DE10259320B4

DE10259320B4 - Druckkontaktiertes elektrisches Bauelement

Info

Publication number: DE10259320B4
Application number: DE10259320A
Authority: DE
Inventors: Johannes Perschthaler; Gerald Dr. Kainz
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: DE10259320A1

Abstract

Elektrisches Bauelement,
– mit einem Grundkörper (1), der im Bereich seiner Oberseite wenigstens einen elektrischen Kontakt (21, 22) aufweist,
– mit einer an der Oberseite des Grundkörpers (1) angeordneten Bodenplatte (3), die wenigstens eine Öffnung aufweist, in der ein Kontaktstift (51, 52) gehalten ist,
– mit einer an der Bodenplatte (3) befestigten und entlang der Seitenfläche des Grundkörpers (1) angeordneten Spannvorrichtung (6), die auf die Bodenplatte (3) mit dem darin gehaltenen Kontaktstift (51, 52) eine zur Oberseite des Grundkörpers (1) hin gerichtete Kraft ausübt,
– wobei ein Ende des Kontaktstifts (51, 52) dem entsprechenden Kontakt (21, 22) gegenüber liegt, so daß der Kontaktstift (51, 52) durch die auf die Bodenplatte (3) wirkende Kraft an den Kontakt (21, 22) gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein druckkontaktiertes elektrisches Bauelement mit wenigstens einem Kontaktstift.

Es sind elektrische Bauelemente bekannt, die Piezoaktoren sind. Solche Piezoaktoren sind aufgebaut aus einem Stapel von übereinanderliegenden piezoelektrischen Schichten und dazwischenliegenden Elektrodenschichten. In einer Ausführungsform dieser Bauelemente erfolgt die Kontaktierung der innenliegenden Elektrodenschichten durch innenliegende, senkrecht zu den Elektrodenschichten verlaufende Kontaktdrähte. In einem Herstellungsschritt der bekannten Bauelemente werden diese auf der Ober- und auf der Unterseite plangeschliffen, um anschließend zwischen einer Kopf- und einer Fußplatte eingeklemmt zu werden. Für das Einklemmen wird beispielsweise eine Rohrfeder verwendet, die die Kopfplatte und die Fußplatte zusammendrückt.

Die Kontaktierung erfolgt bei den bekannten Bauelementen nach dem Planschleifen des Piezoaktors durch Anlöten von Kontaktdrähten am unteren Ende des Piezoaktors. Diese Drähte werden anschließend durch die Bodenplatte geführt, wonach die weiteren Arbeitsschritte folgen zur Herstellung des fertigen Piezomoduls, bestehend aus Piezoaktor, Kopfplatte, Bodenplatte und einer die Vorspannung erzeugenden Rohrfeder.

Vor der Kontaktierung der inneren Kontaktdrähte mittels der Stifte muß noch ein Loch in die inneren Kontaktdrähte gebohrt werden, um in diese Löcher die verjüngten Enden der Stifte einschieben zu können.

Das bekannte Verfahren zur Kontaktierung der Piezoaktoren hat den Nachteil, daß eine Vielzahl von Arbeitsschritten, die aufwendig sind, notwendig ist. Dazu gehört das Bohren des Lochs in den beispielsweise aus Kupfer bestehenden innenliegenden Draht, der Fügeprozeß des Einschiebens des Stifts in den Draht, sowie der Lötvorgang.

So ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement anzugeben, bei dem die Kontaktierung der im Inneren eines Grundkörpers angeordneten elektrischen Kontakte mit wenig Aufwand erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauelement nach Patentanspruch 1.

Es wird ein elektrisches Bauelement angegeben, das einen Grundkörper aufweist. Der Grundkörper enthält wenigstens einen im Bereich seiner Oberseite (vorzugsweise in seinem Inneren) angeordneten elektrischen Kontakt. Ferner ist an der Oberseite des Grundkörpers eine Bodenplatte vorgesehen, in der wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, in der ein Kontaktstift gehalten ist.

Der Kontaktstift wird in der Bodenplatte z. B. dadurch gehalten, daß der Durchmesser der Öffnung und des entsprechenden Kontaktstifts auf der zum Grundkörper gewandten Seite größer als der Durchmesser der Öffnung und des Kontaktstifts auf der vom Grundkörper abgewandten Seite gewählt ist.

