DE102019208195B4

DE102019208195B4 - Stromschienenanschlusssystem zum Verbinden einer Stromschiene mit einer leitfähigen Struktur auf einer Leiterplatte und Kontaktierungsverfahren

Info

Publication number: DE102019208195B4
Application number: DE102019208195.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Will; Kathrin Kappes; Sabine Storch
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-06-06
Also published as: DE102019208195A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stromschienenanschlusssystem zum Verbinden einer Stromschiene (114) mit einer leitfähigen Struktur auf einer Leiterplatte (110) und auf ein zugehöriges Kontaktierungsverfahren. Das Stromschienenanschlusssystem (100) umfasst mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktfleck (102), der in einem Randbereich (124) auf der Leiterplatte (110) angeordnet und mit der elektrisch leitfähigen Struktur der Leiterplatte verbunden ist, mindestens zwei Kontaktarme (106), die an der Stromschiene (114) angeordnet sind, und ein separates elektrisch leitfähiges Druckbeaufschlagungselement (104), das so ausgebildet ist, dass es den Randbereich (124) der Leiterplatte umgreift und eine Kontaktkraft zwischen den Kontaktarmen (106) und dem Kontaktfleck (102) bereitstellt, wobei die Kontaktarme (106) ausgebildet sind, um das Druckbeaufschlagungselement (104) zu umgreifen, und wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) wenigstens einen freigeschnittenen ersten Federarm (120) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontakt- flecken (102) abstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stromschienenanschlusssystem zum Verbinden einer Stromschiene mit einer leitfähigen Struktur auf einer Leiterplatte und auf ein zugehöriges Kontakti eru ngsverfahren.
Stromschienenanschlusssysteme werden vor allem in elektrischen Stromversorgungssystemen verwendet, um elektrische Leistung von einer Leistungsquelle zu einer Vielzahl von elektrischen Einheiten zu verteilen. Derartige elektrische Leistungsverteilungssysteme umfassen üblicherweise mindestens zwei elektrische Leiter, die voneinander entfernt angeordnet sind und mit dem zu versorgenden Komponenten verbunden werden sollen. Die für die Steuerung und Verschaltung erforderlichen elektronischen Komponenten, wie z. B. Leistungstransistoren, sind dabei auf einem Schaltungsträger, z. B. einer Leiterplatte, angeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene und elektrisch leitfähigen Strukturen auf der Leiterplatte kann über Schraubverbindungen, Klemmverbindungen, Lötverbindungen oder Steckverbindungen erfolgen. Dabei soll der Begriff „Leiterplatte“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jede Art von Schaltungsträgern, also z. B. Printed Circuit Boards (PCB), Flexible Printed Circuit Boards (FPC) oder keramische Direct Copper Bonding (DCB)-Substrate umfassen.
Die offengelegte deutsche Patentanmeldung DE 10 2017 116 342 A1 offenbart eine Leiterplattenanordnung mit einer Kontaktvorrichtung zur leitenden Verbindung der Leiterplatten der Leiterplattenanordnung nach Art von einem oder mehreren Busleitern eines Bussystems, wobei die Leiterplatten vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind, und wobei an den Leiterplatten einer oder mehrere Randabschnitte vorgesehen sind, die als Leiterplattenrandverbinder ausgebildet sind, wobei die Leiterplattenrandverbinder jeweils direkt mit einem vorzugsweise S- oder W-förmigen Klemmfeder-Kontaktelement kontaktiert sind, die ferner jeweils direkt mit einer Stromschiene oder mehreren Stromschienen oder mit Stromschienenelementen wie Brückenelementen des Bussystems verbunden sind.
