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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kontaktsystem. Das Kontaktsystem weist einen Schaltungsträger, insbesondere einen keramischen und/oder metallischen Schaltungsträger auf. Der Schaltungsträger weist wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht und wenigstens eine mit der elektrisch isolierenden Schicht – insbesondere aufliegend – verbundene elektrisch leitfähige Schicht auf.
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Bei hochstromfähigen Schaltungsträgern stellt sich das Problem, den Schaltungsträger, insbesondere eine elektrisch leitfähige Schicht, mittels einer elektrischen Verbindungsleitung, insbesondere einer Zuleitung, elektrisch zu kontaktieren.
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Aus der
DE 10 2008 040 614 ist ein Schaltungsträger bekannt, bei dem eine flexible Folie mit einer elektrisch leitfähigen Schicht mittels eines Metallelements mittels Ultraschallenergie mit dem Schaltungsträger verschweißt ist, wobei das Metallelement verformt ist und die Folie formschlüssig mit dem Schaltungsträger elektrisch leitfähig verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist die elektrisch leitfähige Schicht mit einem Endabschnitt einer Stromschiene mittels wenigstens eines Nietelements verbunden. Der Endabschnitt der Stromschiene weist einen Durchbruch für das Nietelement auf, wobei das Nietelement in dem Durchbruch der Stromschiene – insbesondere mit einem Längsabschnitt des Nietelements – angeordnet ist und das Nietelement ausgebildet ist, die Stromschiene formschlüssig gegen die elektrisch leitfähige Schicht zu pressen. Dadurch kann der Schaltungsträger vorteilhaft aufwandsgünstig mit der Stromschiene elektrisch leitfähig und mechanisch verbunden werden.
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Bevorzugt ist der Schaltungsträger mit der Stromschiene mittels des Nietelements derart verbunden, dass die elektrisch leitfähige Schicht und der Endabschnitt in einem Überlappungsbereich einander überlappen, wobei die Stromschiene und die elektrisch leitfähige Schicht auf dem – bevorzugt ganzen – Überlappungsbereich miteinander elektrisch leitfähig berührend verbunden sind. Dadurch kann in dem Überlappungsbereich vorteilhaft eine Kontaktfläche mit einem kleinen Übergangswiderstand gebildet sein, an welcher die Stromschiene und die elektrisch leitfähige Schicht einander berühren und so eine elektrisch leitfähige galvanische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und der Stromschiene erzeugt ist.
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Bevorzugt schließt der Überlappungsbereich einen Rand des Schaltungsträgers ein. Dadurch kann der Schaltungsträger vorteilhaft durch eine gerade ausgebildete Stromschiene kontaktiert sein.
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Bevorzugt weist das Nietelement einen Nietkopf auf, welcher ausgebildet ist, die Stromschiene im Bereich eines Durchbruchrandes des Durchbruchs, welcher bevorzugt zu dem Durchbruch in einer flachen Erstreckung des Schaltungsträgers benachbart angeordnet ist, formschlüssig zu hintergreifen. Vorteilhaft wird so die Stromschiene mit der elektrisch leitfähigen Schicht mittels des Nietelements fest verbunden.
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Bevorzugt bildet die Stromschiene eine elektrische Verbindungsleitung oder einen elektrischen Anschluss des Schaltungsträgers. Die Stromschiene ist bevorzugt durch einen Blechabschnitt, einen Blechstreifen, ein gestanztes oder lasergeschnittenes Blechstück, auch Lead-Frame oder Stanzgitter genannt, gebildet. Bevorzugt ist im Querschnitt der Stromschiene eine Breitenerstreckung größer als eine Dickenerstreckung. Dadurch kann der Schaltungsträger vorteilhaft aufwandsgünstig mit anderen elektrischen Komponenten verbunden werden. Bevorzugt ist die Stromschiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet. Die Stromschiene weist bevorzugt eine Dickenerstreckung zwischen 0,5 und 3 Millimeter auf.
