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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil aus einem flexiblen Trägerelement mit zumindest einer nicht leitenden Schicht und auf dieser Schicht zumindest einseitig Leiterbahnen. Dieses Trägerelement besitzt mehrere Anschlussbereiche, in denen die Leiterbahnen Kontaktelementen zur elektrischen Verbindung mit weiteren elektrischen oder elektronischen Bauteilen bilden.
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Es ist bei verschiedenen Anwendungsbereichen notwendig, einen Elektromotor an einen kompakten oder flexiblen Schaltungsträger anzuschließen, um den Elektromotor mit weiteren elektrischen Bauteilen zu verbinden. So sind beispielsweise beim Automobil Elektromotoren in Türschlössern, Fensterhebern, Schiebedächern und anderen Kfz-Bauteilen zu finden. Diese Motoren müssen elektrisch mit den zugehörigen elektrischen Leitungen eines Schaltungsträgers verbunden werden. Bekannt ist es zum einen metallische, elektrische Leitungen auf einem vorgeformten Kunststoffkomponententräger zu verlegen und zu befestigen. Zur Isolierung werden solche elektrischen Leitungen in einem Kunststoffharz eingebettet. Darüber hinaus sind
DE 10 2013 009 309 A1 flexible Folienleiter bekannt, die an die Form eines Komponententrägers angepasst werden können. Zur Verbindung der vorgenannten Schaltungsträger mit einem Elektromotor werden zweiteilige Steckverbindungen verwendet. Der Elektromotor besitzt schlitzförmige Öffnungen, in denen sich federnde Kontakte befinden. Auf den Schaltungsträgern werden messerförmige Kontakte sogenannte Terminals angebracht. Diese Terminals sind separate Einzelteile, die am Schaltungsträger befestigt und mittels unterschiedlicher Verfahren elektrisch verbunden werden. Bekannte Verfahren sind beispielsweise Löten, SMD-Löten, Löten mit Laser, Krimpen, Kleben oder auch Ultraschweißen, wie aus
DE 10 2012 007 074 A1 bekannt. Insbesondere die Löt- und Schweißverfahren führen zu einer starken Wärmebelastung des Schaltungsträgers, nämlich im Bereich der Verbindung des Schaltungsträgers mit dem Terminals.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Bauteil aus einem flexiblen Trägerelement zur Verfügung zu stellen, welches messerförmige Kontaktelemente besitzt und ohne thermische Belastung des Bauteiles herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem elektrischen Bauteil aus einem flexiblen Trägerelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße elektrische Bauteil umfasst ein flexibles Trägerelement mit zumindest einer nicht leitenden Schicht und auf dieser Schicht zumindest einseitig Leiterbahnen. Das elektrische Bauteil dient zur elektrischen Verbindung unterschiedlicher elektrischer und elektronischer Bauteile. Das flexible Trägerelement besitzt dazu entsprechend dem Anwendungszweck mehrere Anschlussbereiche und in diesen Anschlussbereichen bilden die Leiterbahnen Kontaktelemente zur Verbindung mit den weiteren elektrischen Bauteilen, wie z. B. mit elektrischen Schaltern, mit elektrischen Steckern und insbesondere mit Elektromotoren. Zur direkten Kontaktierung des erfindungsgemäßen Bauteiles mit einem elektrischen Bauteil, das zwei schlitzförmige Kontaktöffnungen besitzt, beispielsweise ein Elektromotor mit seinen zwei schlitzförmigen Kontaktöffnungen, ist dieser Anschlussbereich zur Verbindung mit einem solchen Bauteil entsprechend ausgebildet. Anders als beim Stand der Technik, wo zusätzliche Kontaktelemente (Terminals) mit den Leiterbahnen über thermische Verfahren verbunden sind, sind bei diesem erfindungsgemäßen elektrischen Bauteil die Kontaktelemente aus dem Trägerelement selbst geformt. So werden nämlich durch Faltung aufragende messerförmige Kontaktelemente am Trägerelement geformt. Diese messerförmig gefalteten Kontaktelemente können dabei so steif ausgebildet sein, dass sie durch Einpressen in die schlitzförmigen Öffnungen, beispielsweise eines Elektromotors, einführbar sind und eine sichere elektrische Verbindung mit den in den schlitzförmigen Öffnungen vorgesehenen federnden Kontakten gewährleisten. Die neuen messerförmigen Kontaktelemente am Trägerelement werden dabei von Kontaktflächen gebildet, die eine Verbreiterung der in den Anschlussbereich reichenden Leiterbahnen darstellen. Am ungefalteten Trägerelement liegen diese Kontaktflächen nebeneinander in einer Ebene, durch die Faltung werden die Kontaktflächen in unterschiedliche Richtungen bewegt und sind nach der Faltung unterschiedlich ausgerichtet angeordnet, nämlich so, dass mindestens zwei Kontaktflächen die Seitenflächen des messerförmigen, vom Trägerelement aufragenden, gefalteten Kontaktelementes bilden.
