DE102016213225B4

DE102016213225B4 - Elektrische Kontaktierung mit mechanischen Befestigungsmitteln

Info

Publication number: DE102016213225B4
Application number: DE102016213225.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Ehrmann; Detlef Ludwig; Edmund Schirmer
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: DE102016213225A1

Abstract

Schaltungsanordnung (SA), umfassend:- eine erste Schaltungskomponente (LP) mit einer ersten Kontaktfläche (KF1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung;- eine zweite Schaltungskomponente (SS) mit einer zweiten Kontaktfläche (KF2) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung;- eine elektrisch leitende Kontakthülse (KH) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der ersten (LP) und der zweiten (SS) Schaltungskomponente, welche mit der ersten Kontaktfläche (KF1) der ersten Schaltungskomponente (LP) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist;- eine elektrisch leitende Kontaktbuchse (KB) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung, welche mit der zweiten Kontaktfläche (KF2) der zweiten Schaltungskomponente (SS) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist;- wobei die Kontakthülse (KH) die Kontaktbuchse (KB) umgreift und mit der Kontaktbuchse (KB) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist,dadurch gekennzeichnet, dass- die Schaltungsanordnung (SA) ferner eine elektrisch isolierende Isolierhülse (IH) mit einem am Innenumfang radial geformten Vorsprung (VS2) umfasst, wobei die Kontakthülse (KH) an einem von der Kontaktbuchse (KB) abgewandten Ende einen am Außenumfang radial geformten Vorsprung (VS3) aufweist, welcher auf den Vorsprung (VS2) der Isolierhülse (IH) drückt, wodurch die Isolierhülse (IH) auf die erste Schaltungskomponente (LP) gedrückt wird.