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Bevorzugt ist das Nietelement durch einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen Metallkörper, insbesondere Kupferkörper, Messingkörper, Eisenkörper oder Aluminiumkörper gebildet. Bevorzugt weist das Nietelement einen Nietkopf auf. Der Nietkopf ist bevorzugt an einem Endabschnitt des Nietelements, ausgebildet oder ist durch den Endabschnitt gebildet, und ist ausgebildet, die Stromschiene im Bereich des Durchbruchs formschlüssig zu hintergreifen.
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Bevorzugt ist der Nietkopf durch Umformen, insbesondere Kaltumformen des Endabschnitts des Nietelements erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Nietkopf eine Halbkugelform auf. Dadurch kann der Nietkopf aufwandsgünstig an einem Stiftförmigen Nietelement ausgebildet sein.
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Der Schaltungsträger ist bevorzugt ein keramischer Schaltungsträger, insbesondere DBC-Substrat (DBC = Direct-Bonded-Copper), ein HTCC-Substrat (HTCC = High-Temperature-Cofired-Ceramics), ein LTCC-Substrat (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics), ein AMB-Substrat (AMB = Active-Metal-Brazed), IMS-Substrat (Insulated-Metal-Substrate). In einer anderen Ausführungsform ist der Schaltungsträger ein metallischer Schaltungsträger, insbesondere ein Blechstück, bevorzugt ein formgestanztes oder lasergeschnittenes Blechstück, auch Lead-Frame oder Stanzgitter genannt, gebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Kontaktsystems ist das Nietelement an die elektrisch leitfähige Schicht angeformt, sodass die elektrisch leitfähige Schicht mit dem Nietelement einstückig ausgebildet ist. So kann das Nietelement vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist das Nietelement in einer Aussparung für den Endabschnitt angeordnet. Dadurch kann der Schaltungsträger platzsparend mit der Stromschiene verbunden sein.
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Beispielsweise kann das Nietelement aus der elektrisch leitfähigen Schicht durch Ausfräsen oder Ausätzen einer Aussparung erzeugt werden, sodass das Nietelement als nicht ausgefrästes oder ausgeätztes Material der elektrisch leitfähigen Schicht stehen geblieben ist.
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Bevorzugt weist das Nietelement eine Zylinderform auf. So kann das Nietelement vorteilhaft mit einem Durchbruch der Stromschiene verbunden, insbesondere durch den Durchbruch in der Stromschiene hindurchgeführt werden, welcher durch eine zylindrische Bohrung gebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltungsträger einen Durchbruch für das Nietelement auf, wobei das Nietelement mit einem Längsabschnitt in dem Durchbruch angeordnet ist. Bevorzugt weist das Nietelement neben dem zuvor beschriebenen Nietkopf, welcher ausgebildet ist, die Stromschiene formschlüssig zu hintergreifen, einen weiteren Nietkopf oder einen Nietkragen auf, welcher ausgebildet ist, den Schaltungsträger im Bereich des Durchbruchs formschlüssig zu hintergreifen. So kann das Nietelement vorteilhaft eine hohe Presskraft auf den Schaltungsträger und auf die Stromschiene erzeugen.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Nietelement durch eine Hohlniete gebildet. Dadurch kann das Nietelement materialsparend bereitgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Nietelement wenigstens auf einem Endabschnitt einen Bördelrand auf. Der Bördelrand ist bevorzugt durch pressendes Ausformen eines Randes und radial abweisendes Umbiegen des Randes erzeugt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umschließt der Bördelrand einen Hohlraum, welcher in dem Endabschnitt ausgebildet ist. Der Hohlraum kann, wie zuvor erwähnt, durch Umformen, beispielsweise durch Einstechen eines Dornes in eine Stirnseite des Nietelements, erzeugt werden oder durch eine Bohrung in der Stirnseite des Nietelements.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltungsträger wenigstens zwei oder nur zwei elektrisch leitfähige Schichten auf, welche die elektrisch isolierende Schicht des Schaltungsträgers zwischeneinander einschließen. Die elektrisch isolierende Schicht weist im Bereich des Durchbruchs eine insbesondere an den Durchbruch anschließende Ausnehmung auf, in der ein Einlageelement angeordnet ist. Das Einlageelement weist bevorzugt einen Durchbruch für das Nietelement und einen den Durchbruch umschließend ausgebildeten Rand auf.
