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Die Erfindung betrifft einen Leiterplattenanschluss, bei welchem ein Kontaktierungselement mit einem auf einer Leiterplatte angeordneten, flächig ausgebildeten Kontaktelement, beispielsweise einem Kontaktpad, eine elektrische Kontaktierung ausbildet. Der Leiterplattenanschluss weist eine Leiterplatte, ein auf der Leiterplatte angeordnetes, flächig ausgebildetes Kontaktelement, und ein Kontaktierungselement, welches mindestens eine Kontaktfläche aufweist, die mit dem Kontaktelement kontaktierbar ist, auf.
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Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung zwischen einem Kontaktierungselement und einem auf der Leiterplatte, auch Platine genannt, angeordneten, flächig ausgebildeten Kontaktelement wird das Kontaktierungselement und damit auch die Kontaktfläche des Kontaktierungselementes über einen Teil der Leiterplatte geschoben. Da die Leiterplatte üblicherweise mit Glasfasern verstärkt ist, wird die Oberfläche der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes beim Aufschieben des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte einem hohen Abrieb ausgesetzt, wodurch die Kontaktfläche beschädigt wird. Ein mehrfaches Aufschieben des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte und ein mehrfaches Abschieben des Kontaktierungselementes von der Leiterplatte ist daher meist nicht möglich, da die Kontaktfläche des Kontaktierungselementes durch den starken Abrieb beschädigt wird und durch die Beschädigung der Kontaktfläche diese mit der Zeit korrodieren kann.
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In der
US 2006/0189195 A1 ist ein Kontaktierungselement zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte gezeigt. Entlang der Schenkel des Kontaktierungselements ist eine eingestanzte bzw. eingepresste Sicke ausgebildet. Mit dieser Sicke greift das Kontaktierungselement in die Aussparung der Leiterplatte ein, wobei die Aussparung eine kleiner Innenumfangsfläche aufweist als die Außenumfangsfläche der Sicke groß ist, so dass im kontaktierten Zustand die Kontaktierung des Kontaktierungselements mit der Leiterplatte im Bereich der Sicke stattfindet, da die Sicke nur bereichsweise in die Aussparung eintaucht und an einer Kantenfläche der Aussparung anliegt und kontaktiert.
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Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt die
US 5 259 767 A , da auch hier die Kontaktierung im Bereich der Erhebungen der Kontaktierungselemente stattfindet, so dass die Erhebungen selber die Kontaktierungsflächen ausbilden. Auch sind hier die Aussparungen der Leiterplatte in ihrer Innenumfangsfläche kleiner als die Außenumfangfläche der Erhebungen, so dass nur eine Kontaktierung im Bereich der Erhebungen erfolgen kann.
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Die
DE 11 2012 000 473 T5 offenbart eine Kontaktierung eines Kontaktierungselements mit einer Leiterplatte, wobei an dem Kontaktierungselement Kontaktflächen ausgebildet sind, welche in Form von an den Schenkeln des Kontaktierungselements eingepresste Erhebungen ausgebildet sind, die von den Schenkeln hervorstehen. Die Leiterplatte weist Kontaktstellen auf, auf welchen die Kontaktflächen des Kontaktierungselements kontaktieren können. Die Kontaktstellen sind flächig auf der Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet. Benachbart zu den Kontaktstellen weist die Leiterplatte Durchgangslöcher auf, in welche die gebogenen Abschnitte der Schenkel eingreifen, um das Kontaktierungselement an der Leiterplatte zu verrasten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Leiterplattenanschluss zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine Beschädigung einer Kontaktfläche eines Kontaktierungselementes beim Aufschieben des Kontaktierungselementes auf eine Leiterplatte bzw. beim Abschieben des Kontaktierungselementes von der Leiterplatte verhindert werden kann und dadurch das Kontaktierungselement mehrfach zum Kontaktieren mit einem auf der Leiterplatte angeordneten Kontaktelement verwendbar ist.
