DE10323034B3

DE10323034B3 - Anordnung und elektrisch leitfähiges Verbindungselement zur Ableitung von Überspannungen

Info

Publication number: DE10323034B3
Application number: DE2003123034
Authority: DE
Inventors: Oliver Nell
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ableitung von Überspannungen bei einem elektronischen Gerät mit einem Gehäuseelement (1) aus elektrisch leitfähigem Material, wobei das Gehäuseelement (1) galvanisch mit einem Bezugspotential verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Anbindung mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselementes (2) aus elastischem Material erfolgt, welches durch eine Kontaktöffnung (3) in einem zu dem elektronischen Gerät gehörenden Bauteil (11) hindurchragt und dabei gleichzeitig gegen das Gehäuseelement (1) sowie eine die Kontaktöffnung (3) umgebende und mit dem Bezugspotential verbundene Kontaktfläche (4) gedrückt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement zur Ableitung von Überspannungen bei einem elektronischen Gerät mit einem Gehäuseelement aus elektrisch leitfähigem Material, wobei das Gehäuseelement galvanisch mit einem Bezugspotential verbunden ist.
Eine solche Anordnung ist überall dort zu finden, wo ein Gehäuse eines elektronischen Gerätes nicht vollständig aus isolierendem Material aufgebaut ist, d.h. dass wenigstens ein Gehäuseelement aus elektrisch leitfähigem Material besteht, und wo der Gefahr vorgebeugt werden soll, dass in dem Gehäuse befindliche Bauteile oder Bauteilgruppen durch die unkontrollierte Entladung von durch Berührung aufgebrachter elektrostatischer Ladung zerstört werden könnten. Die galvanische Anbindung, also die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem leitfähigen Gehäuseelement und einem Bezugspotential, wird herkömmlicher Weise über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, wie eine metallische Schraubverbindung oder das Anbringen eines Kabels, realisiert. Über diese Verbindung fließen dann elektrostatische Ladungen gezielt zum Bezugspotential ab. Dem dabei eventuell auftretenden Problem zu hoher Ströme wird durch Zwischenschalten von Begrenzungswiderständen oder Spulen begegnet. Als Bezugspotential dient im Allgemeinen das Massepotential.

Aus der DE 20013796 U1 ist eine Vorrichtung zur Ableitung von elektrostatischen Ladungen auf bestückten Leiterplatten bekannt, bei der eine metallische Blattfeder einen elektrischen Kontakt zwischen den metallischen Teilen einer Leiterplatte und den metallischen Teilen einer Haltevorrichtung der Leiterplatte herstellt. In der JP-A-2003077556 (Patent Abstracts of Japan) wird eine U-förmige Blattfeder auf den Rand einer Leiterplatte geklipst, wobei die beiden Enden der Blattfeder jeweils ein geerdetes Bauteil berühren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Anordnung sowie das elektrisch leitfähige Verbindungselement zur Ableitung von Überspannungen zu verbessern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die galvanische Anbindung mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselementes aus elastischem Material erfolgt, welches durch eine Kontaktöffnung in einem zu dem elektronischen Gerät gehörenden Bauteil hindurchragt und dabei gleichzeitig gegen das Gehäuseelement sowie eine die Kontaktöffnung umgebende und mit dem Bezugspotential verbundene Kontaktfläche gedrückt ist.

Unter einer Kontaktöffnung versteht man in diesem Zusammenhang eine Öffnung in einem zu dem elektronischen Gerät gehörenden Bauteil, z.B. einer Leiterplatine, wobei das Bauteil zur Anbindung des Gehäuseelementes an ein Bezugspotential dienen soll. Die Öffnung kann z.B. durch Bohren oder Stanzen in das Bauteil eingebracht werden. Die Kontaktöffnung ist in ihrem Inneren sowie um die Austrittsstellen der Öffnung herum von elektrisch leitfähigem Material umgeben, was als Kontaktfläche bezeichnet wird. Diese Kontaktfläche ist entweder direkt oder über zwischengeschaltete Widerstände und/oder Spulen mit einem Bezugspotential verbunden.

Das die Aufgabe lösende elektrisch leitfähige Verbindungselement besteht aus gummielastischem Material und hat an einem Ende einen Kontaktkopf, wobei der Kontaktkopf eine größere Querschnittsfläche aufweist als ein Schaft des Verbindungselementes.

