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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement, genauer gesagt ein weibliches Kontaktelement, das für eine Steckverbindung mit einem Kontaktstift vorgesehen ist. Ein Kontaktelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Merkmalen ist aus
DE 10 2005 056 325 A1 bekannt. Ein ähnliches Kontaktelement ist aus
DE 199 39 572 A1 bekannt.
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Zum elektrischen Kontaktieren von Leiterplatten können Kontaktstifte verwendet werden, die in passende Bohrungen der betreffenden Leiterplatte gesteckt werden. Bei der Press-Fit Technologie werden dabei Kontaktstifte verwendet, die in einer Einpresszone ein Übermaß im Vergleich zu der Bohrung der Leiterplatte haben. Derartige Steckverbindungen lassen sich zwar mit geringem Aufwand herstellen, lassen sich aber wegen erheblicher Klemmkräfte nicht oder nur schwer wieder lösen.
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Steckverbindungen, die sich problemlos viele Male ein- und ausstecken lassen, machen die Montage einer mehr oder weniger aufwändigen Buchse an der Leiterplatte erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig eine mit geringem Kraftaufwand lösbare elektrische Verbindung zwischen einem Kontaktstift und einer Leiterplatte geschaffen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kontaktelement mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement hat einen zentralen Abschnitt, der zum Verlöten mit einer metallisierten Fläche einer Leiterplatte vorgesehen ist und von dem ein ersten Federarm sowie ein zweiten Federarm ausgehen. Die beiden Federarme haben jeweils einem Endabschnitt zum Kontaktieren eines Kontaktstifts. Der erste Federarm hat dazu in seinem Endabschnitt eine Öffnung zum Einstecken des Kontaktstifts. Der Endabschnitt des zweiten Kontaktstifts ist über oder unter der Öffnung angeordnet und überlappt im entspannten Zustand der Federarme teilweise mit der Öffnung. Wenn ein Kontaktstift in die Öffnung des ersten Federarms gesteckt wird, werden beide Federarme aus ihrer Ausgangslage heraus verschoben. Der erste Federarm liegt dann an dem Kontaktstift mit einem inneren Randabschnitt seiner Öffnung an, während der zweite Kontaktstift mit einem äußeren Randabschnitt an dem Kontaktstift anliegt.
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Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen Kontaktstift und Federarmen geschaffen, der eine hohe Stromtragfähigkeit hat. Durch Einstecken und Herausziehen lässt sich dieser Kontakt problemlos viele Male neu herstellen und wieder unterbrechen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kontaktelement lässt sich die Kontaktkraft über die Position sowie die Abmessungen der Federarme, die Blechstärke und das Material mit geringem Aufwand einstellen. Trotz einer vorteilhaft kleinen Bauform lassen sich erhebliche Kontaktkräfte erzielen und mit einer geringen Steckkraft kombinieren. Da die Federarme beim Einstecken eines Kontaktstifts nur im elastischen Bereich verformt werden, wird das Kontaktelement durch das Ein- und Ausstecken eines Kontaktstifts kaum belastet, so dass eine Verbindung sehr oft durch Einstecken eines Kontaktstifts geschlossen und durch Ausstecken wieder gelöst werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Federarme zusammen mit dem zentralen Abschnitt einstückig ausgebildet sind. Ein erfindungsgemäßes Kontaktelement kann so kostengünstig als Stanz-Biegeteil aus einem einzigen Stück Blech hergestellt werden. Der zentrale Abschnitt des Blechteils kann mit einer metallisierten Fläche einer Leiterplatte verlötet oder an einem anderen elektrischen Bauteil befestigt werden. Von diesem zentralen Abschnitt gehen die beiden Federarme aus, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, um einen Kontaktstift elektrisch zu kontaktieren. Die Federarme werden bei der Herstellung des Kontaktelements plastisch so verbogen, dass sie sich über dem zentralen Abschnitt erstrecken und die Öffnung des ersten Federarms teilweise mit dem zweiten Federarm überlappt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Öffnung in Bezug auf den zentralen Abschnitt außermittig angeordnet ist. Der Endabschnitt des zweiten Federarms ist dadurch kürzer als der Endabschnitt des ersten Federarms. Der zweite Federarm hat dadurch vorteilhaft eine erhöhte Steifheit und weicht somit beim Einstecken eines Kontaktstifts vorteilhaft weniger nach unten, d.h. zum zentralen Abschnitt hin, aus.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der äußere Randabschnitt des Endabschnitts des zweiten Federarms abgebogen ist. Wenn ein Kontaktstift durch die Öffnung des ersten Federarms hindurchgesteckt wird, trifft er auf den abgebogenen Randabschnitt des Endabschnitts des zweiten Federarms und gleitet dann an diesem abgebogenen Randabschnitt entlang. Vorteilhaft wird so das Einstecken eines Kontaktstifts erleichtert. Zudem kann durch Abbiegen des Randabschnitts eine gut zur Kontur des Kontaktstifts passende Gleitfläche geschaffen werden, die für einen besonders guten elektrischen Kontakt sorgt. Ein weiterer Vorteil ist zudem, dass dadurch Kontakt zu einer Kante des zweiten Federarms vermieden werden kann und der Kontakt stattdessen über eine Walzfläche des Federarms, d.h. dessen Ober- oder Unterseite, erfolgt. Kontakt zu Kanten eines Stanzteils ist nachteilig, da dadurch eine Beschichtung des Kontaktstifts beschädigt werden könnte. Bevorzugt ist der zweite Federarm zumindest im Bereich des abgebogenen Randabschnitts beschichtet, beispielsweise galvanisch beschichtet.