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Bei einem Leiterplattenanschluss der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Bereich der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes ein von der Kontaktfläche hervorstehender Abschnitt ausgebildet ist, welcher in einem kontaktierenden Zustand des Kontaktierungselementes mit dem Kontaktelement in eine an dem Kontaktelement ausgebildete Aussparung eingreift, wobei die Innenumfangsfläche der Aussparung größer ausgebildet ist als die Außenumfangsfläche des hervorstehenden Abschnittes.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Leiterplattenanschluss gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes ein von der Kontaktfläche hervorstehender bzw. abstehender Abschnitt ausgebildet ist, welcher in Richtung der Leiterplatte gerichtet ist, und dass an dem an der Leiterplatte angeordneten Kontaktelement eine Aussparung ausgebildet ist, in welcher der abstehende bzw. hervorstehende Abschnitt der Kontaktfläche im kontaktierenden Zustand eintauchen kann, so dass die restliche Kontaktfläche, d. h. die den hervorstehenden Abschnitt umgebende Kontaktfläche, des Kontaktierungselementes trotz des hervorstehenden Abschnittes im kontaktierenden Zustand flächig auf dem Kontaktelement aufliegen kann, um eine sichere elektrische Kontaktierung ausbilden zu können. Der von der Kontaktfläche hervorstehende Abschnitt stellt eine Art Opferbereich dar, der während des Aufschiebens des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte zur Ausbildung der Kontaktierung und während des Abziehens des Kontaktierungselementes von der Leiterplatte zum Lösen der Kontaktierung in Kontakt mit der Leiterplatte ist und die den hervorstehenden Abschnitt umgebende Kontaktfläche von der Leiterplatte abhebt, so dass in diesem Bereich kein direkter Kontakt mit der Leiterplatte stattfindet und damit auch ein Abrieb der eigentlichen, die Kontaktierung mit dem Kontaktelement ausbildenden Kontaktfläche verhindert werden kann. Ein Verschleiß des Bereiches der Kontaktfläche, der mit dem Kontaktelement im aufgeschobenen Zustand eine Kontaktierung ausbildet, kann dadurch verhindert werden, da dieser Bereich der Kontaktfläche mit der Leiterplatte in keinen Kontakt tritt und mit dem Kontaktelement erst, wenn der hervorstehende Abschnitt in die an dem Kontaktelement ausgebildete Aussparung eintaucht. Der hervorstehende Abschnitt bewirkt somit, dass während des Aufschiebens und auch während des Abziehens des Kontaktierungselementes zwischen der eigentlichen Kontaktfläche und der Leiterplatte ein Abstand bzw. Spalt ausgebildet ist, um einen direkten Kontakt zwischen der Leiterplatte und der den hervorstehenden Abschnitt umgebenden Kontaktfläche, die im aufgeschobenen Zustand den Kontakt mit dem Kontaktelement ausbildet, zu vermeiden. Ist der hervorstehende Abschnitt in die an dem Kontaktelement ausgebildete Aussparung eingetaucht, liegt die den hervorstehenden Abschnitt umgebende Kontaktfläche flächig auf dem Kontaktelement auf. Der hervorstehende Abschnitt bildet nicht nur einen Verschleiß- bzw. Abriebschutz für die Kontaktfläche des Kontaktierungselementes, wodurch eine Mehrfachverwendung des Kontaktierungselementes ermöglicht wird, sondern auch durch das Eintauchen und damit Einhaken des hervorstehenden Abschnittes in die Aussparung eine Art Verrutschsicherung des Kontaktierungselementes in dem aufgeschobenen und damit kontaktierenden Zustand, so dass ein ungewolltes Abrutschen des Kontaktierungselementes von dem Kontaktelement verhindert werden kann. Ferner ermöglicht der hervorstehende Abschnitt auch eine definierte Positionierung der Kontaktfläche auf dem Kontaktelement, so dass Fehlpositionierungen, durch welche keine ausreichende Kontaktierung ausgebildet werden würde, vermieden werden können.
