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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere ein Relais-Stecksockel oder ein Sockel für anderes elektrisches/elektronisches Bauteil, mit einem Träger aus einem elektrisch isolierenden Material, einem SMD-Bauteil, das eine seitliche Kontaktfläche aufweist, und einem Kontaktelement aus einem leitfähigen Material, das an dem Träger befestigt ist zur Kontaktierung des SMD-Bauteils.
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SMD-Bauteile (SMD: Surface Mounted Device) werden üblicherweise auf Leiterplatten oder anderen Trägern angeordnet und weisen lötfähige Kontaktflächen auf, über die die SMD-Bauteile direkt auf den Leiterplatten mit Leiterbahnen verlötet werden. Hierdurch werden sehr dichte Bestückungen möglich und der Platzbedarf für die Bauelemente verringert sich.
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Aus der
WO 2012/120032 A2 ist eine Baugruppe bekannt, die einen Träger aus einem elektrisch isolierenden Material, ein SMD-Bauteil mit seitlichen Kontaktflächen und ein Stanzgitterteil aus Metall aufweist. Das Stanzgitterteil ist an dem Träger befestigt und dient zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem SMD-Bauteil und weiteren Funktionselementen der Baugruppe. Das Stanzgitterteil weist hierbei Kontaktzungen auf, die federnd an den seitlichen Kontaktflächen des SMD-Bauteils anliegen und stoffschlüssig mit den seitlichen Kontaktflächen verbunden sind. Der Träger enthält eine in einer Oberseite des Trägers ausgebildete Vertiefung, in der das SMD-Bauteil angeordnet ist und in die die Kontaktzungen von der Oberseite aus in die Vertiefung hineinragen.
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Ein Kontaktelement dieser Art zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem SMD-Bauteil hat den Nachteil, dass es relativ lang sein muss und relativ viel Platz benötigt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Baugruppe mit einem SMD-Bauteil, die ein Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem SMD-Bauteil aufweist, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Baugruppe gemäß Anspruch 1, und ein Kontaktelement zur Verwendung in der Baugruppe gemäß Anspruch 13 gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.
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Die Baugruppe enthält einen Träger aus einem elektrisch isolierenden Material, ein SMD-Bauteil, das eine Kontaktfläche aufweist, und ein Kontaktelement aus einem leitfähigen Material, das an dem Träger befestigt ist. Erfindungsgemäß weist das Kontaktelement an einem Ende die Form einer zylindrischen Feder auf zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit der Kontaktfläche des SMD-Bauteils. Mit anderen Worten weist das Kontaktelement ein Federelement mit einem Federabschnitt auf, der wenigstens einen gewundenen Bereich oder teilgewundenen Bereich aufweist. Dadurch ergibt sich eine radiale Federwirkung. Die Federwirkung ergibt sich dabei durch die spiralförmige Windung oder Teilwindung und nicht durch die Aufhängung dieses Federelementes.
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Gemäß einer bevorzugten Variante handelt es sich um eine zylindrische Feder, als elastische Feder ausgebildet, zur Herstellung eines elastischen Kontakts mit dem SMD-Bauteil. Das Federelement ist als radial elastisches Federelement ausgebildet, insbesondere in Form einer zylindrischen oder spiralförmigen Feder Die Elastizität der zylindrischen oder spiralförmigen Feder ist hierbei beispielsweise durch eine definierte Anzahl an Windungen vorgegeben. Das SMD-Bauteil ist dabei flexibel gelagert zwischen den Kontaktelementen eingeklemmt. Die Federkraft der Feder ist dabei für die Klemmwirkung entscheidend.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die zylindrische Feder aus einem flächigen, leitfähigen Material ausgebildet, wobei die zylindrische Feder so gewickelt ist, dass die flächige Seite des leitfähigen Materials eine elektrische Verbindung mit einer seitlichen Kontaktfläche des SMD-Bauteils bewirkt. Mit seinem anderen Ende ist das Kontaktelement elektrisch mit dem Träger verbunden. Ein Abschnitt einer Mantelfläche der zylindrischen Feder drückt gegen das eine seitliche Kontaktfläche des SMD-Bauteils. Zur Kontaktierung wird das SMD-Bauteil radial zur Wickelachse der zylindrischen Feder zugeführt. Dabei kann der Windungsendabschnitt so gestaltet sein, dass er wie eine Einführhilfe wirkt.