Beim elektrischen Verbinden von elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Leiterplatte mit der Stromschiene sind zum einen hohe Ansprüche an die Stromtragfähigkeit der Verbindung wie auch an deren mechanische Stabilität und Zuverlässigkeit zu stellen. Zum anderen soll die elektrische Verbindung besonders einfach und schnell herzustellen sein und möglichst wenig Werkzeug und Teile erfordern.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Stromschienenanschlusssystem, das eine zuverlässige und robuste elektrische Kontaktierung zwischen einer Stromschiene und der elektrisch leitfähigen Strukturen auf einer Leiterplatte ermöglicht, aber dennoch kostengünstig und platzsparend herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, die Stromschiene unmittelbar mit Kontaktarmen zu versehen, welche den Rand der Leiterplatte umgreifen und mittels eines separaten elektrisch leitfähigen Druckbeaufschlagungselements, das im Folgenden auch als Kontaktkäfig bezeichnet wird, an der Leiterplatte zu verklemmen. Durch einen solchen Kontaktkäfig, der zwischen der Leiterplatte und den Kontaktarmen angeordnet ist, wird sowohl die elektrische Kontaktgabe wie auch die mechanische Fixierung bewerkstelligt.
Insbesondere umfasst ein Stromschienenanschlusssystem zum Verbinden einer Stromschiene mit einer leitfähigen Struktur auf einer Leiterplatte einen elektrisch leitfähigen Kontaktfleck, der in einem Randbereich auf der Leiterplatte angeordnet und mit der elektrisch leitfähigen Struktur der Leiterplatte verbunden ist. Weiterhin sind mindestens zwei Kontaktarme vorgesehen, die an der Stromschiene angeordnet sind. Ein separates elektrisch leitfähiges Druckbeaufschlagungselement ist so ausgebildet, dass es den Randbereich der Leiterplatte umgreift und eine Kontaktkraft zwischen den Kontaktarmen und dem Kontaktfleck bereitstellt, wobei die Kontaktarme ausgebildet sind, um das Druckbeaufschlagungselement zu umgreifen.
Diese Lösung ist zum einen mechanisch stabil und sicher und erlaubt zum anderen die zuverlässige Übertragung auch höherer Ströme. Andererseits werden nur wenige einfach herstellbare Teile benötigt und aufwendige Fügeverfahren wie z. B. Löten, Druckfügen (Tox®-Clinchen), Nieten, Schweißen etc. werden vermieden.
Eine besonders effiziente Realisierung des Stromschienenanschlusssystems kann erreicht werden, wenn die Kontaktarme einstückig an der Stromschiene angeformt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Druckbeaufschlagungselement wenigstens einen freigeschnittenen ersten Federarm auf, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktfleck abstützt. Ein solcher Federarm, der aus dem elektrisch leitfähigen Material des Druckbeaufschlagungselements bestehen kann, stellt in vorteilhafter Weise gleichzeitig die elektrische Kontaktierung und die mechanische Fixierung her. Wenn der Federarm außerdem mit seiner Längsachse entlang der Einschubrichtung der Leiterplatte zwischen die Kontaktarme der Stromschiene ausgerichtet ist, kann er außerdem eine Einschubrampe bilden, die das Einschieben erleichtert, aber das unbeabsichtigte Herausziehen erschwert.
Dieser vorteilhafte Effekt wird entsprechend verstärkt, wenn das Druckbeaufschlagungselement wenigstens einen freigeschnittenen zweiten Federarm aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktarm abstützt.
Eine besonders sichere mechanische und elektrische Kontaktierung kann erreicht werden, wenn das Druckbeaufschlagungselement eine im Wesentlichen U-förmige Raumform mit einer Basis und zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln hat.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen ersten Federarmen angeordnet, deren freigeschnittene Endbereiche nach innen in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels gebogen sind, und auf jedem der Schenkel ist jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen zweiten Federarmen angeordnet, deren freigeschnittene Endbereiche beispielsweise nach außen gebogen sind. Damit kann erreicht werden, dass die elektrische Kontaktgabe ebenso wie die mechanische Fixierung auf eine größere Fläche verteilt wird. Die Endbereiche der Kontaktfedern können jedoch auch auf verschiedenste Weise anders ausgestaltet sein, z. B. eine ballige Gestalt haben o. ä.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind an der Stromschiene drei Kontaktarme angeformt, von denen zwei so angeordnet sind, dass sie eine erste Seite der Leiterplatte teilweise überdecken, und ein dritter Kontaktarm so angeordnet ist, dass er eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen gleichmäßigen Anpressdruck und verhindert ein Verkippen der Stromschiene um ihre longitudinale Achse. Damit werden die elektrische Kontaktgabe und die mechanische Fixierung verbessert.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktarme einstückig mit der Stromschiene aus gestanztem und gebogenem Kupfer hergestellt sind. Kupfer hat den Vorteil, dass es eine außerordentlich gute elektrische Leitfähigkeit aufweist und die Herstellung als Stanzbiegeteil ist besonders kostengünstig und massenproduktionstauglich.