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Der hervorstehende Abschnitt ist vorzugsweise in Form einer punktförmigen oder länglich ausgebildeten Auswölbung ausgebildet. Durch die Ausbildung des hervorstehenden Abschnittes in Form einer Wölbung und damit ohne eckige Kanten kann die notwendige Kraft zum Aufschieben des Kontaktierungselementes und damit des hervorstehenden Abschnittes auf die Leiterplatte reduziert werden, wodurch auch der Verschleiß, insbesondere der Abrieb, an dem hervorstehenden Abschnitt reduziert werden kann. Bei der punktförmig ausgebildeten Auswölbung ist die Auswölbung vorzugsweise in Form einer Halbkugel, auch Kugelkalotte genannt, ausgebildet. Bei der länglich ausgebildeten Auswölbung ist diese vorzugsweise in Form einer stegförmigen Wulst ausgebildet. Die länglich ausgebildete Auswölbung ermöglicht eine größere Toleranz in der Positionierung der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes auf dem Kontaktelement zum Erreichen des kontaktierenden Zustandes.
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Der hervorstehende Abschnitt ist bevorzugt durch eine Prägung des Kontaktierungselementes im Bereich der Kontaktfläche ausgebildet. Durch die Ausbildung über eine Prägung ist der hervorstehende Abschnitt einstückig mit der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes ausgebildet und kann bei der Fertigung des Kontaktierungselementes in einem Fertigungsschritt mit eingebracht werden. Die Prägung kann beispielsweise mittels eines Stempels erfolgen, der gegen eine der Kontaktfläche gegenüberliegende Seitenfläche des Kontaktierungselementes drückt und dadurch das Material des Kontaktierungselementes in diesem Bereich verformt, insbesondere nach außen drückt, um den von der Kontaktfläche hervorstehenden Abschnitt auszubilden.
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Um eine gleichmäßige und sichere Kontaktierung der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes mit dem Kontaktelement zu erreichen, ist der hervorstehende Abschnitt bevorzugt in der Mitte der Kontaktfläche angeordnet. Durch die mittige Anordnung des hervorstehenden Abschnittes kann eine über die Kontaktfläche gleichmäßige Flächenpressung auf das Kontaktelement aufgebracht werden, so dass eine Kontaktierung über die gesamte Fläche der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes ausgebildet werden kann. Zudem kann durch die mittige Anordnung des hervorstehenden Abschnittes ein Verkippen des Kontaktierungselementes beim Aufschieben aber auch Abziehen des Kontaktierungselementes verhindert werden, was ansonsten zu einem Abrieb der Kontaktflächen führen würde.
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Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Kontaktfläche eine in Richtung der Leiterplatte ausgebildete Biegung aufweist. Die Biegung ist vorzugsweise bogenförmig oder halbkreisförmig ausgebildet. Hierdurch kann ein definiertes Anliegen der Kontaktfläche des Kontaktierungselementes an dem Kontaktelement erreicht werden.
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Zum Ausgleich von Endlagentoleranzen ist die Innenumfangsfläche der Aussparung größer ausgebildet als die Außenumfangsfläche des hervorstehenden Abschnittes.
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Zur Überführung von einem nicht-kontaktierenden Zustand in den kontaktierenden Zustand wird das Kontaktierungselement auf die Leiterplatte und auf das auf der Leiterplatte angeordnete Kontaktelement aufgeschoben, wobei in Aufschubrichtung des Kontaktierungselementes vorzugsweise ein Kantenbereich der Leiterplatte angefast ausgebildet ist. Durch die Anfasung des Kantenbereiches der Leiterplatte kann die notwendige Kraft zum Aufschieben des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte reduziert werden, wodurch die auf den hervorstehenden Abschnitt wirkende Druckkraft vermindert und damit auch die Abnutzung bzw. der Abrieb an dem hervorstehenden Abschnitt reduziert werden kann.
