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Kontaktleiste
zur elektrischen Kontaktierung von beidseitig auf einer Leiterplatte
verlaufenden metallischen Leiterbahnen Die Erfindung betrifft eine Kontaktleiste
zur elektrischen Kontaktierung von beidseitig auf einer Leiterplatte
verlaufenden metallischen Leiterbahnen, wobei die Kontaktleiste
einen Grundkörper
mit in seiner Längsrichtung
derart gegenüberliegend
angeordneten, federnden Kontaktelementen aufweist, dass zwischen
den einander gegenüberliegenden
Kontaktelementen die Leiterplatte mit einer Schmalseite zur Herstellung
einer elektrischen Kontaktierung ihrer Leiterbahnen mit den Kontaktelementen
einschiebbar ist, wobei jeweils einander gegenüberliegende Kontaktelemente
innerhalb des Grundkörpers
elektrisch voneinander isoliert sind und jedes Kontaktelement zur
elektrischen Kontaktierung einer Leiterbahn der Leiterplatte zumindest zwei
entlang der Einschubrichtung der Leiterplatte aufeinander folgende
Kontaktstellen aufweist.
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Solche
Kontaktleisten sind landläufig
beispielsweise als sog. PCI-Steckverbinder bekannt, die z. B. auf
Hauptplatinen („Motherboards") von Computern angeordnet
sind. Da die genannten PCI-Steckverbinder nur für geringe Ströme und Spannungen verwendet
werden, können
die einzelnen Kontaktelemente der PCI-Steckverbinder sehr eng benachbart angeordnet
werden, ohne die Spannungsfestigkeit des Steckverbinders zu verringern.
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Eine
gattungsmäßige Kontaktleiste
ist beispielsweise aus der
US
3,601,774 bekannt. Die bekannte Kontaktleiste weist federnde
Kontaktelemente auf, die mit jeweils zwei in Einschubrichtung der Leiterplatte
aufeinander folgend angeordneten, wellenbergartig hervorgehobenen
Kontaktstellen entsprechende Leiterbahnen einer eingeschobenen Leiterplatte
kontaktieren.
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Aus
der
US 6,309,262 ist
ferner eine Kontaktleiste bekannt, deren Kontaktelemente jeweils zwei
in Einschubrichtung der Leiterplatte nebeneinander liegende Kontaktstellen
aufweisen.
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Aus
einem Produktkatalog der Fa. Magnum (Cooper Bussmann) „Terminal
Blocks Catalog, 2003",
Seite 59, ist ferner unter der Bezeichnung „Edge Connectors, Series 15104" ein Steckverbinder bekannt.
Bei dem bekannten Steckverbinder sind jeweils gegenüberliegende
Kontaktelemente miteinander elektrisch verbunden und jeweils benachbarte Kontaktelemente
weisen einen im Vergleich zu dem eingangs genannten PCI-Steckverbinder erhöhten Abstand
zueinander auf, um eine relativ hohe Spannungsfestigkeit dieses
Steckverbinders zu gewährleisten.
Zur Kontaktierung einer Leiterplatte mit auf ihrer Oberfläche angeordneten
metallischen Leiterbahnen wird eine solche jeweils zwischen die
gegenüberliegenden
Kontaktelemente eingeschoben und durch die Federkraft der einzelnen
Kontaktelemente in ihrer Position gehalten. Diese Ausführung besitzt insbesondere
durch den großen
Abstand der benachbarten Kontaktelemente zueinander einen vergleichsweise
hohen Platzbedarf.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktleiste der oben
genannten Art mit vergleichsweise hoher Spannungsfestigkeit anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
in dem Grundkörper
eine in seiner Längsrichtung
zwischen den einander gegenüberliegenden
Kontaktelementen verlaufende Ausnehmung vorgesehen ist, die bei
eingeschobener Leiterplatte deren Schmalseite teilweise umgibt,
wobei der Grund körper
einen in seiner Längsrichtung
zwischen den einander gegenüberliegenden
Kontaktelementen angeordneten Steg aufweist und die Ausnehmung in
dem Steg angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine eingeschobene
Leiterplatte einerseits mechanisch stabilisiert werden. Andererseits
wird der elektrische Kriechweg zwischen zwei sich gegenüberliegenden
Kontaktelementen bei eingeschobener Leiterplatte dadurch vergrößert, dass
eine Schmalseite der Leiterplatte zumindest teilweise von der Ausnehmung
umgeben ist; der Kriechweg wird durch diese labyrinthartige Ausgestaltung
deutlich verlängert.