Weiterhin kann das Druckbeaufschlagungselement aus gestanztem und gebogenem Stahl hergestellt werden. Stahl hat besonders vorteilhafte Federeigenschaften und kann in Form von Blechen kostengünstig zu Stanzbiegeteilen verarbeitet werden. Zur Verbesserung der elektrischen Kontaktgabe kann außerdem vorgesehen sein, dass das Druckbeaufschlagungselement mit mindestens einer weiteren Schicht, beispielsweise einer Edelmetallschicht wie Gold oder Silber, versehen ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Stromschienenanschlusssystems weist das Druckbeaufschlagungselement eine erste Einführschräge auf, die an einer Stirnseite des Druckbeaufschlagungselements so angeformt ist, dass sie das Druckbeaufschlagungselement beim Montieren an der Leiterplatte führt. Dadurch kann ein Verkanten des Druckbeaufschlagungselements und eine mögliche Beschädigung des Kontaktflecks beim Aufschieben des Druckbeaufschlagungselements vermieden werden.
Weiterhin kann das Druckbeaufschlagungselement Führungsmittel mit einer zweiten Einführschräge aufweisen, die entlang einer Montagerichtung der Stromschiene an dem Druckbeaufschlagungselement so angeformt sind, dass sie die Kontaktarme beim Montieren über dem Druckbeaufschlagungselement führen. Dies erleichtert die korrekte Ausrichtung der Kontaktarme bei der Montage und sichert deren Position zusätzlich im Betrieb. Dadurch wird die Robustheit gegenüber Stößen und Vibrationen erhöht.
Um weiterhin die Position des Druckbeaufschlagungselements mit Bezug auf den Kontaktfleck sowohl während des Montagevorgangs wie auch im späteren Betrieb noch sicherer zu fixieren, kann das Druckbeaufschlagungselement mindestens eine Führungslasche aufweisen, die mit einer an der Leiterplatte angeordneten Führungsnut zum Führen des Druckbeaufschlagungselements beim Montieren an der Leiterplatte zusammenwirkt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein zugehöriges Verfahren zum Kontaktieren einer Stromschiene mittels eines Stromschienenanschlusssystems nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Kontaktflecks, der in einem Randbereich auf der Leiterplatte angeordnet und mit einer elektrisch leitfähigen Struktur der Leiterplatte verbunden ist,
Bereitstellen einer Stromschiene mit mindestens zwei Kontaktarmen,
Bereitstellen eines separaten elektrisch leitfähigen Druckbeaufschlagungselements und Aufschieben des Druckbeaufschlagungselements auf den Kontaktfleck, so dass es den Randbereich der Leiterplatte umgreift,
Aufschieben der Kontaktarme über das Druckbeaufschlagungselement, so dass das Druckbeaufschlagungselement eine Kontaktkraft zwischen den Kontaktarmen und dem Kontaktfleck bereitstellt.