Die erfindungsgemäße Art der galvanischen Anbindung mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselementes aus elastischem Material verringert sowohl den konstruktiven als auch den herstellungsbedingten Aufwand. Aufgrund der elastischen Beschaffenheit des Verbindungselementes kann dieses einfach gegen die zu kontaktierenden Flächen gepresst werden. Es passt sich dabei auch an unebene Oberflächen an. Sofern sich die zu kontaktierenden Flächen nicht genau gegenüberliegen, kann das Verbindungselement durch Druckeinwirkung einfach in die erforderliche Lage gebracht werden, was z.B. bei Schrauben nicht möglich wäre. Kabel und Schrauben erfordern außerdem spezielle Kontaktstellen bzw. Bohrungen an dem Gehäuseelement, wohingegen das Verbindungselement einfach gegen das Gehäuseelement gedrückt wird. Zur Herstellung einer Schraub- oder Kabelverbindung wird zusätzliches Werkzeug benötigt, während das Verbindungselement manuell durch die Kontaktöffnung hindurch gezogen werden kann. Die Kontaktöffnung und das Verbindungselement können beliebige, aufeinander abgestimmte Querschnittsflächen aufweisen. Wird die Kontaktöffnung gebohrt, werden die Querschnittsflächen im Allgemeinen kreisförmig sein, wird sie jedoch gestanzt, so können auch eckige Querschnittsflächen auftreten.

Dass das Gehäuseelement berührende Ende des erfindungsgemäßen Verbindungselementes ist in Form eines Kontaktkopfes ausgeführt. Der Kontaktkopf kann z. B. zylinderförmig oder in Form eines Quaders ausgebildet sein. Er besitzt eine größere Querschnittsfläche als die Kontaktöffnung, weshalb er diese seitlich überragt, vergleichbar mit dem Kopf einer Schraube. Auf diese Weise wird neben dem im Inneren der Kontaktöffnung vorhandenen Teil der Kontaktfläche auch der um die Kontaktöffnung herum aufgebrachte Teil berührt. In Richtung des Gehäuseelementes steht ebenfalls eine größere Auflagefläche und damit ein größerer zu kontaktierender Bereich zur Verfügung.

Als spezielle Ausgestaltung ragt ein das Gehäuseelement berührendes Ende des Verbindungselementes in das Gehäuseelement hinein. Bevorzugt ist dabei das Ende des Verbindungselementes als Kontaktkopf ausgeführt und eine Öffnung oder Vertiefung im Gehäuseelement umschließt diesen Kontaktkopf formschlüssig, damit nicht nur die Oberseite sondern auch ein Teil der Seitenflächen des Kontaktkopfes das Gehäuseelement berühren.

Anstelle einer Öffnung im Gehäuseelement kann auch eine Öffnung oder Vertiefung in das das Gehäuseelement berührende Ende des Verbindungselementes, also den Kontaktkopf, eingebracht sein, so dass das Gehäuseelement teilweise in das Verbindungselement hineinragt und von diesem umschlossen wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verbindungselement auf einer dem Gehäuseelement und damit dem Kontaktkopf gegenüberliegenden Seite der Kontaktöffnung ein Sicherungselement auf, welches ein Herausrutschen des Verbindungselementes aus der Kontaktöffnung verhindert. Das Sicherungselement stellt wieder einen Bereich mit gegenüber der Kontaktöffnung vergrößerter Querschnittsfläche dar, so dass das Sicherungselement die Kontaktöffnung seitlich überragt und auf der dem Kontaktkopf gegenüberliegenden Seite den die Kontaktöffnung umgebenden Teil der Kontaktfläche berührt. Die Querschnittsfläche des Sicherungselementes ist an der direkt an die Kontaktöffnung anschließenden Seite am größten und verringert sich mit zunehmendem Abstand von der Kontaktöffnung. Durch die Verjüngung erhält das Sicherungselement eine halbkugelförmige bzw. konische oder pyramidenförmige Gestalt, welche in den Schaft des Verbindungselementes übergeht. Die in Richtung des Schaftes zulaufende Form des Sicherungselementes begünstigt das Hindurchziehen des Verbindungselementes durch die Kontaktöffnung.