Description

Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer elektrischen Kontaktierung mit mechanischen Befestigungsmitteln.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
Im Bereich der Leistungselektronik, insbesondere in der Automobilanwendung, stellt die elektrische Verbindung eine besondere Herausforderung hinsichtlich der Verlustleistung und der mechanischen Stabilität dar.
Eine Patentoffenlegungsschrift DE 28 45 234 A1 beschreibt eine Kontaktvorrichtung, die zur Herstellung von elektrischen Verbindungen bei Mehrlagenschaltungen verwendet wird, welche aus mehreren mit Abstand zueinander angeordneten Leiterplatten bestehen.
Eine weitere Patentoffenlegungsschrift DE 10 2007 033 297 B4 beschreibt eine Vorrichtung zum Kontaktieren eines Hochstrombolzens mit einer Leiterplatte. Die Vorrichtung umfasst zwei Hochstrom-Kontaktelemente, die jeweils einen Kontaktteil mit einem Bohrloch und einen Zentrierring aufweisen, die axial zueinander und zu einem Bohrloch der Leiterplatte angeordnet sind. Die Zentrierringe sind dabei derart bemessen, dass diese im Bohrloch der Leiterplatte ineinandergreifen. Die Hochstrom-Kontaktelemente sind mittels ihrer Kontaktteile mit einer Lage der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden.
Eine weitere Patentoffenlegungsschrift EP 1 200 745 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum verspannenden Verbinden von mit Abstand zueinander liegenden Bauteilen mittels eines im Abstandsraum angeordneten Distanzstücks und eines die beiden Bauteile gegeneinander verspannenden Spannstückes.
Die elektrische Verbindung muss eine niederohmige, vibrationssichere und somit mechanisch stabile Verbindung zwischen Schaltungskomponenten gewährleisten.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine mechanische und elektrische Verbindung in einer einfachen und kostengünstigen Weise niederohmig, vibrationssicher herzustellen.
Beschreibung der Erfindung:
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es wird eine Schaltungsanordnung bereitgestellt, welche eine erste Schaltungskomponente mit einer ersten Kontaktfläche zur Herstellung elektrischer Verbindung und eine zweite Schaltungskomponente mit einer zweiten Kontaktfläche zur Herstellung elektrischer Verbindung umfasst.
Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine elektrisch leitende Kontakthülse zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schaltungskomponente. Dabei ist die Kontakthülse mit der ersten Kontaktfläche der ersten Schaltungskomponente flächig und elektrisch leitend kontaktiert.
Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine elektrisch leitende Kontaktbuchse zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schaltungskomponente. Dabei ist die Kontaktbuchse mit der zweiten Kontaktfläche der zweiten Schaltungskomponente flächig und elektrisch leitend kontaktiert.
Dabei umgreift die Kontakthülse die Kontaktbuchse und ist mit der Kontaktbuchse flächig und elektrisch leitend kontaktiert.
Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine elektrisch isolierende Isolierhülse mit einem am Innenumfang flanschförmig radial geformten Vorsprung. Dabei weist die Kontakthülse an einem von der Kontaktbuchse abgewandten Ende einen am Außenumfang flanschförmig radial geformten Vorsprung auf, welcher auf den Vorsprung der Isolierhülse drückt, wodurch die Isolierhülse auf die erste Schaltungskomponente gepresst wird.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass zur möglichst verlustarmen Übertragung von Strömen, insbesondere in Stromstärken von über 10 Ampere, speziell über 100 Ampere, zwischen zwei Schaltungskomponenten, wie z. B. Stromschienen, Leiterplatten, Steckern, Kondensatoren, eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen diesen Schaltungskomponenten erforderlich ist. Zur Herstellung einer niederohmigen elektrischen Verbindung bedarf es wiederum eine ausgedehnte elektrisch leitende Kontaktfläche zwischen den Schaltungskomponenten.
Die flächigen elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der Kontakthülse und der ersten Schaltungskomponente, zwischen der Kontakthülse und der Kontaktbuchse, sowie zwischen der Kontaktbuchse und der zweiten Schaltungskomponente ermöglichen eine insgesamt niederohmige elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schaltungskomponente.
Hierbei bedeutet eine flächige Verbindung eine flächig ausgedehnte Verbindung von zwei Komponenten (der ersten Schaltungskomponente, der Kontakthülse, der Kontaktbuchse sowie der zweiten Schaltungskomponente) über ausgedehnte Kontaktflächen dieser Komponenten.
Zudem bedeutet eine elektrisch leitende Verbindung eine niederohmige elektrische Verbindung über die ausgedehnten Kontaktflächen. Dabei bedeutet der Begriff „niederohmig“, dass der (Übergangs)-Widerstand zwischen den beiden Kontaktflächen bzw. zwischen den beiden Komponenten, welche miteinander über diese Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden sind, unter 1 Ohm, insbesondere unter 0,5 Ohm, speziell unter 0,1 Ohm beträgt.
Dadurch, dass die Kontakthülse die Kontaktbuchse umgreift und somit mit der Kontaktbuchse flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist, weist die elektrische Verbindung zwischen der Kontakthülse und der Kontaktbuchse eine ausreichende mechanische Stabilität auf und ist somit vibrationssicher.
Zudem ist eine derartige umgreifende Verbindung zwischen der Kontakthülse und der Kontaktbuchse, Gas- Temperatur- sowie medienbeständig.
Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine elektrische Verbindung in einer einfachen und kostengünstigen Weise niederohmig, vibrationssicher hergestellt werden kann.
Beispielsweise verjüngt sich der Außenumfang der Kontaktbuchse zur Kontakthülse hin konisch.
Analog vergrößert sich der Innenumfang der Kontakthülse beispielsweise zur Kontaktbuchse hin konisch.
Alternativ sind umgekehrte Ausformungen der Kontakthülse und der Kontaktbuchse möglich, wobei beispielsweise der Außenumfang der Kontakthülse zur Kontaktbuchse hin verjüngt und der Innenumfang der Kontaktbuchse zur Kontakthülse hin vergrößert.
Beispielsweise weist die Kontaktbuchse an einem von der Kontakthülse abgewandten Ende einen am Außenumfang flanschförmig radial geformten Vorsprung auf, über welchen die Kontaktbuchse mit der Kontakthülse die erste Schaltungskomponente festklemmt.
