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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für Leiterplatten.
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Stand der Technik
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Einleitung von hohen Strömen in eine Leiterplatte. Leiterplatten benötigen zu ihrem Betrieb Strom zur Versorgung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente. Leiterplatten dienen zur Stromversorgung von aktiven und passiven Bauelementen. Diese werden an den Leiterplatten befestigt. Zum Einspeisen dienen Anschlusselemente, an denen eine Zuleitung angebracht werden kann, beispielsweise mithilfe von Kabelschuhen. Diese Anschlusselemente müssen einerseits die Anbindung solcher Kabelschuhe oder Leitungsenden mit geeigneten Mitteln ermöglichen, also eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen. Andererseits müssen sie eine größere Strombelastung ermöglichen, also entsprechend große Querschnitte aufweisen, um den Widerstand klein zu halten. Die Herstellung der elektrischen Verbindung kann beispielsweise dadurch geschehen, dass metallische Teile in durchkontaktierte Bohrungen eingepresst werden. Ebenfalls möglich ist es, dass eine Verlötung erfolgt.
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Für die Einspeisung höherer Ströme ist diese Möglichkeit aber nicht geeignet. Dazu werde Hochstromkontaktelemente eingesetzt. Hochstromkontaktelemente dienen der Stromversorgung der auf der Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauelemente. Die elektrischen Leiter sind Versorgungsleitungen, die an dem Hochstromkontaktelement befestigt werden.
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Die
DE 20 2007 010 405 U1 weist ein Kontaktelement mit einem Grundkörper auf, von dessen einer Seite Kontaktelemente in Form von Kontaktstiften angeordnet sind, die alle parallel zueinander und senkrecht zu der Unterseite des als Anschlussblock ausgebildeten Grundkörpers verlaufen und die bevorzugt in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese werden in durchkontaktierte Bohrungen einer Leiterplatte eingepresst. Auf diese Weise bilden sie eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Anschlusselement des Hochstromkontaktelements. Das Anschlusselement weist einen mindestens ein Gewinde aufweisenden Schaft auf, an dem beispielsweise mit Hilfe einer Mutter ein Kabelschuh befestigt werden kann. Der elektrische Leiter wird mit Hilfe eines solchen Kabelschuhs an dem Kontaktelement befestigt und kontaktiert.
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Ein Stromversorgungselement für Leiterplatten geht ferner aus der
DE 42 26 172 C2 hervor. Bei diesem sind Kontaktstifte zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte vorgesehen.
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Die
US 5,411,348 und
5,545,842 richten sich auf Mechanismen zum Verbinden und Verriegeln zum Bewirken von elektromagnetischer Abschirmung, elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeverteilung und Abdichtung gegenüber der Umgebung. Dazu sind Federeinrichtungen vorgesehen.