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Zur Versteifung dieser messerförmigen gefalteten Kontaktelemente sind unterschiedliche Maßnahmen denkbar. Die Versteifung kann einerseits aus dem flexiblen Trägerelement selbst durch Einfalten von Kontaktflächen und/oder Flächen der nicht leitenden Schicht als Stützflächen vorgenommen werden. Eine Versteifung kann andererseits auch durch ein zusätzliches Versteifungselement bewirkt werden. Ein solches zusätzliches Versteifungselement kann ein separates, flaches Versteifungselement sein, um das die Kontaktflächen für die gefalteten Kontaktelemente herumgefaltet sind. Ein solches separates Versteifungselement kann auch Teil eines Komponententrägers sein, mit dem das erfindungsgemäße elektrische Bauteil zur Anwendung verbunden wird.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ein flexibles elektrisches Bauteil mit messerförmigen Kontaktelementen zur Verfügung gestellt wird, ohne dass ein zusätzliches Kontaktelement benötigt wird und ohne dass ein zusätzliches Kontaktelement über ein thermisches Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Löten oder Schweißen, mit dem flexiblen Trägerelement verbunden wird. Die Herstellung elektrischer Bauteile aus flexiblen Trägerelementen ist ein bekanntes Verfahren. Der zusätzliche Schritt der Faltung von Kontaktelementen kann in einfacher Weise integriert werden, sodass die neuen elektrischen Bauteile auch in einem Verfahren zur Massenfertigung herstellbar sind. Durch den Umformschritt zur Bildung der messerförmigen Kontaktelemente wird das neue elektrische Bauteil keiner thermischen Belastung ausgesetzt. Es kann in vorteilhafter Weise auf Verbindungsverfahren verzichtet werden, die im Herstellungsprozess eine wesentliche Fehlerquelle darstellen. Darüber hinaus sind für die Erzielung einer elektrischen Verbindung mit dem neuen elektrischen Bauteil weniger Montageschritte nötig.
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Die Erfindung wird nachfolgend an verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigen:
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1a ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil vor der Umformung;
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1b das Bauteil von 1a nach der Umformung;
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1c ein Detailausschnitt eines ungefalteten Anschlussbereiches;
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2a ein weiteres erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil vor der Umformung;
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2b das Bauteil gemäß 2a nach der Umformung;
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2c ein separates Versteifungselement;
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3a eine perspektivische Ansicht eines Komponententrägers;
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3b ein Ausschnitt des Komponententrägers gemäß 3a mit erfindungsgemäßem Bauteil;
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3c der Komponententräger von 3a und 3b mit zusätzlichen Bauteilen.
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Die 1a und 1b zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils aus einem flexiblen Trägerelement 10 und die 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Bauteils aus einem flexiblen Trägerelement 10. Gleiche Merkmale sind bei den unterschiedlichen Bauteilen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die beiden Ausführungsformen sollen nachfolgend beschrieben werden.