Durch die Ausgestaltung des Steges mit der Ausnehmung lässt sich
der Kriechweg zwischen je zwei gegenüberliegenden Kontaktelementen
besonders vorteilhaft verlängern,
wodurch sich die Spannungsfestigkeit der Kontaktleiste erhöht. Durch
die jeweils elektrisch voneinander isolierten gegenüberliegenden
Kontaktelemente lässt
sich der Platzbedarf bei gleicher Anzahl von kontaktierten Leiterbahnen der
Leiterplatte im Vergleich zu einer Kontaktleiste mit nicht voneinander
isolierten Kontaktelementen nahezu halbieren. Um eine erhöhte Stromfestigkeit zu
erreichen, weist jedes Kontaktelement mindestens zwei Kontaktstellen
zur elektrischen Kontaktierung jeweils einer auf der Leiterplatte
verlaufenden metallischen Leiterbahn auf.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kontaktleiste
sieht vor, dass die Kontaktelemente im Bereich ihrer Kontaktstellen
wellenförmig
ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung lässt sich besonders vorteilhaft
erreichen, dass immer die geforderte Anzahl an Kontaktstellen (z.
B. zwei) mit der entsprechenden Leiterbahn der Leiterplatte in Verbindung
steht, da ein in dem Bereich seiner Kontaktstellen wellenförmig ausgebildetes
Kontaktelement sich besonders flexibel an die Leiterplatte anlegen
kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kontaktleiste
sieht vor, dass die Kontaktelemente im Bereich ihrer Kontaktstellen in
ihrer Längsrichtung
zumindest einmal geschlitzt sind. Hierdurch lässt sich besonders vorteilhaft
sicherstellen, dass auch bei einer schräg oder verkantet eingeschobenen
Leiterplatte sich die Kontaktelemente mit ihren Kontaktstellen flexibel
an die Lage der Leiterplatte anpassen können.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kontaktleiste
sieht ferner vor, dass die Kontaktelemente in Richtung des jeweils
gegenüberliegenden
Kontaktelementes derart vorgespannt sind, dass bei fehlender Leiterplatte
zwischen solchen Kontaktelementen ein elektrischer Kontakt hergestellt
ist. Hierdurch lässt
sich besonders vorteilhaft erreichen, dass jeweils zwei sich gegenüberliegende
Kontaktelemente bei nicht eingeschobener Leiterplatte elektrisch
kurzgeschlossen sind und somit keine Gefahr eines zwischen den Kontaktelementen
auftretenden Lichtbogens besteht, der die Kontaktelemente beschädigen könnte. Ferner lässt sich
auf diese Weise vorteilhaft eine Überwachung der Kontaktleiste
dahingehend durchführen, ob
eine Leiterplatte eingeschoben ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kontaktleiste
sieht zudem vor, dass die Kontaktelemente mit jeweils einer elektrischen
Zuleitung mit an dem Grundkörper
in einer Ebene angeordneten Anschlüssen verbunden sind, wobei
jeweils die Anschlüsse
benachbarter Kontaktelemente in der Ebene versetzt zueinander angeordnet
sind. Auf diese Weise lässt
sich der durch die elektrischen Anschlüsse benö tigte Platzbedarf bei Aufrechterhaltung
der Spannungsfestigkeit möglichst klein
halten.