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Nachteilig an den bekannten Kontaktelementen ist, dass die Befestigung eines elektrischen Leiters, beispielsweise einer Stromversorgung mittels eines Kabelschuhs und einer Schraubverbindung insbesondere bei einer Massenfertigung aufwändige Arbeitsschritte darstellen. Darüber hinaus muss der elektrische Leiter mit einem Kabelschuh oder dergleichen versehen werden, so dass zusätzliche Bauelemente für den Hochstromanschluss nötig sind. Die Verschraubung muss darüber hinaus präzise ausgeführt werden, insbesondere mit einem vorgegebenen Drehmoment, was zusätzlichen Aufwand und zusätzliche Werkzeuge erforderlich macht. Die Verbindungen haben wenige Kontaktauflagepunkte und daher einen beschränkten Stromdurchfluss.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Kontaktelement für den Hochstrombereich für Leiterplatten zu schaffen, das eine sichere Kontaktierung auf der Leiterplatte und eine schnelle und stromtragfähige Verbindung des elektrischen Leiters ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung dieser Aufgabe offenbart die Erfindung ein Kontaktelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Dabei wird ein Kontaktelement aus einer Kombination eines Kontaktkorbs, der als käfigartiges Bauteil ausgebildet ist, mit einem innenliegenden Federelement bzw. einer Spiralfeder offenbart. Das Federelement liegt auf der Platine bzw. der Leiterplatte, auf die sie aufgesetzt wird, auf. Es kann kreisförmig als geschlossene Federelement ausgebildet sein. Das Federelement ist elektrisch leitend insbesondere aus Metall ausgebildet. Das käfigartige Bauteil bzw. der Kontaktkorb umschließt das Federelement wenigstens an dem Bereich, an dem es nicht auf der Leiterplatte aufliegt, bzw. deckt dieses ab. Der Kontaktkorb ist mit einer Vielzahl von Kontaktpunkten an der Leiterplatte angeordnet und bildet einen Käfig. Der Kontaktkorb bzw. das käfigartige Bauteil ist aus einem Material ausgebildet, das eine gewisse Duktilität aufweist, so dass beispielsweise ausgebildete Schenkel des Kontaktkorbs bzw. käfigartigen Bauteils zumindest an dessen zulaufenden inneren Kanten der Schenkel bewegt bzw. aufgedrückt werden können. Das käfigartige Bauteil kann als Stanzteil ausgebildet sein.
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Der Kontaktkorb weist ein in etwa mittig angeordnetes Loch auf, um das sowohl das auf der Leiterplatte aufliegende Federelement sowie das dieses abdeckende käfigartige Bauteil bzw. der Kontaktkorb angeordnet sind. Der Kontaktkorb wird an der Leiterplatte angeordnet.
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Ein Bolzen wird durch den Kontaktkorb hindurchgeführt. Der Bolzen bzw. Stecker wirkt als Verbindungselement. Der Bolzen kann so eingeschoben werden, dass er den Kontaktkorb nicht berührt, jedoch das vom Kontaktkorb umschlossene Federelement kontaktiert. Der Bolzen kann so angeordnet werden, dass er die Leiterplatte nicht berührt.
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In der Leiterplatte kann ebenfalls ein Loch ausgebildet sein. Der Bolzen kann auch so ausgebildet sein, dass er durch das Loch innerhalb des Kontaktkorbs und das Loch in der Leiterplatte hindurchgeführt wird und so eine weitere Kontaktierung erfolgen kann.
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Des Weiteren kann eine weitere Kontaktmöglichkeit dadurch erfolgen, dass durch ein Loch in der Leiterplatte bzw. Platine ein Kontaktmittel aus der Richtung von unten, also auf der anderen Seite, auf der der Kontaktkorb um das Federelement herum angeordnet ist, eingeschoben wird, welches das Federelement an seiner Unterseite kontaktieren kann.
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Der eingeschobene Bolzen ist somit von dem Kontaktkorb und dem innenliegenden Federelement umschlossen. Durch die Anordnung des Federelements bzw. der einzelnen gewickelten Teile des Federelements, die auf der Leiterplatte aufliegen, entstehen gute Übertragungsstellen für Hochstromkontakte. Es erfolgt eine Direktübergabe des Hochstroms an die Platine bzw. die Leiterplatte. Das Federelement kann als Stanzteil hergestellt werden. Diese Herstellung hat einen Kostenvorteil gegenüber einem nach dem Stand der Technik hergestellten Frästeil.
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Zur Kontaktierung des Kontaktkorbs mit der Leiterplatte sind am Kontaktkorb Pins ausgebildet. Diese Pins können gerade, in Richtung zur Leiterplatte senkrecht dazu, ausgebildet sein. Sie werden durchkontaktiert an der Leiterplatte angeordnet. Dadurch entsteht eine Kontaktierung durch die Bohrungen für die Pins des Kontaktkorbs bzw. des käfigartigen Bauteils zumindest an dessen außen liegenden Seite durch die Platine bzw. die Leiterplatte, durch die die Pins durchgeführt sind, und die Kontaktoberfläche des Federelements auf der Oberfläche der Leiterplatte.