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Die 1a zeigt das erfindungsgemäße elektrische Bauteil als ebenes, flexibles Trägerelement 10, d. h. vor der Umformung des Trägerelementes 10 und vor der Ausbildung der gefalteten Kontaktelemente 21, 22. Eine solche Umformung schließt neben der Faltung der Kontaktelemente 21, 22 auch Biegungen des Trägerelementes 10 zur Anpassung des Trägerelementes 10 an die Form eines Komponententrägers ein. Das in 1b gezeigte umgeformte Trägerelement 10 kann auf unterschiedliche Weise an einem solchen Komponententräger 40, wie beispielsweise in 3a gezeigt festgelegt werden. Das umgeformte flexible Trägerelement 10 ist in 1b ohne einen Komponententräger 40 gezeigt. Das flexible Trägerelement 10 besteht aus mehreren Schichten, nämlich einer nicht leitenden Schicht 11 auf Kunststoffbasisschicht. In diesem Beispiel ist die nicht leitende Schicht 11 aus Polyethylenterephthalat (PET) und hat eine Dicke von 50 μm. Auf der nichtleitenden Schicht 11 ist eine leitende Schicht in Form von Leiterbahnen 20 vorgesehen. Diese Leiterbahnen 20 eines flexiblen Trägerelementes 10 können beispielsweise Kupferleiterbahnen sein, die als Kupferschicht auf die nicht leitende Schicht 11 aufgetragen und durch einen Ätzprozess freigelegt wurden. Die Leiterbahnen 20 können jedoch auch über ein Druckverfahren auf die nicht leitende Schicht 11 aufgebracht sein. In diesem Beispiel sind die Leiterbahnen 20 eine 15 μm dicke Silberschicht, die in einem Druckverfahren auf die nichtleitende Schicht 11 gedruckt wurde.
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Das elektrische Bauteil dient zur Verbindung mit weiteren elektrischen Bauteilen und besitzt dafür mehrere Anschlussbereiche 12, 13, 14. Beim montierten flexiblen Trägerelement 10 auf einem Komponententräger 40 dienen die Kontaktelemente 23 im Anschlussbereich 13 der elektrischen Verbindung mit einem elektrischen Stecker, die Kontaktelemente 24 des Anschlussbereiches 12 der Verbindung mit einem elektrischen Schalter und die Kontaktelemente 21, 22, zu sehen in 1b, können in schlitzförmige Öffnungen eines Elektromotors eingeführt werden, um in diesen schlitzförmigen Öffnungen federnde Kontakte des Elektromotors zu kontaktieren. In den Anschlussbereichen 12, 13, 14 sind die Leiterbahnen 20 frei zugänglich. Außerhalb dieser Anschlussbereiche 12, 13, 14 sind die Leiterbahnen 20 von einer weiteren nicht leitenden, isolierenden Schicht abgedeckt, was den Figuren nicht zu entnehmen ist. Eine solche abdeckende Schicht kann in gleicherweise eine PET-Schicht sein.
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Ein in 1a gezeigte flexible Trägerelement 10 hat beispielsweise eine Gesamtdicke von 165 μm, wenn die Leiterbahnen 20 durch einen Ätzprozess freigelegt werden. Diese Gesamtdicke kann auf 80 μm verringert werden, wenn die Leiterbahnen 20 und die entsprechenden Kontakte 23, 24 bzw. die Kontaktflächen der Kontakte 21, 22 durch ein Druckverfahren auf die nicht leitende Basisschicht 11 aufgebracht werden.