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Alternativ
dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente mit jeweils
einer elektrischen Zuleitung mit an dem Grundkörper in zumindest zwei Ebenen
angeordneten Anschlüssen
verbunden sind, wobei jeweils die Anschlüsse benachbarter Kontaktelemente
auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind. Durch die auf zumindest
zwei Ebenen angeordneten elektrischen Anschlüsse lässt sich wiederum der Platzbedarf
bei gleicher Spannungsfestigkeit weitgehend reduzieren.
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Vorteilhafterweise
kann hierbei vorgesehen sein, dass die Anschlüsse mit Klemmschrauben zum Befestigen
von mit den jeweiligen Anschlüssen
zu verbindenden elektrischen Leitungen versehen sind. Auf diese
Weise kann besonders einfach eine Verbindung der Kontaktleiste über ihre
jeweiligen Anschlüsse
mit weiteren elektrischen Leitungen erfolgen.
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Zur
näheren
Erläuterung
der Erfindung sind in
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kontaktleiste,
in
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2 eine
Querschnittsansicht der in 1 dargestellten
Kontaktleiste mit eingeschobener Leiterplatte, in
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines Ausführungsbeispiels
von Kontaktelementen, in
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
erfindungsgemäßer Kontaktelemente
und in
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5 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kontaktleiste
in der Draufsicht
dargestellt.
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1 zeigt
eine Kontaktleiste 1 mit einem Grundkörper 2. Auf dem Grundkörper 2 sind
in seiner Längsrichtung
federnde Kontaktelemente 3, 3a, 3b, 3c in
zwei einander gegenüberliegenden
Reihen angeordnet. Die Kontaktelemente bestehen aus einem elektrisch
leitenden Material und sind in Richtung aufeinander zu federnd ausgebildet.
Jeweils zwei einander gegenüberliegende
Kontaktelemente (beispielsweise 3a und 3b) sind
elektrisch voneinander isoliert. Die Kontaktelemente 3, 3a, 3b, 3c sind
von einer kastenförmigen
Umrandung 4 umgeben, wodurch eine mechanische Beschädigung der
Kontaktelemente, beispielsweise bei Lagerung und Transport sowie
unvorsichtiger Handhabung der Kontaktleiste, verhindert werden soll.
Innerhalb des Grundkörpers 2 befinden
sich elektrische Leitungsführungen
(in 1 nicht dargestellt), die die einzelnen Kontaktelemente 3, 3a, 3b, 3c jeweils
mit einem Anschluss 5 an der Außenseite des Grundkörpers verbinden.
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Zur
Kontaktierung von auf einer Leiterplatte vorgesehenen Leiterbahnen
wird diese Leiterplatte zwischen die einander gegenüberliegenden
Reihen von Kontaktelementen 3, 3a, 3b, 3c mit
ihrer Schmalseite von oben eingeschoben. In der Umrandung 4 vorgesehene
Längsführungen 6 vereinfachen
eine genaue Platzierung der Leiterplatte beim Einschieben zwischen
den Kontaktelementen 3, 3a, 3b, 3c und
stabilisieren bei eingeschobener Leiterplatte diese mechanisch in
ihrer Lage.
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Eine
Querschnittsansicht der Kontaktleiste gemäß 1 ist mit
eingeschobener Leiterplatte in 2 dargestellt.
Hierbei sind für
einander entsprechende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet
worden. Man erkennt in 2 deutlich die Lage einer eingeschobenen
Leiterplatte 11 zwischen den beiden Reihen von Kontaktelementen,
von denen hier beispielhaft die Kontaktelemente 3a und 3b (vgl. 1)
dargestellt sind. Ferner erkennt man in 2 einen
sogenannten „doppelstöckigen" Aufbau der Kontaktleiste
mit auf zwei Ebenen übereinander
liegenden Anschlüssen
(z. B. 5a und 5c). Beispielhaft ist zwischen dem
Kontaktelement 3b und einem elektrischen Anschluss 5b schematisch
eine elektrische Verbindung 12 angedeutet. Eine solche
elektrische Verbindung besteht beispielsweise auch zwischen dem
Kontaktelement 3a und dem elektrischen Anschluss 5a.