An der Bodenplatte ist eine entlang der Seitenfläche des Grundkörpers angeordnete Spannvorrichtungbefestigt, die auf die Bodenplatte mit dem darin gehaltenen Kontaktstift eine zur Oberseite des Grundkörpers hin gerichtete Kraft ausübt.

Ein Ende des Kontaktstifts liegt dem entsprechenden Kontakt gegenüber, so daß der Kontaktstift durch die auf die Bodenplatte wirkende Kraft an den Kontakt gedrückt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt ein elektrisches Bauelement in einer Seitenansicht. Es handelt sich dabei um einen fertig montierten Piezoaktor. Es ist eine Spannvorrichtung 6 in Form einer Rohrfeder vorgesehen, die zwei Platten, nämlich die Bodenplatte 3 und die Kopfplatte 4 gegeneinander drückt. Aus der Bodenplatte 3 ragen Kontaktstifte 51, 52 heraus.

2 zeigt das Bauelement aus 1 in einem schematischen Längsschnitt. Neben den Elementen aus 1 ist noch der Grundkörper 1 zu erkennen, der beispielsweise aus einem Schichtstapel, enthaltend piezoelektrische Keramikschichten und dazwischenliegende Elektrodenschichten, bestehen kann. Der Schichtstapel ist durch Sintern der Keramikschichten hergestellt.

3 zeigt die Einzelheit B aus 2 in einer vergrößerten, schematischen Darstellung. Die mit der Bodenplatte 3 verschweißte Rohrfeder 6 drückt Kontaktstifte 51, 52 gegen elektrische Kontakte 21, 22 die im Inneren des Grundkörpers 1 verlaufen. Die Kontaktstifte 51, 52 sind dabei aus einem härteren Material gefertigt als die elektrischen Kontakte 21, 22. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte 21, 22 aus Kupfer bestehen. Die elektrischen Kontakte 21, 22 können in Form von Kontaktdrähten ausgeführt sein. Es kommen beispielsweise Kupferdrähte in Betracht. Die Kontaktstifte 51, 52 können beispielsweise aus CuSn₆ bestehen, das ein härteres Material als Kupfer ist. Dies hat den Vorteil, daß die Kontaktsicherheit durch das Eindrücken des härteren in ein weicheres Material auch beim Auftreten von Vibrationen gewährleistet ist. Die Kontakte 21, 22 verlaufen im Inneren des Grundkörpers 1 und kontaktieren dort innenliegende Elektrodenschichten. Die Bodenplatte 3 ist beispielsweise aus Stahl gefertigt. Um einen elektrischen Kurzschluß zwischen den Kontaktstiften 51, 52 zu verhindern sind in dem Beispiel gemäß 3 Isolierhülsen 7 vorgesehen, welche beispielsweise aus Kunststoff oder einer isolierenden Keramik bestehen. Die Isolierhülsen 7 passen sich dabei sowohl der Form der Löcher in der Kopfplatte 3 als auch der äußeren Form der Kontaktstifte 51, 52 an, so daß die Kontaktstifte 51, 52 formschlüssig in den Isolierhülsen 7 liegen. Die Kontaktstifte 51, 52 sind in Löchern der Bodenplatte 3 angeordnet. Die Spannvorrichtung 6 ist beispielsweise als Rohrfeder so gestaltet, daß die Bodenplatte 3 mit einer Kraft von ca. 850 N auf die Oberseite des Grundkörpers 1 gepreßt wird.

4 zeigt in einer vergrößerten Darstellung einen Kontaktstift 51 aus 3. Der Kontaktstift 51 besteht aus elektrisch leitenden Material. Er weist einen schmalen Abschnitt 81 sowie einen dicken Abschnitt 82 auf. An der Unterseite des dicken Abschnitts 82 ist eine Spitze 83 ausgeformt, mit deren Hilfe der Kontaktstift 51 in das verglichen mit dem Kontaktstift 51 weiche Material des Kontakts 21 gedrückt werden kann. Durch die unterschiedliche Dicke der Abschnitte 81, 82 kann gewährleistet werden, daß durch eine entsprechende Gestaltung des Lochs in der Bodenplatte 3 der Kontaktstift 51 nicht nach oben aus der Bodenplatte 3 fallen kann.