Selbstverständlich müssen die Montageschritte nicht in dieser Reihenfolge durchlaufen werden. Beispielsweise kann auch erst das Druckbeaufschlagungselement in die Kontaktarme der Stromschiene eingeschoben werden und anschließend diese Anordnung auf die Leiterplatte geschoben werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass weniger Teile beim Kontaktieren der Leiterplatte vor Ort bevorratet werden müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es mit wenig Arbeitsschritten und wenig separaten Teilen auskommt, aber dennoch eine elektrisch und mechanisch robuste Kontaktierung ermöglicht. In vorteilhafter Weise erfolgt das Aufschieben der Kontaktarme über das Druckbeaufschlagungselement in einer Richtung entlang einer longitudinalen Achse der Stromschiene.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an dem Druckbeaufschlagungselement wenigstens ein freigeschnittener Federarm angeformt, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktfleck abstützt, und das Druckbeaufschlagungselement weist wenigstens einen freigeschnittenen zweiten Federarm auf, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktarm abstützt. Ein solcher Federarm kann auf einfache kostengünstige Weise während des Stanzbiegeprozesses hergestellt werden und hat darüber hinaus den Vorteil, dass er eine zuverlässige Kontaktgabe und mechanische Fixierung ermöglicht. Weiterhin kann bei geeigneter Ausrichtung des Federarms sichergestellt werden, dass die Montagerichtung mechanisch bevorzugt ist, während ein unbeabsichtigtes Abziehen der Stromschiene von der Leiterplatte erschwert wird.
Eine besonders einfache Montage und sichere Kontaktgabe kann erreicht werden, wenn das Druckbeaufschlagungselement eine im Wesentlichen U-förmige Raumform mit einer Basis und zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln hat und auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen Federarmen angeordnet ist, deren freigeschnittene Endbereiche nach innen in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels gebogen sind, und wenn auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen zweiten Federarmen angeordnet ist, deren freigeschnittene Endbereiche nach außen gebogen sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist an der Stromschiene mindestens ein erster Kontaktarm angeformt, der so angeordnet ist, dass er eine erste Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt, und mindestens ein zweiter Kontaktarm ist so angeordnet, dass er eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt. Besonders kostengünstig und stabil ist die elektrische und mechanische Verbindung, wenn an der Stromschiene drei Kontaktarme angeformt sind, von denen zwei so angeordnet sind, dass sie eine erste Seite der Leiterplatte teilweise überdecken, und ein dritter Kontaktarm so angeordnet ist, dass er eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt. Es kann aber selbst verständlich jede beliebige Anzahl an ersten und zweiten Kontaktarmen vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf den beiden Seiten der Leiterplatte eine ungleiche Anzahl von Kontaktarmen angeordnet ist, weil dann eine Achsensymmetrie zur Längsachse der Stromschiene vorliegt und die mechanische Stabilität höher ist.
Beispielsweise werden die Kontaktarme einstückig mit der Stromschiene durch Stanzen und Biegen aus Kupfer hergestellt.
Um besonders gute Federeigenschaften sicherzustellen, kann wie erwähnt das Druckbeaufschlagungselement durch Stanzen und Biegen aus Stahl hergestellt werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Stromschienenanschlusssystems im nicht zusammengesteckten Zustand;
2 eine schematische perspektivische Darstellung des Stromschienenanschlusssystems aus 1 im zusammengesteckten Zustand;
3 ein Detail aus 2;
4 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Stromschienenanschlusssystems;
5 eine gedrehte schematische perspektivische Darstellung des Stromschienenanschlusssystems aus 4 im nicht zusammengesteckten Zustand;
6 eine schematische perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Stromschienenanschlusssystems;
7 eine gedrehte schematische perspektivische Darstellung des Stromschienenanschlusssystems aus 6 im nicht zusammengesteckten Zustand.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren, und dabei insbesondere zunächst mit Bezug auf die schematische Perspektivdarstellung der 1, näher erläutert. Es wird angemerkt, dass in sämtlichen Figuren die Größenverhältnisse und insbesondere die Dickenverhältnisse nicht unbedingt maßstabsgetreu wiedergegeben sind.
Weiterhin soll der Begriff „Leiterplatte“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jede Art von Schaltungsträgern, also z. B. Printed Circuit Boards (PCB), Flexible Printed Circuit Boards (FPC) oder keramische Direct Copper Bonding (DCB)-Substrate umfassen. Der Begriff „Stromschiene“ (englisch: „bus bar“) bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine elektrisch leitfähige, vorzugsweise metallische, Leiterbahn zur Stromverteilung in leistungselektrischen und leistungselektronischen Komponenten.