Als besondere Ausgestaltung wird der Abstand zwischen dem Kontaktkopf und dem Sicherungselement kleiner gewählt als die Tiefe der Kontaktöffnung. Auf diese Weise richtet sich der Kontaktkopf nach dem Einbringen des Verbindungselementes in die Kontaktöffnung selbsttätig auf, da sowohl der Kontaktkopf als auch das Sicherungselement gegen die Kontaktöffnung gepresst werden. Es entsteht also eine Art mechanischer Führung ohne zusätzlichen Einsatz weiterer Befestigungs- oder Stabilisierungselemente. Durch das Anpressen von Kontaktkopf und Sicherungselement an die Kontaktöffnung wird außerdem ein Dichteffekt bewirkt, der verhindert, dass selbst bei Vibrationen Schmutz oder Feuchtigkeit durch die Kontaktöffnung in das Innere des elektronischen Gerätes eindringen. Dies wiederum verhindert eine frühzeitige Korrosion der Kontaktstellen und verlängert damit die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Anordnung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der im Inneren der Kontaktöffnung befindliche Teil des Verbindungselementes im nichteingebauten und damit unverformten Zustand mit einer geringfügig größeren Querschnittsfläche versehen als die Kontaktöffnung. Auf diese Weise muss das Verbindungselement in diesem Bereich dauerhaft zusammengepresst sein, wodurch es vollflächig gegen die mit einem Teil der Kontaktfläche versehenen Innenseiten der Kontaktöffnung gedrückt wird, was den elektrischen Kontakt verbessert.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement an einem vom Gehäuseelement abweisenden Ende des Schaftes spitz zuläuft, da dies das Einführen des Verbindungselementes in die Kontaktöffnung und damit die Montage vereinfacht. Nach der Montage kann das Schaftende des Verbindungselementes unterhalb des Sicherungselementes entfernt werden.

Führt man des weiteren die Kontaktfläche bzw. mindestens den die Kontaktöffnung umgebenden Teil der Kontaktfläche in Form einer Gitterstruktur aus oder versieht man die elektrisch leitfähige Grundfläche der Kontaktfläche mit einer gitterförmigen Deckschicht, so wird der elektrische Kontakt weiter verbessert, da sich das Gitter in das elastische Material eindrückt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Kontaktfläche von Lötstopplack umgeben ist, auf welchem ein über den Rand der Kontaktfläche hinausragendes Verbindungselement aufliegen würde. Es wäre dann ein besonders großer Anpressdruck zur Sicherstellung eines guten Kontaktes notwendig. Ist jedoch eine Gitterstruktur vorhanden, welche die Lackschicht ein wenig überragt, wird die Kontaktierung deutlich vereinfacht.

Sinnvoll ist es, die Kontaktfläche von ihrer Größe her so vorzusehen, dass sie vollständig vom Verbindungselement überdeckt wird bzw. dass beide deckungsgleich sind. Damit wird der maximal für die Kontaktierung zur Verfügung stehende Bereich ausgenutzt.

In einer speziellen Unterausführung wird das Material des Verbindungselementes so gewählt, dass ein definierter Übergangswiderstand zwischen Gehäuseelement und Kontaktfläche besteht, welcher ausreicht, den bei einer elektrostatischen Entladung auftretenden Stromfluss zu begrenzen und damit die im elektronischen Gerät befindlichen Bauteile und Baugruppen vor Zerstörung zu schützen. Eine weitere Begrenzungsbeschaltung mit Widerständen und Spulen kann dann unter Umständen sogar vollständig entfallen.

Das Verbindungselement kann auf verschiedene Art leitfähig gemacht worden sein. Entweder wird ein Gummimaterial benutzt, welches durch Hinzufügen von Kohlenstoff leitfähig gemacht worden ist. Oder es wird ein aus elastischem Material hergestelltes Verbindungselement mit einer leitfähigen Oberflächenbeschichtung versehen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Einbettung einer leitfähigen Struktur in das elastische Material. So können z.B. dünne Metallfäden in Gummi eingelegt werden.