Beispielsweise umfasst die Schaltungsanordnung ferner ein stiftförmiges Verbindungselement, welches sich durch Bohrungen der Kontakthülse und der Kontaktbuchse erstreckt und die Kontakthülse und die Kontaktbuchse miteinander mechanisch verbindet.
Beispielsweise umfasst das Verbindungselement eine Schraube (mit einem Außengewinde), welche einen Schraubenkopf aufweist, welcher die Kontakthülse in Richtung zur Kontaktbuchse drückt.
Beispielsweise weist die zweite Schaltungskomponente ein Sackloch mit Innengewinde an der Wand auf, in dem die Schraube angeschraubt ist. Dabei greift das Außengewinde der Schraube in das Innengewinde des Sachlochs ein und bildet eine stabile formschlüssige Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schaltungskomponente. Die Schraube drückt dabei über den Schraubenkopf die Kontakthülse und die Kontaktbuchse und somit auch die erste Schaltungskomponente in Richtung zur zweiten Schaltungskomponente.
Die erste Schaltungskomponente ist beispielsweise eine Leiterplatte.
Die zweite Schaltungskomponente ist beispielsweise eine Stromschiene. Dabei ist eine Stromschiene eine flache blechartige Schiene aus einem elektrisch leitenden Material mit z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche zur Übertragung von Strömen mit einer Stromstärke von mehreren Ampere ausgeführt ist.
Beschreibung der Zeichnung:
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt eine einzige Figur in einer schematischen Querschnittdarstellung ein Abschnitt einer Schaltungsanordnung SA gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Die Schaltungsanordnung SA umfasst eine Leiterplatte LP als eine erste Schaltungskomponente, welche mit elektrischen und elektronischen Schaltungselementen bestückt ist.
Die Leiterplatte LP weist eine kreisringscheibenförmig ausgebildete elektrisch leitende Kontaktfläche KF1 auf, welche mit einer Leiterbahn der Leiterplatte LP elektrisch verbunden ist.
Die Leiterplatte LP weist ferner eine Durchgangsbohrung DB auf, welche von der genannten Kontaktfläche KF1 ringförmig umrandet ist. Auf der Kontaktfläche KF1 weist die Leiterplatte LP eine elektrisch leitende Kontakthülse KH aus einer gut leitenden Metalllegierung, welche über eine an einem Ende befindliche ebene Kontaktfläche und mittels einer Lötpaste LT auf der Kontaktfläche KF1 der Leiterplatte LP verlötet ist.
Dabei umrandet die Kontakthülse KH einen zylinderförmigen Hohlraum, welcher in Richtung zu der Leiterplatte hin einen sich konisch vergrößernden Querschnitt aufweist. Damit ist der Innenumfang der Kontakthülse KH in Richtung zur Leiterplatte LP hin sich konisch verbreiternd ausgebildet.
Die Kontakthülse KH weist an einem von der Leiterplatte LP abgewandt liegenden Ende einen flanschförmig von dem von der Kontakthülse KH umrandeten Hohlraum weg radial geformten Vorsprung VS3 auf, dessen Funktion nachfolgend beschrieben wird.
Die Leiterplatte LP weist ferner eine Isolierhülse IH aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff auf, welche koaxial zu der Kontakthülse KH angeordnet ist und einen in Richtung zur Kontakthülse KH hin radial erstreckenden ringscheibenförmigen Vorsprung VS2 aufweist. Dabei ist der Vorsprung VS2 zwischen dem Vorsprung VS3 der Kontakthülse KH und der Leiterplatte LP geklemmt, wodurch die Isolierhülse ICH an der Leiterplatte LP festgehalten wird.
Die Schaltungsanordnung SA umfasst ferner eine Stromschiene SS aus Kupfer oder einer gut elektrisch leitenden Metalllegierung zum durchleiten von Strömen mit einer Stromstärke von über 10 Ampere, insbesondere von über 100 Ampere, an die Leiterplatte LP.
Die Stromschiene SS weist ein Sackloch SL mit einem Innengewinde IG auf, welches zur Aufnahme und zum Anschrauben einer Schraube SR dient. Die Stromschiene SS weist ferner eine kreisringscheibenförmig ausgebildete Kontaktfläche KF2 zur Herstellung elektrischen Verbindung auf, welche das Sackloch SL umrandet.
Auf der Kontaktfläche KF2 weist die Stromschiene SS eine Kontaktbuchse KB aus Kupfer oder einer gut leitenden Metalllegierung auf, welche über eine ebene Kontaktfläche mit der Kontaktfläche KF2 der Stromschiene SS flächig und elektrische leitend kontaktiert ist.
Die Kontaktbuchse KB umrandet einen im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Hohlraum, welcher mit dem Sackloch SL der Stromschiene SS fluchtend ausgebildet ist.
Die Kontaktbuchse KB weist an einem zur Stromschiene SS hin gewandten Ende und im Bereich der Kontaktfläche einen flanschförmig von dem Hohlraum weg radial geformten Vorsprung VS1 auf. Dabei bildet die zuvor genannte Kontaktfläche der Kontaktbuchse KB die Oberfläche des Vorsprungs VS1, über die der Vorsprung VS1 bzw. die Kontaktbuchse KB mit der Kontaktfläche KF2 der Stromschiene SS flächig und elektrische leitend kontaktiert ist.
An einem von der Stromschiene SS abgewandten Endbereich weist die Kontaktbuchse KB einen Außenumfang auf, welcher in einer von der Stromschiene SS entgegengesetzten Richtung sich konisch verjüngend ausgebildet ist.
Die Kontaktbuchse KB ist in dem Hohlraum der Kontakthülse KH eingeschoben, sodass die Kontakthülse KH die Kontaktbuchse KB umgreift. Dabei berühren die Außenfläche im Bereich des konisch ausgebildeten Abschnitts der Kontaktbuchse KB und die Innenfläche im Bereich des konisch ausgebildeten Abschnitts der Kontakthülse KH miteinander flächig und bilden gemeinsam eine stabile formschlüssige Verbindung aus.
Die Schaltungsanordnung SS umfasst ferner eine metallische Schraube SR, welche in den Hohlraum der Kontaktbuchse KB und in das Sackloch SL hineingeführt ist und mit dem Innengewinde IG der Stromschiene SS verschraubt wird.
Die Schraube SS umfasst einen Schraubenkopf SK mit einer in Richtung zur Leiterplatte LP bzw. der Stromschiene SS hin gerichteten Kontaktfläche, über die die Schraube SS mit einer von der Leiterplatte LP angewandten Oberfläche des Vorsprungs VS3 der Kontakthülse KH flächig kontaktiert ist und die Kontakthülse KH in Richtung zur Kontaktbuchse KB hin drückt. Damit stellt die Schraube SR eine stabile mechanische Verbindung zwischen der Kontakthülse KH und der Kontaktbuchse KB bzw. zwischen der Leiterplatte LP und der Stromschiene SS her.
Die Schraube SS, die Kontakthülse KH und die Kontaktbuchse KB stellen zudem dank ihrer elektrischen Leitfähigkeit und einer stabilen flächigen elektrisch leitenden Kontaktverbindung zueinander eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene SS und der Leiterplatte LP dar.