Ein in Längsrichtung
der Kontaktleiste vor oder hinter dem Kontaktelement 3a liegendes weiteres
Kontaktelement 3c (vgl. 1) wäre beispielsweise
mit dem elektrischen Anschluss 5c auf der zweiten Anschlussebene verbunden.
Solchermaßen
können
immer benachbart liegende Kontaktelemente (beispielsweise 3a und 3c)
mit elektrischen Anschlüssen
auf jeweils unterschiedlichen Ebenen verbunden sein. Demzufolge wäre ein auf
das Kontaktelement 3c folgendes weiteres Kontaktelement
wiederum mit einem elektrischen Anschluss auf der oberen Anschlussebene
analog zum elektrischen Kontaktelement 3a verbunden. Auf diese
Weise lässt
sich trotz den aus praktischen Gründen üblicherweise recht groß zu gestaltenden elektrischen
Anschlüssen,
in die beispielsweise Kabelschuhe eingeführt werden müssen, dennoch
eine in Längsrichtung
der Kontaktleiste relativ platzsparende Bauweise erreichen.
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2 zeigt
ferner in schematischer Darstellung beispielhaft für den elektrischen
Anschluss 5b eine Klemmschraube 13, mit deren
Hilfe beispielsweise ein in den elektrischen Anschluss 5b eingeführter Kabelschuh
festgeklemmt werden kann. Solche Klemmschrauben sind auch in den
anderen elektrischen Anschlüssen
der Kontaktleiste einsetzbar. Neben der in 2 gezeigten
doppelstöckigen
Bauweise der Kontaktleiste ist natürlich auch eine beliebige höhere Anzahl
von Anschlussebenen denkbar.
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3 zeigt
die Kontaktelemente 3a und 3b in stark vergrößerter Ansicht.
Zwischen den sich gegenüberliegenden
Kontaktelementen 3a, 3b ist die Leiterplatte 11 (vgl. 2)
eingeschoben. Die Leiterplatte 11 ist mit metallischen
Leiterbahnen 21 und 22 versehen, die jeweils separate
Leitungsführungen auf
der Leiterplatte darstellen. Folglich liegen die Leiterbahnen 21 und 22 nicht
notwendigerweise auf demselben Spannungspotential und führen nicht
dieselben Ströme.
Bei eingeschobener Leiterplatte 11 besteht ein elektrischer
Kontakt zwischen dem Kontaktelement 3a und der Leiterbahn 21 einerseits
und dem Kontaktelement 3b und der Leiterbahn 22 andererseits.
Da die Leiterbahnen 21, 22 voneinander getrennte
Stromwege darstellen, müssen
auch die Kontaktelemente 3a und 3b voneinander
elektrisch isoliert sein. Dadurch, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende
Kontaktelemente 3a und 3b der Kontaktleiste jeweils
unterschiedliche Leiterbahnen kontaktieren und voneinander elektrisch
isoliert sind, lässt
sich die Längsausdehnung
der Kontaktleiste etwa um den Faktor 2 bei gleichbleibender
Zahl von kontaktierten Leiterbahnen verringern im Vergleich zu einer
Ausführung,
bei der die Leiterbahnen 21 und 22 auf demselben
Potential liegen würden
und somit auch keine elektrische Isolierung der Kontaktelemente 3a und 3b voneinander
vorgesehen ist. Um dennoch möglichst
hohe Ströme
(beispielsweise im Bereich von etwa 10 A) führen zu können, ohne dass durch die hohe
Wärmeentwicklung
an einer Kontaktstelle 23 zwischen einem Kontaktelement
(z. B. 3a) und der entsprechenden Leiterbahn (z. B. 21)
auf der Leiterplatte 11 eine Kaltverschweißung auftreten würde, sind
die Kontaktelemente 3a und 3b solchermaßen ausgestaltet,
dass sie jeweils zumindest mit zwei separaten Kontaktstellen mit
der Leiterbahn 21 bzw. 22 auf der Leiterplatte 11 in
elektrische Verbindung kommen. Dazu sind die Kontaktelemente 3a und 3b gemäß 3 vorteilhafterweise
wellenförmig im
Bereich ihrer Kontaktstellen 23 ausgebildet. Durch diese
wellenförmige
Ausgestaltung ist ferner auch gewährleistet, dass sich die Kontaktelemente 3a, 3b beispielsweise
auch bei einer leicht geneigten Lage der Leiterplatte 11 flexibel
den Leiterbahnen 21, 22 anpassen können.