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Die Pins können auch an ihrer in Richtung zu der Leiterplatte zeigenden Seite abgeknickt derartig ausgebildet sein, dass die Pins auf der Leiterplatte aufliegen können und dadurch einen Kontakt erzeugen. Die Spitzen der abgeknickten Pins zeigen dabei insbesondere nach außen, also von der mittigen Öffnung des Kontaktkorbs weg. In dem Kontaktbereich der Leiterplatte, auf der die Pins aufliegen sollen, sind Pads auf der Leiterplatte vorgesehen. Diese können gepastet, also mit einer Paste versehen, auf Kontakt- bzw. Teilbereichen der Leiterplatte aufgebracht werden. Danach erfolgt ein Lötprozess, bei dem eine feste Verbindung durch den Einsatz einer Lötpaste hergestellt wird.
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Der Kontaktkorb mit dem Federelement innerhalb des Kontaktelements kann auch kreissegmentartig angeordnet werden und so die Bohrung bzw. die mittige Öffnung des Kontaktkorbs nicht voll, sondern auch nur partiell umschlossen ausgebildet werden.
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Das erfindungsgemäße Kontaktelement mit dem Federelement sowie dem Kontaktkorb hat dabei den Vorteil, dass eine Vielzahl von Kontaktauflagepunkten ausgebildet wird und dadurch gute Übertragungsstellen für Hochstrom entstehen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 zeigt einen Schnitt durch ein Kontaktelement schräg von oben,
- 2 zeigt eine Ausbildung eines käfigartigen Kontaktkorbs des Kontaktelements in einer Schrägansicht von oben und
- 3 stellt eine Ausführungsform des Kontaktelements mit abgeknickten Pins in einer Draufsicht schräg von oben dar.
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In 1 ist ein Kontaktelement 10 dargestellt. Das Kontaktelement 10 ist für Hochstromkontakte in Verbindung mit einer Leiterplatte bzw. Platine ausgebildet. Das Kontaktelement 10 weist eine Kontaktkorb 12 auf. Der Kontaktkorb 12 ist in seiner Gesamtheit käfigartig ausgebildet. Der Kontaktkorb 12 weist ein Hakenelement 14 auf, das bogenförmig ausgebildet ist. Die einzelnen Hakenelemente 14 des Kontaktkorbs 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig angeordnet und bilden die Abdeckung eines Hohlraums. An ihrer abgebogenen Vorderseite 16, die in Richtung einer mittigen Öffnung 18 zeigt, können die Hakenelemente 14 zur Mitte hin verjüngt ausgebildet sein.
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Die Hakenelemente 14 weisen Pins 20 bzw. Füßchen auf. Die Pins 20 dienen der Befestigung des Kontaktelements 10 auf der Leiterplatte. Die Pins 20 sind am Kontaktkorb 12 daher so angeordnet, dass sie in Richtung hin zur Leiterplatte zeigen. Die Pins 20 können insbesondere durchkontaktiert an der Leiterplatte angeordnet werden.
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Zwischen dem käfigartig ausgeformten Kontaktkorb 12 und der Leiterplatte ist ein Federelement 22 angeordnet. Das Federelement 22 ist innerhalb des Kontaktkorbs 12 von diesem gehalten angeordnet. Das Federelement 22 kann als Spiralfeder ausgebildet sein. Das Federelement 22 kann ringförmig und geschlossen ausgebildet sein. Das Federelement 22 bildet einen weiteren Kontakt zur Leiterplatte, auf der es angeordnet wird. Das Federelement 22 liegt somit mit einer Vielzahl von Kontaktpunkten auf der Leiterplatte liegend auf.
