugeordnete Aussparungen (18) eintauchen.