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Die 1b zeigt das umgeformte flexible Trägerelement 10. So ist beispielsweise der Anschlussbereich 12 für den Schalter in einer Ebene oberhalb der Grundebene des flexiblen Trägerelementes 10 von 1a angeordnet, was durch entsprechende Biegevorgänge erzielt wurde. Der Anschlussbereich 13 ist nach unten abgebogen. Die Kontaktelemente 23 in diesem Anschlussbereich 13 sind daher in der 1b nicht zu sehen, sie befinden sich auf der Rückseite. Neu und erfinderisch ist, dass die aufragenden messerförmigen Kontaktelemente 21, 22, wie sie in 1b zu sehen sind, aus dem flexiblen Trägerelement 10 selbst geformt sind, nämlich durch mehrfaches Falten. In diesem Fall wird ein Bereich 16 bzw. 17 der nichtleitenden Schicht 11 zusammen mit der Kontaktfläche 213 bzw. 223 um die Faltlinie 216 bzw. 226 herum gebogen, sodass die beiden abgebogenen Teile des Trägerelementes 10 hinter den Kontaktflächen 212 bzw. 222 liegen. Jetzt werden jeweils die im Anschlussbereich 14 seitlich abragenden Flügel einerseits mit den sichtbaren Kontaktflächen 211, 212 und andererseits mit den sichtbaren Kontaktflächen 221, 222 um die Faltlinie 215 bzw. 225 herum nach oben gebogen und anschließend der obere Bereich dieser Flügel um die Kontaktlinie 214 bzw. 224 nach außen umgebogen und zwar soweit bis er an dem zusammengefalteten Paket, einerseits bestehend aus den Kontaktfläche 212, 213 sowie dem Bereich 16 und andererseits bestehend aus den Kontaktfläche 222, 223 sowie dem Bereich 17, anliegt. Die Bereiche 16 und 17 der nichtleitenden Schicht 11 dienen gemeinsam mit den Kontaktflächen 211 und 221 der Befestigung an einem Komponententräger. Es ergibt sich einerseits das Kontaktelement 21 mit der nach außen weisenden Kontaktfläche 211 und der auf der anderen Seite des Kontaktelementes 21 angeordneten Kontaktfläche 212. In gleicher Weise wird das Kontaktelement 22 geformt, das auf einer Seite die Kontaktfläche 222 und auf der anderen Seite die Kontaktfläche 221 besitzt. Für die Bildung der von dem flexiblen Trägerelement 10 aufragenden messerförmigen Kontaktelemente 21, 22 ist also kein zusätzliches messerförmiges Kontaktelement (Terminal) auf dem flexiblen Trägerelement 10 anzuordnen. Die messerförmigen Kontaktelemente 21, 22 sind aus dem flexiblen Trägerelement 10 selbst durch Faltung hergestellt und dabei ist das flexible Trägerelement 10 keiner thermischen Belastung ausgesetzt worden. Bei diesem Faltungsvorgang des flexiblen Trägerelements 10 sind gleichzeitig die gebildeten Kontaktelemente 21, 22 durch Flächen der nichtleitenden Schicht 11, in diesem Beispiel durch die Bereiche 16 bzw. 17, aber auch durch Kontaktflächen, in diesem Beispiel 213 und 223, versteift worden. Diese Kontaktelemente 21, 22 besitzen eine ausreichende Steifigkeit, um eine elektrische Verbindung durch Einpressen in die schlitzförmigen Öffnungen, beispielsweise eines Elektromotors, zu erzielen, Des Weiteren sind diese Kontaktelemente 21, 22 in vorteilhafter Weise so nachgiebig, dass sie zu einem Toleranzausgleich bei der Montage führen können, da sie senkrecht zur Fügerichtung nachgiebig genug ausgebildet sind.
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Das Falten von Bereichen des Trägerelementes 10 zur Erzielung der aufragenden messerförmigen Kontaktelemente 21, 22 lässt sich in ein kontinuierliches Fertigungsverfahren einfügen, insbesondere wenn die leitende Schicht, nämlich die Leiterbahn 20 und die Kontaktflächen für die Kontaktelemente 21, 22, 23, 24, durch ein Druckverfahren hergestellt werden. Der Faltvorgang kann zudem unterstützt werden, indem die angegebenen Faltlinien, insbesondere im Bereich der leitenden Schicht, nämlich die Faltlinien 214, 215, 216 und 224, 225, 226, mittels vorgesehenen Falthilfen vorgegeben sind. Vorzugsweise wird die Falthilfe durch entsprechende Ausnehmungen bei 214, 215, 216, 224, 225, 226 in der leitenden Schicht gebildet, wie in 1c gezeigt. Eine solche Falthilfe kann auch eine Prägung oder eine lokal geringere Dicke im Bereich der Faltlinien 214, 215, 216, 224, 225, 226 sein. Dies ist durch Wegätzen der leitenden Schicht (subtraktives Verfahren) oder in einem Druckvorgang (additives Verfahren) in einfacher Weise erzielbar.