1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Stromschienenanschlusssystem 100 gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung im nicht zusammengesteckten Zustand. Das Stromschienenanschlusssystem 100 weist einen Kontaktfleck 102, ein Druckbeaufschlagungselement 104 und eine Vielzahl von Kontaktarmen 106 auf. Der Kontaktfleck 102 kann beispielsweise nur durch eine oberflächliche Metallisierung 102A auf der ersten Seite 108 einer Leiterplatte 110 gebildet sein. In diesem Fall kann auf der gegenüberliegenden Seite 112 der Leiterplatte 110 ein korrespondierender Kontaktfleck 102B angeordnet sein (analog zu den 5 und 7). Beide Kontaktflecken sind in diesem Fall mittels einer Durchkontaktierung mit einer (in der Figur nicht sichtbaren) Leiterbahn der Leiterplatte 110 verbunden.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Leiterplattenrand mit einem von der ersten zur zweiten Seite durchgehenden blockförmigen Kontaktelement 102 versehen ist, das in Form einer Kantenmetallisierung ausgebildet ist.
Die Stromschiene 114 besitzt erfindungsgemäß drei einstückig daran angeformte Kontaktarme 106. Für einen Fachmann ist im Übrigen klar, dass selbstverständlich auch nur zwei Kontaktarme oder mehr als drei Kontaktarme 106 vorgesehen sein könnten. Dabei sind in der gezeigten Ausführungsform zwei der Kontaktarme 106A so angeordnet, dass sie die erste Oberfläche 108 der Leiterplatte 110 überdecken, während der dritte Kontaktarm 106B so angeordnet ist, dass er die zweite Seite 112 der Leiterplatte überdeckt. Die Stromschiene 114 ist beispielsweise durch Stanzen und Biegen aus Kupfer hergestellt. Kupferbleche (beispielsweise mit einer Dicke von 3 mm) können vorteilhaft als Halbzeug verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zwischen den beiden Kontaktflecken 102A, 102B und den Kontaktarmen 106A, 106B ein federndes, elektrisch leitfähiges Druckbeaufschlagungselement 104 angeordnet. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Druckbeaufschlagungselement 104 eine im wesentlichen U-förmige Raumform mit einer Basis 116 und zwei Schenkeln 118. An jedem der beiden Schenkel 118A, 118B sind mehrere einseitig freigeschnittene Federarme 120 angeformt, von denen ein Teil von der Leiterplatte 110 fortgebogen ist und sich auf dem Kontaktarm 106 abstützt, während die anderen Federarme 120 nach innen in Richtung auf die Leiterplatte 110 gebogen sind und sich somit auf dem Kontaktfleck 102 abstützen.
Für einen Fachmann ist klar, dass die Anzahl der Federarme 120 beliebig nach den jeweiligen Erfordernissen gewählt werden kann.
Das freigeschnittene Ende der Federarme 120 befindet sich, je nachdem ob es nach außen oder nach innen gebogen ist, in Einschubrichtung 122 vorne bzw. hinten, um das Einschieben zu erleichtern und das unbeabsichtigte Lösen der Verbindung zu erschweren, indem die Federarme 120 in Einschubrichtung jeweils eine Einführschräge bilden, sich entgegen der Richtung des Zusammenschiebens jedoch verklemmen.
In der gezeigten Ausführungsform tragen die beiden Schenkel 118A, 118B eine unterschiedliche Anzahl von Federarmen 120. Auf dem Schenkel 118A, der mit den beiden Kontaktarmen 106A in Berührung ist, sind für jeden Kontaktarm beispielsweise ein Paar Federarme 120 vorgesehen, die von jeweils einem der Kontaktarme 106A überdeckt sind. Von diesen Federarmen 120 ist in jedem Paar einer in Richtung auf den Kontaktarm 106A gebogen und einer in Richtung auf den Kontaktfleck 102. In der Mitte zwischen den beiden Kontaktarmen 106A trägt das Druckbeaufschlagungselement 104 ein weiteres Paar Federarme 120, die beide nach unten gerichtet sind und so freigeschnitten sind, dass die freigeschnittenen Enden in Richtung 122 hinter den fixierten Enden liegen. Es ist aber klar, dass jede beliebige Anzahl und Orientierung der Federarme 120 entsprechend den jeweiligen Erfordernissen vorgesehen sein können.