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Eine Beschichtung lässt sich kostengünstig auf einem Band aufbringen, bevor daraus durch Stanzen und Biegen ein erfindungsgemäßes Kontaktelement hergestellt wird. Eine solche Beschichtung bleibt beim Stanzen und Biegen auf der Walzfläche erhalten, so dass der abgebogene Randabschnitts viel leichter durch eine Beschichtung hinsichtlich seiner Kontakteigenschaften optimiert werden kann, als eine Kante, die erst nach dem Stanzvorgang beschichtet werden kann. Auch kann die Beschichtung auf dem Band vor dem Stanzen selektiv, z.B. streifenförmig, ausgeführt werden, wohingegen eine Beschichtung der Stanzkante am fertig gebogenen Kontaktelement in der Regel nur komplett als Schüttgut ausgeführt werden kann. Dies führt bei einer Beschichtung mit einem Edelmetall zu einem höheren Edelmetalleinsatz.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Öffnung einen abgebogenen inneren Randabschnitt aufweist. Vorteilhaft kann so eine Einführschräge geschaffen werden, die den Kontakt zu einem in die Öffnung gesteckten Kontaktstift verbessert und das Einstecken des Kontaktstifts erleichtert. Bevorzugt ist der erste Federarm zumindest im Bereich des abgebogenen inneren Randabschnitts der Öffnung beschichtet, beispielsweise galvanisch beschichtet.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem zentralen Abschnitt des Kontaktelements und den beiden Endabschnitten der Federarme ein Abstand ist. Bevorzugt beträgt der senkrecht zu einer durch den zentralen Abschnitt definierten Ebene zu messende Abstand wenigstens das Dreifache der Blechstärke. Der Raum zwischen den Federarmen und dem zentralen Abschnitt kann als ein Freiraum ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, in diesem Raum Kunststoff oder anderes Material vorzusehen, so dass ein Kanal, z.B. in Form einer Bohrung, geschaffen ist, der einen eingesteckten Kontaktstift führt und mechanisch stabilisiert.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die den Pin aufnehmenden Federarme parallel zu dem auf der Leiterplatte aufgelöteten Basisbereich angeordnet sind. Dies vereinfacht die vollautomatische Bestückung des Stanz-Biegeteils in einen Blistergurt. Durch die Lieferform im Blistergurt und die ebene Fläche zum Ansaugen mit standardisierten Pipetten, wird der effiziente Einsatz von Standard-SMD Leiterplatten-Bestückungsautomaten ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft zudem eine Leiterplatte, die eine metallisierte Fläche aufweist, auf die der zentrale Abschnitt eines erfindungsgemäßen Kontaktelements aufgelötet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine solche Leiterplatte mit einem aufgelöteten Kontaktelement und einem Kontaktstift, der in die beiden Öffnungen der Federarme gesteckt ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines Kontaktelements;
- 2 eine weitere Ansicht des Kontaktelements; und
- 3 eine weitere Ansicht des Kontaktelements.
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Das in den 1 bis 3 in verschiedenen Ansichten gezeigt Kontaktelement 10 ist ein Stanz-Biegeteil aus Blech. Das Kontaktelement 10 bildet den weiblichen Teil einer Steckverbindung und wirkt mit einem Kontaktstift 2 zusammen.