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2a zeigt ein weiteres flexibles Trägerelement 10 für ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil, auch in diesem Fall vor der Umformung. Die Anschlussbereiche 12, 13 mit den Kontaktelementen 24, 23 sind gegenüber der Ausführung gemäß 1a unverändert. Im Anschlussbereich 14 sind in diesem Fall nur zwei Flügel vorgesehen, die die Kontaktflächen 211, 212 für das Kontaktelement 21 und die Kontaktflächen 221, 222 für das Kontaktelement 22 zeigen. Bereiche aus nichtleitendem Material des Trägerelementes 10 sind in diesem Fall nicht vorgesehen. Zur Versteifung dieser Kontaktelemente 21, 22 wird ein separates Versteifungselement 30, gezeigt in 2c, verwendet. Dieses Versteifungselement 30 wird mit seinem flachen Ende zwischen den abgebogenen Bereichen angeordnet, d. h., die im Anschlussbereich 14 vorgesehenen Flügel werden um dieses separate Versteifungselement 30 herum gefaltet und flach aneinander gedrückt. Die Kontaktflächen 211, 212 bilden die Außenseiten des Kontaktelementes 21 und die Kontaktflächen 221, 222 die Außenseiten des Kontaktelementes 22. Wie der 2a zu entnehmen ist, sind an den freien Enden der Flügel, die die Kontaktflächen 211, 212 bzw. 221, 222 aufweisen, Ausnehmungen 18 vorgesehen. In diese Ausnehmungen 18 greift eine Klammer 31 des Versteifungselementes 30 ein und sichert somit die Anlage zwischen den abgebogenen Flügel des flexiblen Trägerelements 10 und dem Versteifungselement 30. In der 2b ist beim linken Kontaktelement 21 das zusätzliche Versteifungselement 30 eingesetzt, beim rechten Kontaktelement 22 ist das separate Versteifungselementes 30 noch einzuschieben.
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Die in den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielten neuen elektrischen Bauteile aus einem umgeformten flexiblen Trägerelement 10 sind für die Montage an einem Komponententräger 40, beispielsweise für ein Kraftfahrzeugtürschloss oder zur Anwendung bei Fensterhebern, einem Schiebedach oder Schließsystemen für die Front- und Heckklappe bei Kraftfahrzeugen, geeignet, aber auch für Abzugshauben im Küchenbereich oder für elektrische Verbindungen bei anderen elektrischen Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen oder Landmaschinen. Der beispielsweise in 3a dargestellte Komponententräger 40 ist ein spritzgegossenes Kunststoffteil. In diesem Fall sollen nur die Bauteile näher beschrieben werden, die im Zusammenhang mit dieser Erfindung stehen. So besitzt dieser Komponententräger 40 zwei nach oben ragende Versteifungsvorsprünge 41, 42, die bei einer Montage des flexiblen Trägerelementes 10 als Versteifungselemente für die Kontaktelemente 21, 22 dienen. Dies ist der 3b zu entnehmen, wo der Komponententräger 40 mit montiertem flexiblen Trägerelement 10 zu sehen ist. Der vordere Bereich des Komponententrägers 40 wurde hier weggeschnitten, um den Verbindungsbereich zwischen Komponententräger 40 und flexiblem Trägerelement 10 im Anschlussbereich 14 besser zeigen zu können. Das flexible Trägerelement 10 ist am Komponententräger 40 mechanisch fixiert. Hierzu besitzt das flexible Trägerelement 10, wie der 1a oder 2a zu entnehmen ist, mehrere Fixierausnehmungen 15. Zwei solcher