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Bevorzugt weist der Rand wenigstens einen Durchmesser auf, welcher einem Durchmesser des Nietkopfes entspricht. So kann die elektrisch isolierende Schicht beim Verpressen des Nietelements, und so beim Ausbilden des Nietkopfes, im Bereich des Durchbruchrandes nicht zerbrechen oder einreißen. Dadurch ist mittels des Einlageelements vorteilhaft ein Opferelement gebildet, welches ausgebildet ist, bei einem zu hohen Anpressdruck, welcher durch das Nietelement erzeugt werden kann, anstelle der elektrisch leitfähigen Schicht zu zerbrechen. Mittels des Einlageelements ist so vorteilhaft ein Stützelement gebildet, wobei auch zerbrochene Teile des Stützelements ausgebildet sind, den Durchbruchrand, und so die elektrisch leitfähigen Schichten im Bereich des Durchbruchrandes, abzustützen.
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Bevorzugt ist das Einlageelement ein elektrisch isolierendes Keramikelement oder ein elektrisch isolierendes Kunststoffelement. Die elektrisch isolierende Schicht ist bevorzugt eine Keramikschicht. So kann die Keramikschicht durch das Einlageelement vorteilhaft vor einem Zerbrechen oder Anbrechen geschützt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einlageelement ein Metallelement. Durch das Metallelement kann die elektrisch isolierende Schicht vorteilhaft vor einem Zerbrechen geschützt sein. Das Metallelement ist bevorzugt ausgebildet, beim Zusammengepresstwerden die elektrisch leitfähigen Schichten einander abzustützen. Das Metallelement ist bevorzugt durch ein Kupferelement, insbesondere einen Kupferring, gebildet. So kann vorteilhaft eine elektrische Durchleitung zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten im Bereich des Nietelements verbessert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Nietelement durch einen Stift, insbesondere einen Metallstift, bevorzugt einen Kupferstift, gebildet. Der Metallstift kann in einer anderen Ausführungsform durch einen Messingstift, einen Aluminiumstift oder einen Eisenstift gebildet sein.
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Der Stift kann in einer bevorzugten Ausführungsform massiv ausgebildet sein. So kann das Nietelement vorteilhaft eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, weiter vorteilhaft eine hohe Zugfestigkeit aufweisen.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Nietelement durch einen Hohlstift, insbesondere eine Hülse, gebildet. So kann das Nietelement vorteilhaft aufwandsgünstig und weiter vorteilhaft materialsparend bereitgestellt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden eines Schaltungsträgers mit einer Stromschiene, wobei der Schaltungsträger eine elektrisch leitfähige Schicht und eine elektrisch isolierende Schicht umfasst.
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Bei dem Verfahren wird ein Endabschnitt der Stromschiene auf die elektrisch leifähige Schicht gelegt, so dass der Endabschnitt und wenigstens oder nur ein Teil des Schaltungsträger einander elektrisch einander berührend überlappen. Weiter wird der Endabschnitt mit der elektrisch leitfähigen Schicht mit einem Nietelement elektrisch leitfähig verbunden.