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Das Kontaktelement ist vorteilhafterweise aus einem Stanzgitterteil ausgebildet. Das Stanzgitterteil ist insbesondere aus einem Bandmaterial ausgestanzt und an einem Ende durch Biegungen zu der zylindrischen Feder geformt. Die Biegungen können in einer Variante durch Aufwicklung um einen runden Gegenstand erfolgen, der danach entfernt wird. So werden typischerweise auch Luftspulen angefertigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante ist die zylindrische Feder durch ein Löt- oder Schweißverfahren stoffschlüssig mit der Kontaktfläche des SMD-Bauteils verbunden.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das SMD-Bauteil zwei seitliche Kontaktflächen auf und beide Kontaktflächen sind mit jeweils einer zylindrischen Feder kontaktiert. Das SMD-Bauteil und die zwei zylindrischen Federn sind hierbei jeweils nebeneinander in einer jeweiligen Kammer angeordnet. Die Kammern für die zylindrische Federn sind von der Kammer für das SMD-Bauteil durch vorspringende Absätze baulich getrennt. Dabei ist die Kammer für das SMD-Bauteil derart gestaltet ist, dass das SMD-Bauteil formschlüssig in die Kammer für das SMD-Bauteil passt. Die Absätze können eine Keilform an der zur Kammer der zylindrischen Feder liegenden Seite aufweisen. Auf der zur Kammer des SMD-Bauteils liegenden Seite sind sie rechtwinkelig gestaltet. Hierdurch wird die Kammer für das SMD-Bauteil auf einfache Weise formschlüssig in Bezug auf das SMD-Bauteil ausgebildet für eine einfache Montage.
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Die hier beschriebenen zylindrischen Federn können auch eine andere Form haben, beispielsweise eine Dreiecks- oder Vielecks-Form.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Kammer für die jeweilige zylindrische Feder so gestaltet ist, dass sich die jeweilige Feder in einem Einbauzustand an einer Wandung seiner Kammer abstützt, wenn das SMD-Bauteil gegen die jeweilige zylindrische Feder drückt.
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Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements weist folgende Schritte auf:
- - Ausstanzen eines Rohlings aus einem elektrisch leitfähigen Basismaterial mit einer definierten Rohlänge für das Kontaktelement, und
- - Formen eines Endes des ausgestanzten Rohlings unter Verwendung von einem oder mehreren Biegevorgängen nacheinander in die Form einer zylindrische Feder.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren folgende Schritte auf:
- - Ausstanzen eines Rohlings aus einem elektrisch leitfähigen Basismaterial mit einer definierten Rohlänge für das Kontaktelement,
- - Biegen eines ausgestanzten Endes des Rohlings aus einer ersten Ebene in eine zweite Ebene, wobei der Biegevorgang beispielsweise einen Winkel von 45° aufweist, und
- - Biegen des ausgestanzten Endes durch einen Drehvorgang in die Form der zylindrischen Feder. Dies entspricht dem bereits erwähnten Aufwickelvorgang um einen runden Gegenstand, der anschließend entfernt wird.
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In einem letzten Schritt wird die aufgerollte Feder wieder zurück in die erste Ebene geschwenkt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kontaktelement zur Verwendung in der vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Baugruppe. Das Kontaktelement besteht hierbei aus einem flächigen leitfähigen Material und weist an einem Ende die Form einer zylindrischen Feder auf. Durch die Anzahl der Windungen der zylindrischen Feder kann die Elastizität eingestellt werden. Dabei kann es sich auch um eine abschnittsweise gewundene oder teilgewundene Feder handeln. Die flächige Seite des leitfähigen Materials der zylindrischen Feder dient der Herstellung der elektrischen Verbindung mit einer Kontaktfläche des SMD-Bauteils.
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Die Verwendung einer zylindrischen Feder zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einer Kontaktfläche eines SMD-Bauteils hat den Vorteil, dass eine Federwirkung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung stattfindet. Hierdurch können auch extreme Belastungen, beispielsweise durch Biegungen und Verwindungen bei der Herstellung und im Betrieb der Baugruppe, ausgeglichen werden. Insbesondere werden durch die zylindrische Feder auch durch Temperaturänderungen verursachte Längenänderungen sowie Belastungen durch Vibration, Schock oder Stoß im Betrieb der Baugruppe ausgeglichen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein SMD-Bauteil verbunden mit zwei Kontaktelementen, die an einem Ende die Form einer zylindrischen Feder aufweisen;
- 2 eine Baugruppe mit einem Träger und den Bauelementen der 1 in einem Querschnitt;
- 3 eine zweite Baugruppe mit einem Träger und Bauelementen der 1 in einer Seitenansicht;
- 4 ein erstes Verfahren zur Herstellung der anhand der 1 und 2 beschriebenen Kontaktelemente; und
- 5 ein zweites Verfahren zur Herstellung der anhand der 1 und 2 beschriebenen Kontaktelemente.