Wie aus der Schnittdarstellung der 3 deutlich wird, befindet sich an dem unteren Schenkel 118B nur ein Paar von Federarmen 120, von denen einer in Richtung auf den unteren Kontaktarm 106B gebogen ist und der andere in Richtung auf den an der Unterseite 112 angeordneten Kontaktflecken.
2 zeigt die Anordnung der 1 im zusammengesteckten Zustand. Dabei umgreift das Druckbeaufschlagungselement 104 den Randbereich 124 der Leiterplatte 110 so, dass die Kontaktflecken 102A, 102B elektrisch kontaktiert sind. Die Kontaktarme 106 der Stromschiene 114 sind so über dem Druckbeaufschlagungselement 104 montiert, dass die Kontaktarme 106A, 106B jeweils mit den zugehörigen Federarmen 120 an dem Druckbeaufschlagungselement 104 zusammenwirken. Auf diese Weise wird ein Kontaktdruck aufgebaut, der für eine sichere elektrische Kontaktierung und mechanische Fixierung sorgt.
3 zeigt das zusammengebaute Stromschienenanschlusssystem 100 der 2 in einer Schnittdarstellung.
Das Druckbeaufschlagungselement 104 ist beispielsweise durch Biegen und Stanzen aus Stahl, beispielsweise einem Stahlblech mit 0,5 mm Dicke, hergestellt. Eine Oberflächenschicht aus einem Edelmetall oder einer Kombination von Nickel und einem Edelmetall, wie beispielsweise Gold, kann die Kontaktgabe und Korrosionsbeständigkeit verbessern. Aufgrund der die Leiterplatte 110 umgreifenden Raumform kann das Druckbeaufschlagungselement 104 auch als Kontaktkäfig bezeichnet werden. Die Leiterplatte kann beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte (englisch: Printed Circuit Board, PCB) mit einer Stärke von 1,6 mm sein. Es ist aber selbstverständlich klar, dass jede andere Art von Schaltungsträger ebenfalls über das erfindungsgemäße Stromschienenanschlusssystem 100 kontaktiert werden kann.
4 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromschienenanschlusssystems 200 im zusammengesteckten Zustand. Die Stromschiene 214 entspricht in ihrer Ausgestaltung der Ausführungsform aus den 1 bis 3 und soll daher nicht nochmals beschrieben werden. Weiterhin entspricht auch die Leiterplatte 210 der mit Bezug auf die 1 und 3 gezeigten Anordnung. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform besitzt das Druckbeaufschlagungselement 204 zusätzliche Führungselemente.
Zum einen ist an der Stirnseite der beiden Schenkel 218A, 218B eine erste Einführschrägung 226 angeformt, die das Aufstecken des Druckbeaufschlagungselements 204 auf die Kontaktflecken 202 der Leiterplatte 210 erleichtern. Zum anderen ist an den seitlichen Rändern der Schenkel 218A, 218B jeweils ein Führungsvorsprung 228 mit zweiten Einführschrägungen 230 angeformt, die ein sicheres und positionsgenaues Aufstecken der Kontaktarme 206A, 206B ermöglichen.
Darüber hinaus verhindern die Führungsvorsprünge 228 auch ein seitliches Verrutschen der Kontaktarme 206A im Betrieb. Dies ist insbesondere bei Anwendungsumgebungen mit starken Vibrationen, wie z. B. im Automobilbereich vorteilhaft.