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Bevorzugt ist es weiter vorgesehen, dass sich das Kontaktelement über eine Oberseite und eine Unterseite der Leiterplatte erstreckt, wobei sich die an der Leiterplatte ausgebildete Aussparung von der Oberseite der Leiterplatte zu der Unterseite der Leiterplatte erstreckt und sich das Kontaktelement durch die Aussparung erstreckt, wobei das Kontaktierungselement eine erste Kontaktfläche mit einem ersten hervorstehenden Abschnitt und eine der ersten Kontaktfläche gegenüberliegende zweite Kontaktfläche mit einem zweiten hervorstehenden Abschnitt aufweist, wobei im kontaktierenden Zustand die erste Kontaktfläche auf dem Kontaktelement im Bereich der Oberseite der Leiterplatte und die zweite Kontaktfläche auf dem Kontaktelement im Bereich der Unterseite der Leiterplatte aufliegen, und der erste hervorstehende Abschnitt und der zweite hervorstehende Abschnitt in die Aussparung eingreifen. Das Kontaktierungselement ist hierbei vorzugsweise als ein Gabelkontaktelement, insbesondere ein Federgabelkontaktelement, ausgebildet, welches zwei sich gegenüberliegende Federarme aufweist, an deren freien Ende jeweils eine Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei die Kontaktflächen der beiden Federarme derart an den Federarmen angeordnet sind, dass diese sich gegenüberliegen und zueinander gerichtet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung des Kontaktierungselementes kann eine Kontaktierung an zwei Seitenflächen, insbesondere der Oberseite und der Unterseite, der Leiterplatte auf dem Kontaktelement, welches sich auch über beide Seitenflächen der Leiterplatte erstreckt, erfolgen. Die Aussparung der Leiterplatte ist hierbei vorzugsweise als eine Bohrung ausgebildet, welche sich von der Oberseite zu der Unterseite der Leiterplatte erstreckt, wobei die Wand der Aussparung bzw. der Bohrung mit einem Material des Kontaktelementes überzogen ist, so dass eine Durchkontaktierung von der Oberseite zu der Unterseite und umgekehrt der Leiterplatte ausgebildet ist und dadurch das Kontaktelement auf einer Seite der Leiterplatte kleiner ausgebildet sein kann als auf der gegenüberliegenden Seite, wodurch Material des Kontaktelementes eingespart werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Kontaktierungselementes des Leiterplattenanschlusses gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Leiterplattenanschlusses gemäß der Erfindung in einer ersten Position des in 1 gezeigten Kontaktierungselementes relativ zu einer Leiterplatte während eines Aufschiebens des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte zur Ausbildung eines kontaktierenden Zustandes mit einem auf der Leiterplatte angeordneten Kontaktelement,
- 3 eine schematische Darstellung des Leiterplattenanschlusses gemäß der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Längsseite der Leiterplatte und des Kontaktierungselementes in einer zweiten Position des in 1 gezeigten Kontaktierungselementes relativ zu der Leiterplatte während eines Aufschiebens des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte zur Ausbildung des kontaktierenden Zustandes,
- 4 eine schematische Darstellung des Leiterplattenanschlusses gemäß der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Längsseite der Leiterplatte und des Kontaktierungselementes in einer dritten Position des in 1 gezeigten Kontaktierungselementes relativ zu der Leiterplatte während eines Aufschiebens des Kontaktierungselementes auf die Leiterplatte zur Ausbildung des kontaktierenden Zustandes,
- 5 eine schematische perspektivische Darstellung des in 4 gezeigten Leiterplattenanschlusses,
- 6 eine schematische Darstellung des Leiterplattenanschlusses gemäß der Erfindung in einer Draufsicht auf eine Längsseite der Leiterplatte und des Kontaktierungselementes in dem kontaktierenden Zustand des Kontaktierungselementes mit dem auf der Leiterplatte angeordneten Kontaktelement, und