Claims

Schaltungsanordnung (SA), umfassend: - eine erste Schaltungskomponente (LP) mit einer ersten Kontaktfläche (KF1) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung; - eine zweite Schaltungskomponente (SS) mit einer zweiten Kontaktfläche (KF2) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung; - eine elektrisch leitende Kontakthülse (KH) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen der ersten (LP) und der zweiten (SS) Schaltungskomponente, welche mit der ersten Kontaktfläche (KF1) der ersten Schaltungskomponente (LP) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist; - eine elektrisch leitende Kontaktbuchse (KB) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung, welche mit der zweiten Kontaktfläche (KF2) der zweiten Schaltungskomponente (SS) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist; - wobei die Kontakthülse (KH) die Kontaktbuchse (KB) umgreift und mit der Kontaktbuchse (KB) flächig und elektrisch leitend kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schaltungsanordnung (SA) ferner eine elektrisch isolierende Isolierhülse (IH) mit einem am Innenumfang radial geformten Vorsprung (VS2) umfasst, wobei die Kontakthülse (KH) an einem von der Kontaktbuchse (KB) abgewandten Ende einen am Außenumfang radial geformten Vorsprung (VS3) aufweist, welcher auf den Vorsprung (VS2) der Isolierhülse (IH) drückt, wodurch die Isolierhülse (IH) auf die erste Schaltungskomponente (LP) gedrückt wird.
Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 1, wobei sich ein Außenumfang der Kontaktbuchse (KB) zur Kontakthülse (KH) hin verjüngt.
Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 2, wobei sich ein Innenumfang der Kontakthülse (KH) zur Kontaktbuchse (KB) hin vergrößert.
Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktbuchse (KB) an einem von der Kontakthülse (KH) abgewandten Ende einen am Außenumfang radial geformten Vorsprung (VS1) aufweist, über welchen die Kontaktbuchse (KB) mit der Kontakthülse (KH) die erste Schaltungskomponente (LP) festklemmt.
Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein stiftförmiges Verbindungselement, welches sich durch Bohrungen der Kontakthülse (KH) und der Kontaktbuchse (KB) erstreckt und die Kontakthülse (KH) und die Kontaktbuchse (KB) miteinander mechanisch verbindet.
Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 5, wobei das Verbindungselement eine Schraube (SR) umfasst, welche einen Schraubenkopf (SK) aufweist, welcher die Kontakthülse (KH) in Richtung zur Kontaktbuchse (KB) drückt.
Schaltungsanordnung (SA) nach Anspruch 6, wobei die zweite Schaltungskomponente (SS) ein Sackloch (SL) mit Gewinde (IG) aufweist, wobei die Schraube (SR) im Sackloch (SL) angeschraubt ist und über den Schraubenkopf (SK) die Kontakthülse (KH) und die Kontaktbuchse (KB) in Richtung zur zweiten Schaltungskomponente (SS) drückt.
Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Schaltungskomponente (LP) eine Leiterplatte ist.
Schaltungsanordnung (SA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Schaltungskomponente (SS) eine Stromschiene ist.