5 zeigt die Anordnung der 4 im nicht zusammengesteckten Zustand in einer Ansicht von unten. Dabei sind die Federarme 220 des Druckbeaufschlagungselements 204 genau so angeordnet wie gemäß der ersten Ausführungsform aus den 1 bis 3. Erkennbar ist in dieser Figur auch, dass die Einführschrägungen 226 zusammen mit den Schenkeln 218A, 218B eine Art Trichter zum Aufnehmen der Leiterplatte 210 bilden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Stromschienenanschlusssystems 300 ist in den 6 und 7 gezeigt. Im Unterschied zu den Stromschienenanschlusssystemen 100, 200 aus den 1 bis 3 sowie 4 und 5 ist an dem Druckbeaufschlagungselement 304 zusätzlich auf jeder Seite des Schenkels 318A eine Führungslasche 332 angeformt. Diese Führungslaschen erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht auf die Leiterplatte 310 zu.
Die Leiterplatte 310 weist weiterhin Nuten 334 auf, in welche die Führungslaschen 332 eingreifen. Auf diese Weise ist das Druckbeaufschlagungselement 304 gegen seitliches Verrutschen und Verkippen sowohl beim Montieren wie auch im Betrieb geschützt. Wie aus der Zusammenschau mit 7 erkennbar, erstrecken sich die Nuten 334 durch die gesamte Leiterplatte 310 hindurch, so dass durchgehende Schlitze entstehen. Allerdings ist dies nicht zwingend erforderlich. Bei dickeren Leiterplatten 310 kann es auch vorgesehen sein, dass die Nuten 334 nur teilweise durch die Leiterplatte 310 hindurchreichen.
Weiterhin ist in der gezeigten Ausführungsform vorgesehen, dass die Führungslaschen 332 an demselben Schenkel 318A wie die Führungsvorsprünge 328 angeformt sind. Das ist nicht zwingend erforderlich, sondern der einfacheren Herstellbarkeit geschuldet, die Führungslaschen 332 könnten selbstverständlich auch an dem gegenüberliegenden Schenkel 318B angeformt sein.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: Stromschienenanschlusssystem
102, 102A, 102B: Kontaktfleck
202, 202A, 202B
302, 302A, 302B
104, 204, 304: Druckbeaufschlagungselement
106, 106A, 106B: Kontaktarm
206, 206A, 206B
206, 206A, 206B
108, 208, 308: Erste Seite der Leiterplatte
110,210,310: Leiterplatte
112, 212, 312: zweite Seite der Leiterplatte
114,214,314: Stromschiene
116: Basis
118, 118A, 118B: Schenkel
218, 218A, 218B
318, 318A, 318B
120, 220, 320: Federarm
122: Richtung des Zusammenschiebens
124: Randbereich der Leiterplatte
226, 326: Erste Einführschrägung
228, 328: Führungsvorsprung
230, 330: Zweite Einführschrägung
332: Führungslasche
334: Nut

Claims

Stromschienenanschlusssystem (100, 200, 300) zum Verbinden einer Stromschiene (114) mit einer leitfähigen Struktur auf einer Leiterplatte (110), wobei das Stromschienenanschlusssystem (100) umfasst: mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktfleck (102), der in einem Randbereich (124) auf der Leiterplatte (110) angeordnet und mit der elektrisch leitfähigen Struktur der Leiterplatte verbunden ist, mindestens zwei Kontaktarme (106), die an der Stromschiene (114) angeordnet sind, ein separates elektrisch leitfähiges Druckbeaufschlagungselement (104), das so ausgebildet ist, dass es den Randbereich (124) der Leiterplatte umgreift und eine Kontaktkraft zwischen den Kontaktarmen (106) und dem Kontaktfleck (102) bereitstellt, wobei die Kontaktarme (106) ausgebildet sind, um das Druckbeaufschlagungselement (104) zu umgreifen, und wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) wenigstens einen freigeschnittenen ersten Federarm (120) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktflecken (102) abstützt.
Stromschienenanschlusssystem nach Anspruch 1, wobei die Kontaktarme (106) einstückig an der Stromschiene (114) angeformt sind.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckbeaufschlagungselement wenigstens einen freigeschnittenen zweiten Federarm (120) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktarm (106) abstützt.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) eine im Wesentlichen U-förmige Raumform mit einer Basis (116) und zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln (118) hat.