- 7 eine schematische perspektivische Darstellung des in 6 gezeigten Leiterplattenanschlusses.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kontaktierungselementes 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Kontaktierungselement 1 ist hier als Federgabelkontakt ausgebildet und weist zwei sich gegenüberliegende Federarme 2a, 2b auf, welche an jeweils einem ersten Ende 3a, 3b über einen Verbindungssteg 15 miteinander verbunden sind. Der Verbindungssteg 15 ist an Seitenkanten der Federarme 2a, 2b einstückig mit den Federarmen 2a, 2b ausgebildet. An dem dem ersten Ende 3a, 3b gegenüberliegenden zweiten Ende 4a, 4b der Federarme 2a, 2b weisen die Federarme 2a, 2b jeweils eine Kontaktfläche 5a, 5b auf, wobei die Kontaktflächen 5a, 5b der beiden Federarme 2a, 2b zueinander gerichtet sind und sich somit gegenüberliegen. Die Kontaktflächen 5a, 5b weisen jeweils eine Biegung 6a, 6b in Form eines Halbkreises auf. Im aufgeschobenen Zustand des Kontaktierungselementes 1 auf eine Leiterplatte 7 ist die Biegung 6a, 6b in Richtung der Leiterplatte 7 gerichtet, wie dies beispielsweise in 2 zu erkennen ist. Durch die Biegungen 6a, 6b ist der Abstand der beiden Federarme 2a, 2b zueinander im Bereich der Kontaktflächen 5a, 5b geringer als gegenüber dem Rest der Federarme 2a, 2b, insbesondere dem ersten Ende 3a, 3b, der Federarme 2a, 2b.
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An den beiden Kontaktflächen 5a, 5b ist jeweils ein hervorstehender Abschnitt 8a, 8b ausgebildet, welcher hier in Form einer punktförmigen Auswölbung, insbesondere einer Kugelkalotte, ausgebildet ist. An den hervorstehenden Abschnitten 8a, 8b ist der Abstand zwischen den beiden Federarmen 2a, 2b am geringsten. Die hervorstehenden Abschnitte 8a, 8b sind jeweils in der Mitte der entsprechenden Kontaktfläche 5a, 5b und auf der am Weitesten nach außen gebogenen Stelle der Biegung 6a, 6b der Kontaktflächen 5a, 5b ausgebildet. Die hervorstehenden Abschnitte 8a, 8b können durch ein Prägen der Kontaktflächen 5a, 5b bzw. des Kontaktierungselementes 1 ausgebildet sein.
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In den 2 bis 7 ist ein Ablauf eines Aufschiebens bzw. Steckens des Kontaktierungselementes 1 auf die Leiterplatte 7 und ein an der Leiterplatte 7 angeordnetes Kontaktelement 9 gezeigt.
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Das auf der Leiterplatte 7 angeordnete Kontaktelement 9 ist flächig ausgebildet und weißt dadurch eine geringe Dicke auf, so dass das Kontaktelement 9 in Form eines Kontaktpads ausgebildet ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist das Kontaktelement 9 an der Oberseite 10 und der Unterseite 11 der Leiterplatte 7 angeordnet.
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Im Bereich des Kontaktelementes 9 ist in der Leiterplatte 7 eine Aussparung 12 ausgebildet, welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, welche sich von der Oberseite 10 der Leiterplatte 7 zu der Unterseite 11 der Leiterplatte 7 erstreckt. Die Innenumfangsfläche der Aussparung 12 ist dabei größer ausgebildet als die Außenumfangsfläche des hervorstehenden Abschnittes 8a, 8b. Das Kontaktelement 9 ist im Bereich der Aussparung ringförmig um die Aussparung 12 ausgebildet, es umschließt somit die Aussparung 12. Ferner erstreckt sich das Kontaktelement 9 auch in die Aussparung 12 hinein, indem an der Wand der Aussparung 12 bzw. der Durchgangsbohrung Material des Kontaktelementes 9 angelagert ist, so dass die Wand der Aussparung 12 mit dem Material des Kontaktelementes 9 beschichtet ist. Hierdurch wird eine Durchkontaktierung von der Oberseite 10 zu der Unterseite 11 und umgekehrt der Leiterplatte 7 ausgebildet.