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Das Kontaktelement 10 ist einstückig aus einem Blechstreifen hergestellt. Das Kontaktelement 10 hat einen zentralen Abschnitt 11, der an eine metallisierte Fläche der Leiterplatte 1 angelegt und mit dieser verlötet wird. Von gegenüberliegenden Seiten des zentralen Abschnitts 11 gehen Federarme 12a, 12b aus, die über eine oder mehrere Biegungen 13 mit dem zentralen Abschnitt 11 verbunden sind. Die Federarme 12a, 12b haben jeweils einen Endabschnitt, der sich parallel zu dem zentralen Abschnitt 11 in einem Abstand von ihm erstreckt. Der erste Federarm 12a hat in seinem Endabschnitt eine Öffnung 14 für den Kontaktstift 2. Zwischen den Endabschnitten der Federarme 12a, 12b und dem zentralen Abschnitt 11 ist ein Freiraum, dessen Höhe ein Mehrfaches der Blechstärke beträgt, beispielsweise das Dreifache oder mehr, bevorzugt mindestens das Vierfache. Die Höhe ist dabei senkrecht zu der Ebene des zentralen Abschnitts 11 zu messen.
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Die Biegungen 13 werden bei der Herstellung des Kontaktelements 10 durch plastische Verformung so hergestellt, dass die Öffnung 14 in einer Ausgangslage der Federarme 12a, 12b, in der auf die Federarme 12a, 12b keine Kraft ausgeübt wird, teilweise mit dem Endabschnitt des zweiten Federarms überlappt. Wenn dann ein Kontaktstift 2 in die Öffnungen 14 gesteckt wird, drückt der Kontaktstift gegen einen Randabschnitt 15 des zweiten Federarms 12b, wodurch der zweite Federarm 12b aus seiner Ausgangslage heraus verschoben wird. Beim Einstecken eines Kontaktstifts 2 in die Öffnung 14 wird zudem auch der erste Federarm 12a aus seiner Ausgangslage heraus verschoben.
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Um das Einstecken des Kontaktstifts 2 zu erleichtern, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein äußerer Randabschnitt 15 des Endabschnitts des zweiten Federarms 12b abgebogen. Wenn der Kontaktstift 2 in die Öffnung 14 gesteckt wird, trifft er auf den abgebogenen Randabschnitt 15, gleitet an ihm entlang und verschiebt dadurch den Federarm 12b aus seiner Ausgangslage. Der Randabschnitt 15 kann beispielsweise zu dem zentralen Abschnitt 11 hin abgebogen sein.
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Zusätzlich kann auch ein Randabschnitt 16 der Öffnung 14 abgebogen sein, beispielsweise zu dem zentralen Abschnitt 11 hin. Auf diese Weise lässt sich das Einstecken des Kontaktstifts 2 in die Öffnung 14 noch weiter erleichtern, da der Kontaktstift 2 durch die abgebogenen Randabschnitte 15, 16 geführt wird.
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Die Federarme 12a, 12b können aneinander anliegen, was für eine kompakte Bauweise des Kontaktelements 10 günstig ist. Zudem kann sich dadurch der obere Federarm beim Einstecken des Kontaktstifts 2 auf dem unteren Federarm abstützen, wodurch ein Ausweichen nach unten, d.h. hin zu dem zentralen Abschnitt 11, minimiert werden kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Federarme 12a, 12b durch Einstecken des Kontaktstifts 2 in ihrer Längsrichtung verschoben. Das Ausführungsbeispiel kann aber dahingehend abgewandelt werden, dass die Federarme 12a, 12b durch Einstecken des Kontaktstifts in die Öffnung 14 quer zu ihrer Längsrichtung verschoben werden.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 14 breiter als der Kontaktstift 2. Vorteilhaft lässt sich so ein Toleranzausgleich erreichen, da der Kontaktstift 2 statt mittig in der Öffnung 14 zu stecken auch zu der einen oder anderen Seite verschoben sein kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn viele Kontaktierungen gleichzeitig durch einen Mehrfachstecker erreicht werden sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kontaktstift
- 10
- Kontaktelement
- 11
- zentraler Abschnitt
- 12a
- erster Federarm
- 12b
- zweiter Federarm
- 13
- Biegung
- 14
- Öffnung
- 15
- Randabschnitt (zweiter Federarm)
- 16
- Randabschnitt (erster Federarm)