Fixierausnehmungen 15 sind auch im Anschlussbereich 14 vorgesehen. Der Komponententräger 40 besitzt zur Positionierung passende Fixiernippel 43. Gleichzeitig mit dem Fixieren des Trägerelementes 10, nämlich der Verbindung von Fixierausnehmungen 15 und Fixiernippel 43 in verschiedenen Bereichen des umgeformten flexiblen Trägerelementes 10, werden auch die Versteifungsvorsprünge 41, 42 von unten in die Kontaktelemente 21, 22 eingeschoben. Die freien Enden der Kontaktelemente 21, 22 finden Platz in Vertiefungen am Komponententräger 40. Damit bei einem solchen Einschieben der Versteifungsvorsprünge 41, 42 die gefalteten Kontaktelemente 21, 22 nicht wieder aufklappen, kann zusätzlich eine Klemmverbindung vorgesehen werden. Im Bereich der vorgenannten Vertiefungen des Komponententrägers 40 besitzt dieser Klemmelemente 44, die in die vorgesehenen Ausnehmungen 18 am freien Ende 19 der Kontaktelemente 21, 22 einschnappen.
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Nach der Montage des flexiblen Trägerelementes 10 können die weiteren elektrischen Bauteile montiert werden. 3c zeigt den Komponententräger 40 mit dem flexiblen Trägerelement 10, welches im Anschlussbereich 12 mit einem elektrischen Schalter 60 verbunden wird. Im Beispiel der 3c ist nur das Unterteil des zweiteiligen elektrischen Schalters 60 zu sehen. Im Anschlussbereich 13, der in ein rohrförmiges Anschlussstück des Komponententrägers eingreift, kann eine elektrische Verbindung mit einem elektrischen Stecker vorgenommen werden. Im Anschlussbereich 14 ist bereits ein Elektromotor 50 angeschlossen worden. Hierzu greifen die messerförmigen Kontaktelemente 21, 22 in schlitzförmige Öffnungen an der Unterseite des Elektromotors ein, was nicht zu sehen ist.
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Das anhand von Beispielen beschriebene erfindungsgemäße elektrische Bauteil aus einem flexiblen Trägerelement 10 kann für verschiedene Anwendungsfälle entsprechend an die Form eines Komponententrägers 40 angepasst werden. Die Verbindung mit dem Komponententräger 40 kann auf eine andere bekannte Weise als über Fixiernippel 43, die in Ausnehmungen 18 des Trägerelementes 10 eingreifen, vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Trägerelement
- 11
- nicht leitende Schicht
- 12
- Anschlussbereich (Schalter)
- 13
- Anschlussbereich (Stecker)
- 14
- Anschlussbereich (Motor)
- 15
- Fixierausnehmung
- 16
- Bereich von 11
- 17
- Bereich von 11
- 18
- Ausnehmung
- 19
- freies Ende
- 20
- Leiterbahn
- 21
- Kontaktelement, Pin
- 211
- Kontaktfläche, außen
- 212
- Kontaktfläche, innen
- 213
- Kontaktfläche, innenliegend stützend
- 214
- Faltlinie
- 215
- Faltlinie
- 216
- Faltlinie
- 22
- Kontaktelement, Pin
- 221
- Kontaktfläche, außen
- 222
- Kontaktfläche, innen
- 223
- Kontaktfläche, innenliegend versteifend
- 224
- Faltlinie
- 225
- Faltlinie
- 226
- Faltlinie
- 23
- Kontaktelement (Stecker)
- 24
- Kontaktelement (Schalter)
- 30
- Versteifungselement
- 31
- Klammer
- 32
- Positionieransatz
- 40
- Komponententräger
- 41, 42
- Versteifungsvorsprung
- 43
- Fixiernippel
- 44
- Klemmelement
- 50
- Elektromotor
- 60
- Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013009309 A1 [0002]
- DE 102012007074 A1 [0002]