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In Aufschubrichtung 13 des Kontaktierungselementes 1 auf die Leiterplatte 7 ist ein Kantenbereich 14 der Leiterplatte 7 angefast, d. h. mit einer Fase versehen, so dass der Kantenbereich 14 eine bzw. hier zwei Abschrägungen aufweist. Der hier gezeigte Kantenbereich 14 ist durch die Anfasung V-förmig ausgebildet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist eine Fase sowohl an dem an die Oberseite 10 der Leiterplatte 7 angrenzenden Teil des Kantenbereiches 14 als auch an dem an die Unterseite 11 der Leiterplatte 7 angrenzenden Teil des Kantenbereiches 14 ausgebildet. Über den angefasten Kantenbereich 14 wird das Kontaktierungselement 1 mit seinen Federarmen 2a, 2b, insbesondere mit den an den Federarmen 2a, 2b ausgebildeten Kontaktflächen 5a, 5b, auf die Leiterplatte 7 aufgeschoben. Der Federarm 2a wird dabei auf die Oberseite 10 der Leiterplatte 7 und der Federarm 2b auf die Unterseite 11 der Leiterplatte 7 aufgeschoben.
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In 3 ist eine Position des Kontaktierungselementes 1 gezeigt, bei welcher es mit den hervorstehenden Abschnitten 8a, 8b auf die Ober- und Unterseite 10, 11 der Leiterplatte 7 aufgeschoben ist. Hierbei ist zu erkennen, dass beim Aufschieben des Kontaktierungselementes 1 auf die Leiterplatte 7 und auch auf das Kontaktelement 9, wie es in 4 und 5 gezeigt ist, lediglich die hervorstehenden Abschnitte 8a, 8b des Kontaktierungselementes 1 in Kontakt mit der Leiterplatte 7 und dem Kontaktelement 9 kommen. Die Kontaktflächen 5a, 5b des Kontaktierungselementes 1 sind hingegen in diesen Positionen noch beabstandet von der Leiterplatte 7 und dem Kontaktelement 9, so dass eine möglicher Abrieb an dem Kontaktierungselement 1 durch das Aufschieben lediglich im Bereich der hervorstehenden Abschnitte 8a, 8b erfolgt, jedoch nicht im Bereich der Kontaktflächen 5a, 5b, so dass diese vor Verschleiß geschützt werden.
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In den 6 und 7 ist die Position gezeigt, in welcher das Kontaktierungselement 1 auf die Leiterplatte 7 und das Kontaktelement 9 aufgeschoben ist und die Kontaktflächen 5a, 5b des Kontaktierungselementes 1 mit dem Kontaktelement 9 kontaktieren. In diesem kontaktierenden Zustand sind die hervorstehenden Abschnitte 5a, 5b in die Aussparung 12 eingetaucht, so dass die Kontaktflächen 5a, 5b, die die hervorstehenden Abschnitte 8a, 8b umgeben, flächig auf dem Kontaktelement 9 aufliegen und mit dem Kontaktelement 9 kontaktieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kontaktierungselement
- 2a, 2b
- Fedrarm
- 3a, 3b
- Erstes Ende
- 4a, 4b
- Zweites Ende
- 5a, 5b
- Kontaktfläche
- 6a, 6b
- Biegung
- 7
- Leiterplatte
- 8a, 8b
- Hervorstehender Abschnitt Kontaktelement
- 10
- Oberseite
- 11
- Unterseite
- 12
- Aussparung
- 13
- Aufschubrichtung
- 14
- Kantenbereich
- 15
- Verbindungssteg