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Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Ausführungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
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1 zeigt schematisch ein SMD-Bauteil 30, ein erstes Kontaktelement 20, das an einem Ende die Form einer ersten zylindrischen Feder 22 aufweist, sowie ein zweites Kontaktelement 24, das ebenfalls an einem Ende die Form einer zweiten zylindrischen Feder 26 aufweist. Die beiden zylindrischen Federn 22, 26 besitzen jeweils eine Länge L1. Beide Kontaktelemente 20, 24 sind aus Metall und die zylindrischen Federn 22, 26 bilden hierbei jeweils einen elektrischen Kontakt mit Kontaktflächen 32, 34 des SMD-Bauteils 30. Das SMD-Bauteil 30 besitzt insbesondere zwei seitliche Kontaktflächen 32, 34. SMD-Bauteile sind für verschiedene passive und aktive elektrische Bauelemente erhältlich. Beispiele sind Kondensatoren, Widerstände, Spulen, Dioden, Transistoren. Ein SMD-Bauteil kann auch einen elektrischen Verbund solcher Bauelemente aufweisen.
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Die zwei Kontaktelemente 20, 24 sind beispielsweise aus Stanzgitterteilen hergestellt. Hierbei wird in einem Verfahren aus einem bandförmigen, elektrisch leitfähigen Basismaterial ein Stanzgitterteil (Leadframe) ausgestanzt und an einem Ende durch einen oder mehrere Biegevorgänge zu der zylindrischen Feder 22 bzw. 26 geformt. Typischerweise besteht das Stanzgitterteil aus Metall da Metall für die Stanzungen, Biegungen und Abwinkelungen besonders geeignet ist und je nach Legierung auch sehr gut elektrisch leitfähig gestaltet werden kann.
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2 zeigt schematisch in einem Querschnitt eine Baugruppe, die einen Träger 10 aus einem elektrisch isolierenden Material, sowie das SMD-Bauteil 30 und die beiden Kontaktelemente 20, 24 mit den zylindrischen Federn 22, 26 der 1 aufweist. Das SMD-Bauteil 30 ist hierbei zwischen den zylindrischen Federn 22, 26 angeordnet. Der Träger 10 ist typischerweise ein Gehäuse, eine Gehäuseschale oder ein Gehäuseträger, der eine Leiterplatte mit Leiterbahnen enthalten kann, mit denen das SMD-Bauteil 30 über die Kontaktelemente 20, 24 verbunden ist. Das Gehäuse kann dabei in offener Form oder geschlossener Form gestaltet sein.
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Die zwei zylindrischen Federn 22, 26 sowie das SMD-Bauteil 30 sind jeweils in einer Kammer 12, 14, bzw. 16 angeordnet, wobei die Kammer16 für das SMD-Bauteil 30 zwischen den beiden Kammern 12, 14 für die zwei zylindrischen Federn 22, 26 liegt und insbesondere eine formschlüssige Größe aufweist, für eine passgenaue Positionierung des SMD-Bauteils 30. Die beiden Kammern 12, 14 weisen hierfür jeweils einen Absatz 13 bzw. 15 an der zur Kammer 16 des SMD-Bauteils liegenden Seite auf. Die Absätze 13 und 15 sind beispielsweise dreieckförmige, insbesondere keilförmige Absätze.
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Die beiden Kammern 12 und 14 besitzen vorteilhafterweise eine Größe derart, dass beim Einsetzen der beiden zylindrischen Federn 22, 26 und des SMD-Bauteils 30 die zylindrischen Federn 22, 26 verspannt werden und hierdurch ein elastischer Kontakt mit dem SMD-Bauteil 30 hergestellt wird. Wird das SMD-Bauteil 30 nach den beiden zylindrischen Federn 22, 26 in den Träger 10 eingesetzt, so muss eine gewisse Kraft ausgeübt werden, um das SMD-Bauteil 30 gegen die Federspannung der zwei zylindrischen Federn 22, 26 zu bestücken.