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Durch
die Ausführung
mit zumindest zwei getrennt voneinander liegenden Kontaktstellen 23 pro
Kontaktelement 3a oder 3b lässt sich einerseits erreichen,
dass pro Kontaktstelle 23 ungefähr nur die Hälfte des
zwischen einer Leiterbahn 21 bzw. 22 und einem
Kontaktelement 3a bzw. 3b fließenden Stromes geleitet werden
muss und somit auch eine geringere Wärmeentwicklung an den Kontaktstellen 23 auftritt.
Andererseits kann durch die jeweils getrennte Lage der Kontaktstellen 23 auch
eine angemessene Wärmeabfuhr
an die Umgebung jeder Kontaktstelle 23 erfolgen. Die Anzahl
der Kontaktstellen 23 pro Kontaktelement 3a, 3b kann
beliebig erhöht
werden, um die genannten Effekte weiter zu verbessern.
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Um
mit einer Ausführung
mit jeweils elektrisch voneinander isolierten gegenüberliegenden Kontaktelementen 3a, 3b auch
bei relativ hohen Spannungen arbeiten zu können, muss der Abstand zwischen
jeweils zwei beliebigen Punkten der Kontaktelemente 3a, 3b zueinander
möglichst
groß gehalten
werden, damit keine Spannungsüberschläge zwischen
den Kontaktelementen 3a, 3b auftreten können, wodurch
sowohl die Kontaktelemente 3a, 3b als auch ggf.
mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbundene elektronischen
Komponenten auf der Leiterplatte zerstört werden könnten. Um die sog. Kriechwege,
also die Luftlinie zwischen zwei solchen beliebigen Punkten der
Kontaktelemente 3a und 3b, weiter zu vergrößern, ist
gemäß 3 an
dem Grundkörper 2 der
Leiterplatte eine Ausnehmung 24 vorgesehen, in die die
Leiterplatte 11 mit ihrem Ende 26 sozusagen ein
kleines Stück
weit eintaucht. Besonders vorteilhaft werden die Kriechwege dann
verlängert,
wenn diese Ausnehmung 24 auf einem auf dem Grundkörper angeordneten
Steg 25 verläuft.
In einem solchen Fall entstehen zwischen zwei beliebigen Punkten
der Kontaktelemente 3a und 3b durch einen labyrinthartigen
Aufbau möglichst
lange Kriechstrecken.
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Um
ferner auch bei nicht eingeführter
Leiterplatte 11 oder in dem Fall, dass die Leiterplatte 11 aus
der Kontaktleiste herausgezogen wird, Spannungsüberschläge zwischen den einzelnen Kontaktelementen 3a und 3b zu
verhindern, können
diese in die durch Pfeile F1 und F2 angedeuteten Richtungen aufeinander
zu jeweils so stark (mechanisch) vorgespannt sein, dass sich die
Kontaktelemente 3a und 3b bei nicht eingeschobener
bzw. gezogener Leiterplatte 11 durch den federnden Effekt
soweit aufeinander zu bewegen, dass ein elektrischer Kontakt zwischen
ihren Kontaktstellen 23 entsteht. Auf diese Weise kann
beispielsweise auch eine Überwachung der
Kontaktleiste dahingehend durchgeführt werden, ob eine Leiterplatte 11 eingeführt ist
oder nicht. Dazu muss nämlich
nur eine Einrichtung zur Kurzschlussüberwachung zwischen den Kontaktelementen 3a und 3b vorgesehen
werden, die ein Signal abgibt, wenn ein Kurzschluss zwischen den
Kontaktelementen 3a und 3b besteht.