Stromschienenanschlusssystem nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei auf jedem der Schenkel (118) jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen ersten Federarmen (120) angeordnet ist, deren freigeschnittene Endbereiche nach innen in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels gebogen sind, und wobei auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen zweiten Federarmen angeordnet ist, deren freigeschnittene Endbereiche nach außen gebogen sind.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der Stromschiene (114) drei Kontaktarme (106) angeformt sind, von denen zwei so angeordnet sind, dass sie eine erste Seite (108) der Leiterplatte (110) teilweise überdecken, und ein dritter Kontaktarm so angeordnet ist, dass er eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (112) der Leiterplatte teilweise überdeckt.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktarme (106) einstückig mit der Stromschiene (114) aus gestanztem und gebogenem Kupfer hergestellt sind, und/oder wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) aus gestanztem und gebogenem Stahl hergestellt ist.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckbeaufschlagungselement (204) eine erste Einführschrägung (226) aufweist, die an einer Stirnseite des Druckbeaufschlagungselements (204) so angeformt ist, dass sie das Druckbeaufschlagungselement beim Montieren an der Leiterplatte (210) führt.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckbeaufschlagungselement (204) Führungsmittel (228) mit einer zweiten Einführschrägung (230) aufweist, die entlang einer Montagerichtung der Stromschiene (214) an dem Druckbeaufschlagungselement (204) so angeformt sind, dass sie die Kontaktarme (206) beim Montieren über dem Druckbeaufschlagungselement führen.
Stromschienenanschlusssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckbeaufschlagungselement (304) mindestens eine Führungslasche (332) aufweist, die mit einer an der Leiterplatte angeordneten Führungsnut (334) zum Führen des Druckbeaufschlagungselements beim Montieren an der Leiterplatte zusammenwirkt.
Verfahren zum Kontaktieren einer Stromschiene (114) mittels eines Stromschienenanschlusssystems (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen mindestens eines elektrisch leitfähigen Kontaktflecks (102), indem der Kontaktfleck (102) in einem Randbereich (124) auf der Leiterplatte (110) angeordnet und mit einer elektrisch leitfähigen Struktur der Leiterplatte verbunden wird, Bereitstellen einer Stromschiene (114) mit mindestens zwei Kontaktarmen (106), Bereitstellen eines separaten elektrisch leitfähigen Druckbeaufschlagungselements (104) und Aufschieben des Druckbeaufschlagungselements (104) auf den Kontaktfleck (102), so dass es den Randbereich der Leiterplatte umgreift, Aufschieben der Kontaktarme (106) über das Druckbeaufschlagungselement (104), so dass das Druckbeaufschlagungselement eine Kontaktkraft zwischen den Kontaktarmen (106) und dem Kontaktfleck (102) bereitstellt, wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) wenigstens einen freigeschnittenen ersten Federarm (120) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktflecken (102) abstützt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei an dem Druckbeaufschlagungselement (104) wenigstens ein freigeschnittener zweiter Federarm (120) angeformt wird, der so ausgebildet ist, dass er sich im zusammengesteckten Zustand mit seinem freigeschnittenen Endbereich auf dem Kontaktarm (106) abstützt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Druckbeaufschlagungselement (104) mit einer im Wesentlichen U-förmigen Raumform mit einer Basis (116) und zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln (118) hergestellt wird und auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen Federarmen (120) angeordnet wird, deren freigeschnittene Endbereiche nach innen in Richtung des gegenüberliegenden Schenkels gebogen werden, und wobei auf jedem der Schenkel jeweils eine Vielzahl von freigeschnittenen zweiten Federarmen angeordnet werden, deren freigeschnittene Endbereiche nach außen gebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei an der Stromschiene mindestens ein erster Kontaktarm (106A) angeformt wird, der so angeordnet ist, dass er eine erste Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt, und mindestens ein zweiter Kontaktarm (106B) so angeordnet wird, dass er eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der Leiterplatte teilweise überdeckt.