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Vorteilhaft ist so ein galvanischer elektrischer Kontakt zwischen der Stromschiene und dem Schaltungsträger erzeugt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem umfassend einen Schaltungsträger, welcher mittels eines durch einen Durchbruch in dem Schaltungsträger und einen Durchbruch in einer Stromschiene durchtretenden Nietelements mit einer Stromschiene elektrisch und mechanisch verbunden ist;
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem umfassend einen Schaltungsträger und eine Stromschiene, wobei der Schaltungsträger eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, bei der an einem Abschnitt ein Nietelement zum Verbinden des Schaltungsträgers mit der Stromschiene ausgebildet ist.
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem 1. Das Kontaktsystem 1 weist einen Schaltungsträger 2 auf. Der Schaltungsträger 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein DBC-Substrat gebildet. Der Schaltungsträger 2 weist eine elektrisch isolierende Schicht 3, in diesem Ausführungsbeispiel eine Keramikschicht, auf. Die Keramikschicht ist beispielsweise durch eine Aluminiumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht gebildet. Die elektrisch isolierende Schicht weist beispielsweise eine Dicke zwischen 0,25 und 1 Millimeter auf.
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Der Schaltungsträger 2 weist auch eine elektrisch leitfähige Schicht 4 und eine elektrisch leitfähige Schicht 5 auf. Die elektrisch leitfähigen Schichten 4 und 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch eine Kupferschicht gebildet. Die elektrisch leitfähigen Schichten 4 und 5 schließen in diesem Ausführungsbeispiel die elektrisch isolierende Schicht 3 – nach Art eines Sandwiches – zwischeneinander ein.
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Das Kontaktsystem 1 umfasst auch eine Stromschiene 6. Die Stromschiene 6 ist mit dem Schaltungsträger 2 mittels eines Nietelements 7 mit dem Schaltungsträger elektrisch leitfähig und mechanisch fest verbunden. Das Nietelement 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Nietkopf 8 und einen Nietkopf 9 auf. Die Nietköpfe 8 und 9 sind jeweils an zueinander gegenüberliegenden Enden des Nietelements 7 ausgebildet. Das Nietelement 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Stift, insbesondere einen Kupferstift, gebildet und erstreckt sich entlang einer Längsachse 19. Das Nietelement ist mit einem Längsabschnitt 12 in dem Durchbruch 11 der Stromschiene 6 angeordnet, und mit einem dazu benachbarten Längsabschnitt 13 in dem Durchbruch 22 des Schaltungsträgers angeordnet. Ein Endabschnitt 20 zum Ausbilden des Nietkopfes 9 des Nietelements 7 ragt aus der Stromschiene 6 heraus.
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Der Nietkopf 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Umformen, insbesondere Kaltumformen, eines Endabschnitts 20 des Nietelements 7 erzeugt. Die Stromschiene 6 weist einen Endabschnitt 21 zum Verbinden mit dem Schaltungsträger 2, insbesondere der elektrisch leitfähigen Schicht 4, auf. Der Endabschnitt 21 der Stromschiene 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchbruch 11 auf und wird zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit dem Schaltungsträger 2 derart auf den Schaltungsträger 2, und dort auf die elektrisch leitfähige Schicht 4 gelegt, dass der Durchbruch 11 und ein Durchbruch 22 in dem Schaltungsträger 2 entlang der Längsachse 19 einander fluchten. Das Nietelement 7 kann daraufhin durch den Durchbruch 22 des Schaltungsträgers 2 und durch den Durchbruch 11 der Stromschiene 6 geschoben werden, bis der Endabschnitt 20 aus dem Durchbruch 11 herausragt. Der Endabschnitt 21 und der Schaltungsträger 2 überlappen einander elektrisch leitfähig berührend, so dass eine Längserstreckung des Endabschnitt 21 in diesem Ausführungsbeispiel den zuvor genannten Überlappungsbereich bildet.
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Der Endabschnitt 20, welcher in 1 gestrichelt dargestellt ist, kann dann mittels eines Nietwerkzeuges durch Pressen und Kaltumformen zu einem Nietkopf 9 ausgeformt werden. Der Nietkopf 9 ist ausgebildet, einen Rand des Endabschnitts 21 der Stromschiene 6 im Bereich des Durchbruchs 11 formschlüssig zu hintergreifen und gegen die elektrisch leitfähige Schicht 4 zu pressen.