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Ferner
lässt sich
in 3 gut erkennen, dass die Leiterbahnen 21 und 22 ein
Stück weit
vom Ende 26 der Leiterplatte zurückgesetzt sind, um den für diese
Ausführung
hinsichtlich der Spannungsfestigkeit der Anordnung notwendigen Kriechweg
weiter zu verlängern.
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4 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform eines
Kontaktelementes. Beispielhaft ist hier das Kontaktelement 3b (vgl. 3)
dargestellt. Neben einer Seitenansicht A ist eine Vorderansicht
B des Kontaktelementes 3b gezeigt. Man erkennt deutlich, dass
das Kontaktelement 3b zwischen zwei Seitenarmen 31 und 32 einen
Schlitz 33 aufweist, sozusagen also einmal geschlitzt ist.
Durch diese Ausführung
können
sich die einzelnen Kontaktelemente (z. B. 3b) noch flexibler
auch an eine leicht schräg
oder verkantet in die Kontaktleiste eingeführte Leiterplatte anpassen.
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Ferner
werden die einzelnen Kontaktstellen 23 durch eine geschlitzte
Ausführung
in zumindest zwei Kontaktstellenpaare 23a und 23b pro
Kontaktstelle 23 aufgeteilt, die durch den Schlitz 33 voneinander
getrennt sind. Auf diese Weise kann eine weiter verbesserte Wärmeabfuhr
pro Kontaktstelle 23a bzw. 23b erreicht werden.
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5 zeigt
schließlich
eine Draufsicht auf eine Kontaktleiste 1, bei der wiederum
gleiche Komponenten durch die gleichen Bezugszahlen wie in den vorigen
Abbildungen gekennzeichnet sind. Anhand von 5 soll eine
weitere mögliche
Ausführungsform
der elektrischen Anschlüsse 5 gezeigt werden.
Neben der in 2 erläuterten doppel- bzw. mehrstöckigen Ausführungsform
lässt sich
nämlich auch
nur eine Anschlussebene pro Kontaktleiste 1 verwenden,
bei der jeweils die elektrischen Anschlüsse, z. B. 41 und 42,
benachbarter Kontaktelemente, z. B. 43 und 44,
jeweils innerhalb derselben Ebene versetzt zueinander angeordnet
sind. Auch durch diese Ausführungsform
lässt sich
der benötigte Abstand
zwischen zwei jeweils benachbart liegenden elektrischen Anschlüssen beispielsweise 41 und 42, erreichen,
so dass die geforderte Spannungsfestigkeit gegeben ist.
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Kontaktleisten
der beschriebenen Art können
beispielsweise in elektrischen Geräten, wie z. B. elektrischen
Schutz- oder Leitgeräten,
eingesetzt werden, wo sie aufgrund ihrer relativ stabil gehaltenen
Ausführungsform
leicht mit einem Gehäuse
des entsprechenden elektrischen Gerätes verbunden werden können. Leiterplatten
mit entsprechenden Schaltkreisen können jeweils in eine solche
Kontaktleiste eingeschoben werden. Auf diese Weise kann ein solches
elektrisches Gerät
sehr flexibel mit Leiterplatten bestückt werden. Durch die erläuterte Aus führungsform,
insbesondere mit den sich jeweils gegenüberliegenden elektrisch isolierten
Kontaktelementen, lässt
sich die Längsausdehnung
einer solchen Kontaktleiste deutlich reduzieren bei gleichbleibender
Anzahl von kontaktierten Leiterbahnen auf der Leiterplatte. Dies
ist besonders wichtig, da bei den genannten elektrischen Geräten häufig Beschränkungen
in der Raumausdehnung, insbesondere in Breite und Höhe der elektrischen
Geräte,
vorgegeben sind.