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In die mittige Öffnung 18 wird zur Befestigung und ggf. zur weiteren Kontaktierung ein Bolzen 24 bzw. ein Stecker eingeschoben. Der Bolzen 24 wird so weit eingesteckt, bis er an seinem Umfang das Federelement 22 kontaktiert.
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Der Bolzen 24 wird durch den Kontaktkorb 12 durch die Öffnung 18 geschoben. Im Regelfall berührt der Bolzen 24 den Kontaktkorb 12 nicht. Der Bolzen 24 berührt hingegen das Federelement 22.
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Der eingeschobene Bolzen 24, der als Verbindungseinrichtung wirkt, ist somit nahezu vollständig innenliegenden Federelement 22 umschlossen. Durch die Anordnung des Federelements 22 bzw. der einzelnen gewickelten Teile des Federelements 22 entstehen gute Übertragungsstellen für den Hochstrom. Es kann eine Direktübergabe des Hochstroms an die Platine bzw. die Leiterplatte erfolgen.
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Dadurch entsteht eine Kontaktierung durch die Bohrungen für die Pins 20 des käfigartigen Kontaktkorbs 12 zumindest an deren außen liegenden Seiten durch die Platine bzw. die Leiterplatte hindurch und zusätzlich durch die Kontaktoberflächen des Federelements 22 auf der Oberfläche der Leiterplatte.
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Der Kontaktkorb 12 mit dem Federelement 22 des Kontaktelements 10 kann auch kreissegmentartig ausgebildet und angeordnet werden und so die Bohrung bzw. die mittige Öffnung 18 nicht voll, sondern auch nur partiell umschlossen ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße Kontaktelement 10 mit dem Federelement 22 sowie dem Kontaktkorb 12 weist eine Vielzahl von Kontaktauflagepunkten auf, so dass dadurch gute Übertragungsstellen für Hochstrom entstehen.
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2 zeigt die Ausbildung des Kontaktkorbs 12 im Einzelnen. Die Hakenelemente 14 sind zur Innenseite in Richtung der Öffnung 16 abgebogen bzw. abgeknickt ausgebildet. Der Kontaktkorb 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel in etwa kreisrund ausgebildet. Die ausgebildeten Pins 20 befinden sich aus Richtung der Leiterplatte her betrachtet an der unteren Seite des aufgesetzten Kontaktkorbs 12 und greifen durch in die Leiterplatte eingebrachte Bohrungen durchkontaktiert in diese ein. Sie können in Einpresstechnik dort angeordnet sein. Innerhalb des Kontaktkorbs 12, der die Funktion eines Käfigs hat, wird die Spiralfeder bzw. das Federelement 22 (aus 1) angeordnet. Dieses Federelement 22 ist durch die Ausbildung des Kontaktkorbs 12 mit den in der Leiterplatte befestigten Pins 20 sowie den ausgebildeten Hakenelementen 14 sicher in seiner Position auf der Leiterplatte angeordnet. Die Öffnung 18 dient der Einbringung des Bolzens 24 bzw. Steckers. Dadurch wird die Lage des Federelements 22 (aus 1) gesichert und die Position der Kontaktierungen der Leiterplatte festgelegt.
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3 zeigt den Kontaktkorb 12 mit abgeknickten Pins 20. Die Pins 20 werden nicht durch die Leiterplatte geführt, sondern sie werden mit ihren unteren Flächen der in diesem Ausführungsbeispiel in Richtung nach außen hin, in entgegengesetzter Richtung weg vom Loch 18 abgeknickten bzw. abgebogenen Pins 20, auf die Leiterplatte aufgelegt. Dadurch wird eine Kontaktierung ermöglicht.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontaktelement
- 12
- Kontaktkorb
- 14
- Hakenelement
- 16
- Vorderseite
- 18
- Öffnung
- 20
- Pin
- 22
- Federelement
- 24
- Verbindungseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007010405 U1 [0004]
- DE 4226172 C2 [0005]
- US 5411348 [0006]
- US 5545842 [0006]