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Die Federspannung kann beispielsweise durch eine definierte Anzahl der Windungen der zylindrischen Federn 22, 26 oder durch die Materialdicke und oder Breite des Stanzgitterteils vorgegeben werden. Dies sind verschiedene Ansätze um die Federsteifigkeit der Feder einzustellen. Die beiden zylindrischen Federn 22, 26 können jedoch auch derart dimensioniert sein, dass die Federn 22, 26 keine Kraft auf die seitlichen Kontaktflächen 32, 34 des SMD-Bauteils 30 ausüben, beispielsweise, indem jeweils ein Spalt zwischen den zylindrischen Federn 22, 26 und den Kontaktflächen 32, 34 des SMD-Bauteils 30 besteht. In beiden Fällen sind jedoch die zylindrischen Federn 22, 26 stoffschlüssig, beispielsweise durch ein Löt- oder Schweißverfahren, mit den Kontaktflächen 32, 34 des SMD-Bauteils 30 verbunden.
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In der 3 ist schematisch ein Relaissockel 40 in einer Seitenansicht dargestellt, der einer Baugruppe mit einem Träger 10, wie anhand der 1 und 2 beschrieben, entspricht. In dem Relaissockel 40 sind mehrere SMD-Bauteile 30 befestigt und jeweils mittels zweier Kontaktelemente 20, 24, wie vorangehend beschrieben, kontaktiert. Da die SMD-Bauteile 30 und die Kontaktelemente 20, 24 in Vertiefungen angeordnet sind, kann der Relaissockel 40 in einer extrem schmalen Bauweise von wenigen Millimetern Tiefe hergestellt werden. In den Relaissockel 40 wird ein Netz-Relais 50 eingesetzt, das ebenfalls nur wenige Millimeter in der Bautiefe aufweist.
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Ein Verfahren zur Herstellung der Kontaktelemente 20, 24 ist in der 4 dargestellt und weist folgende Schritte auf: In einem ersten Schritt 110 wird ein Rohling aus einem elektrisch leitfähigen Basismaterial mit einer definierten Rohlänge für ein Kontaktelement ausgestanzt. In einem weiteren Schritt 120 wird ein Ende des ausgestanzten Rohlings unter Verwendung von einem Biegevorgang in die Form einer zylindrischen Feder gebracht. Das Ende des ausgestanzten Rohlings kann auch unter Verwendung von mehreren Biegevorgängen nacheinander in die Form einer zylindrische Feder gebracht werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der 5 dargestellt, weist das Verfahren folgende Schritte auf: In einem ersten Schritt 130 wird ein Rohling aus einem elektrisch leitfähigen Basismaterial mit einer definierten Rohlänge für ein Kontaktelement ausgestanzt. In einem weiteren Schritt 140 wird ein ausgestanztes Ende des Rohlings aus einer ersten Ebene in eine zweite Ebene geschwenkt, wobei der Biegevorgang beispielsweise einen Winkel von 45° aufweist. Anschließend wird das ausgestanzte Ende durch einen Drehvorgang in die Form der zylindrischen Feder gebogen, Schritt 150. Dieser Schritt kann einem Wickelvorgang entsprechen, bei dem das ausgestanzte Ende um einen runden Körper mit dem gewünschten Durchmesser gewickelt wird, der anschließend entfernt wird. In einem letzten Schritt 160 wird dann die aufgerollte Feder wieder zurück in die erste Ebene geschwenkt.
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Für die Herstellung der Kontaktelemente 20, 24 wird vorteilhafterweise ein flächiges leitfähiges Material verwendet. Die zylindrischen Federn 22, 26 weisen hierdurch flächige elektrische Kontaktflächen auf und ermöglichen hierdurch auch einen höheren Stromfluss mit den Kontaktflächen 32, 34 des SMD-Bauteils 30. Die Kontaktelemente 20, 24 können insbesondere in einem ersten Schritt auf einfache Weise aus einem Stanzgitterteil mit einer definierten Rohlänge ausgestanzt werden.
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Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Träger
- 12
- erste Kammer
- 13
- erster Absatz
- 14
- zweite Kammer
- 15
- zweiter Absatz
- 16
- dritte Kammer
- 20
- erstes Kontaktelement
- 22
- erste Feder
- 24
- zweites Kontaktelement
- 26
- zweite Feder
- 30
- SMD-Bauteil
- 32
- erste seitliche Kontaktfläche des SMD-Bauteils
- 34
- zweite seitliche Kontaktfläche des SMD-Bauteils
- 40
- Relaissockel
- 50
- Relais
- 110 - 120
- verschiedene Schritte eines ersten Herstellungsverfahrens
- 130 - 160
- verschiedene Schritte eines zweiten Herstellungsverfahrens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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