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Die elektrisch leitfähige Schicht 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich des Durchbruches 22 eine Ausnehmung 14 auf. Die Ausnehmung 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet. In der Ausnehmung 14 ist ein entsprechend der Ausnehmung 14 geformtes Einlageelement 10 angeordnet. Das Einlageelement 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel wie die elektrisch isolierende Schicht 3 als Keramikelement ausgebildet.
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Der Durchbruch 22 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel auch durch das Einlageelement 10. So kann beim Ausformen des Endabschnitts 20 des Nietelements 7, zu dem Nietkopf 9, ein Druck, welcher über die elektrisch leitfähige Schicht 4 und die elektrisch leitfähige Schicht 5 auf das Einlageelement 10 wirkt, im Falle einer Schädigung nur das Einlageelement 10 schädigen, wobei die elektrisch leitfähige Schicht 4, welche das Einlageelement 10 in einer flachen Erstreckung des Schaltungsträgers 2 umgibt, vor einem Zerbrechen verschont bleiben kann.
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Der Schaltungsträger 2 kann in einer anderen Ausführungsform – anders als in 1 dargestellt – kein Einlageelement 10 aufweisen und die elektrisch leitfähige Schicht 4 kann keine Aussparung 14 aufweisen. Die elektrisch leitfähige Schicht 4 erstreckt sich bis hin zum Durchbruch 22.
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2 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für ein Nietelement 18, welches an eine elektrisch leitfähige Schicht 16 angeformt ist. Das Nietelement 18 erstreckt sich in einer Ausnehmung 17 quer zu einer flachen Erstreckung der elektrisch leitfähigen Schicht 16. Mit der elektrisch leitfähigen Schicht 16 ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 verbunden. Die elektrisch isolierende Schicht 15 und die elektrisch leitfähige Schicht 16 bilden gemeinsam einen Schaltungsträger 14, insbesondere ein DBC-Substrat.
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Die Ausnehmung 17 in der elektrisch leitfähigen Schicht 16 ist beispielsweise durch Fräsen oder durch Ätzen oder durch Laserschneiden erzeugt.
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2 zeigt auch eine Stromschiene 6, welche gemeinsam mit dem Schaltungsträger 14 ein Kontaktsystem 23 bildet. Die Stromschiene 6 weist einen Durchbruch auf, durch welchen das in diesem Ausführungsbeispiel stiftförmig ausgeformte Nietelement 18 hindurchgeführt ist. Ein Endabschnitt 21 der Stromschiene 6 überlappt mit dem Schaltungsträger im Bereich der Ausnehmung 17, wobei der Endabschnitt 21 auf der elektrisch leitfähigen Schicht 16 in der Ausnehmung 17 aufliegt.
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Das Nietelement 18, insbesondere ein Endabschnitt des Nietelements 18, welcher aus dem Durchbruch herausragt, kann zum Verbinden der Stromschiene 6 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 16 mittels eines Nietwerkzeugs 24 kalt umgeformt werden. Dargestellt ist auch das mittels des Werkzeugs 24 verpresste Nietelement 18‘, welches ausgebildet ist, einen Rand der Stromschiene 6 im Bereich des Durchbruchs formschlüssig zu hintergreifen und die Stromschiene 6 gegen die elektrisch leitfähige Schicht 16 in der Aussparung 17 anzupressen. Die Stromschiene 6 kontaktiert so die elektrisch leitfähige Schicht 16 in der Aussparung galvanisch, insbesondere durch einander Berühren der Stromschiene 6 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 16. Die Stromschiene 6 kann so aufwandsgünstig mit dem Schaltungsträger 14 mechanisch fest und elektrisch leitfähig verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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