5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Bodenplatte 3 aus 3. Es sind insbesondere die beiden Löcher in der Bodenplatte 3 zu erkennen.

6 zeigt eine Isolierhülse 7 aus 3 in einer perspektivischen Ansicht. Die Isolierhülse 7 weist eine ebenso wie der Kontaktstift 51 einen schmalen Abschnitt und einen dicken Abschnitt auf. Durch die Ausformung der Bodenplatte 3 mit einem Loch das an der oberen Seite einen schmalen Durchmesser und an der unteren Seite einen breiten Durchmesser aufweist kann ein Widerlager gebildet werden, das ein Herausfallen des Kontaktstifts 51, 52 aus der Bodenplatte 3 verhindert.

In einer allgemeinen Form des hier beschriebenen elektrischen Bauelements kommen auch andere Gestaltungsformen von Bodenplatte, Isolierhülse und Kontaktstift in Betracht, wobei es jedoch vorteilhaft ist, wenn der Kontaktstift 51, 52 in der Bodenplatte 3 ein Widerlager findet.

Gemäß der hier vorliegenden Erfindung erfolgt also die Kontaktierung des Grundkörpers durch Klemmung und zwar im Zusammenhang mit peripheren Komponenten des Piezoaktors. Die Kontaktierung des Piezoaktors ist also von der Kontaktierung des Grundkörpers 1 verschoben wurden auf eine Kontaktierung, die im Bereich der Baugruppe bestehend aus Rohrfeder, Kopfplatte und Bodenplatte liegt.

Auf Grund der Nutzung der starken Kraft der Rohrfeder kann die starke Klemmkraft im Bereich von 850 N für eine sichere Kontaktierung des Piezoaktors verwendet werden.

1: Grundkörper
21, 22: elektrischer Kontakt
3: Bodenplatte
4: Kopfplatte
51, 52: Kontaktstift
6: Spannvorrichtung
7: Isolierhülse
81: schmaler Abschnitt
82: dicker Abschnitt
83: Spitze
9: Widerlager

Claims

Elektrisches Bauelement, – mit einem Grundkörper (1), der im Bereich seiner Oberseite wenigstens einen elektrischen Kontakt (21, 22) aufweist, – mit einer an der Oberseite des Grundkörpers (1) angeordneten Bodenplatte (3), die wenigstens eine Öffnung aufweist, in der ein Kontaktstift (51, 52) gehalten ist, – mit einer an der Bodenplatte (3) befestigten und entlang der Seitenfläche des Grundkörpers (1) angeordneten Spannvorrichtung (6), die auf die Bodenplatte (3) mit dem darin gehaltenen Kontaktstift (51, 52) eine zur Oberseite des Grundkörpers (1) hin gerichtete Kraft ausübt, – wobei ein Ende des Kontaktstifts (51, 52) dem entsprechenden Kontakt (21, 22) gegenüber liegt, so daß der Kontaktstift (51, 52) durch die auf die Bodenplatte (3) wirkende Kraft an den Kontakt (21, 22) gedrückt wird.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Kontaktstift (51, 52) in der Bodenplatte (3) gehalten ist, indem der Durchmesser der Öffnung und des Kontaktstifts auf der zum Grundkörper (1) gewandten Seite größer als der Durchmesser der Öffnung und des Kontaktstifts auf der vom Grundkörper (1) abgewandten Seite gewählt ist.
Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der elektrische Kontakt (21, 22) von einem im Inneren des Grundkörpers (1) verlaufenden Kontaktdraht gebildet wird.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, – bei dem die Bodenplatte (3) an einem Ende des Grundkörpers (1) angeordnet ist, – bei dem am gegenüberliegenden Ende des Grundkörpers (1) eine Kopfplatte (4) angeordnet ist, – und bei dem die Spannvorrichtung (6) an der Kopfplatte (4) und an der Bodenplatte (3) befestigt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Spannvorrichtung (6) eine Zugfeder ist.
Bauelement nach Anspruch 5, bei dem ein Widerlager (9) von einer in der Bodenplatte (3) angeordneten Isolierhülse (7) gebildet wird.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Kontaktstift (51, 52) eine Spitze (83) aufweist, die in den elektrischen Kontakt (21, 22) eingedrückt ist.
Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Grundkörper (1) eine piezoelektrische Keramik enthält.