Als spezielle Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung oder einer ihrer Unterausführungen ist der Einsatz in einem elektronischen Gerät eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. So sind in heutigen Fahrzeugen die Bedienteile von Klimasteuer- oder Audiogeräten mehr und mehr mit metallischen Teilelementen versehen, so z.B. mit verchromten Einfassungen von Drehstellern oder Anzeigen. Diese metallischen Teilelemente werden über das Verbindungselement an ein Bezugspotential galvanisch angebunden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Grundriss eines Verbindungselementes,
2 einen Querschnitt durch eine Anordnung aus Gehäuseelement, Verbindungselement und Kontaktöffnung,
3 eine Aufsicht auf die galvanische Anbindung einer verchromten Einfassung,
4 eine Rückansicht der galvanischen Anbindung aus 3.
In 1 ist der Grundriss einer speziellen Ausführung eines Verbindungselementes 2 zu sehen. Das Verbindungselement 2 soll eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Deutlich zu erkennen sind ein Kontaktkopf 5, ein später im Inneren einer Kontaktöffnung 3 zu verbleibendes Zwischenteil 8, ein Sicherungselement 6, welches in einen Schaft 9 übergeht sowie ein spitz zulaufendes Ende 7 des Schaftes 9. Das Zwischenteil 8 besitzt eine geringfügig größere Querschnittsfläche als der Schaft 9 und sowohl der Kontaktkopf 5 als auch das Sicherungselement 6 weisen sichtbar größere Querschnittsflächen auf als das Zwischenteil 8. Das gesamte Verbindungselement 2 ist elektrisch leitfähig und besteht aus einem elastischen Material. Der Kontaktkopf 5 besitzt ein zylindrisch ausgeführtes Ende 10, welches dazu dienen kann, in eine entsprechend große Bohrung oder Vertiefung in ein Gehäuseelement 1 eingefügt zu werden. Ebenso gut kann aber auch die ebene Stirnfläche 12 des zylindrischen Endes 10 gegen ein Gehäuseelement 1 gepresst werden.
In 2 ist der Querschnitt einer zusammengefügten Anordnung aus einem durch eine Kontaktöffnung 3 hindurchragenden Verbindungselement 2 und einem Teil eines elektrisch leitfähigen Gehäuseelementes 1 dargestellt. Die Kontaktöffnung 3 ist von einer durchgängigen Kontaktfläche 4 eingefasst, d.h. die Kontaktfläche 4 erstreckt sich sowohl im Inneren der Kontaktöffnung 3 als auch um den Umfang der Kontaktöffnung 3 herum auf den beiden Oberflächen des Bauteils 11, in welche die Kontaktöffnung 3 eingebracht wurde. Bauteil 11 ist in dieser speziellen Ausführung eine Leiterplatte. Die Kontaktfläche 4 ist mit einem Bezugspotential, bevorzugt einem Massepotential, verbunden. Zwischen der Oberseite 13 der Leiterplatte und dem Gehäuseelement 1 befindet sich der Kontaktkopf 5 des Verbindungselementes 2. Dieser ist durch das Gegenpressen gegen des Gehäuseelement 1 im Bereich seiner Stirnfläche 12 ein wenig eingedrückt und ist von seiner ursprünglich zylindrischen Form in eine konkav nach außen gewölbte Form übergegangen. Auf der Unterseite 14 der Leiterplatte befindet sich das Sicherungselement 6 des Verbindungselementes 2, welches die Form einer Halbkugel hat. Die Halbkugel geht in den Schaft 9 über, welcher unterbrochen dargestellt wurde, um auch dessen spitz zulaufendes Ende 7 mit abbilden zu können. Wie in 2 gut zu erkennen ist, wird ein großflächiger Bereich zur Kontaktierung zwischen dem Verbindungselement 2 und der Kontaktfläche 4 genutzt, da sowohl der Kontaktkopf 5 als auch das Zwischenteil 8 und das Sicherungselement 6 gegen die Kontaktfläche 4 gepresst werden. Montiert wurde das Verbindungselement 2, indem es mit seinem spitz zulaufenden Ende 7 durch die Kontaktöffnung 3 hindurchgeführt und dann von der Unterseite 14 der Leiterplatte aus hindurchgezogen wurde, bis das Sicherungselement 6 sich vollständig auf der Unterseite 14 der Leiterplatte befand.
In den 3 und 4 sind die Vorder- und Rückansicht der galvanischen Anbindung eines kreisringförmigen Gehäuseelementes 1 an ein Bezugspotential eines Bauteils 11 zu sehen. Als Verbindungselement 2 dient das aus den 1 und 2 bekannte Element, bestehend aus Kontaktkopf 5, Sicherungselement 6, Schaft 9 und spitz zulaufendem Ende 7. Zu erkennen ist sowohl auf der Oberseite 13 als auch der Unterseite 14 der Leiterplatte 11 ein unter dem Verbindungselement 2 hervorschauender ringförmiger Teil der Kontaktfläche 4, wobei die Kontaktfläche 4 wieder mit einem Bezugspotential verbunden ist. An dem Gehäuseelement 1 ist ein spezieller Kontaktierungssteg 15 angeformt, welcher wie in 2 einen schmaleren Kontaktierungsbereich aufweist als die Stirnfläche 12 des Kontaktkopfes 5 und damit in die Stirnfläche 12 hineingedrückt wird. Das kreisringförmige Gehäuseelement ist in diesem Beispiel eine verchromte Einfassung eines Drehstellers einer Kraftfahrzeugklimaanlage.

Claims

Anordnung zur Ableitung von Überspannungen bei einem elektronischen Gerät mit einem Gehäuseelement (1) aus elektrisch leitfähigem Material, wobei das Gehäuseelement (1) galvanisch mit einem Bezugspotential verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Anbindung mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselementes (2) aus elastischem Material erfolgt, welches durch eine Kontaktöffnung (3) in einem zu dem elektronischen Gerät gehörenden Bauteil (11) hindurchragt und dabei gleichzeitig gegen das Gehäuseelement (1) sowie eine die Kontaktöffnung (3) umgebende und mit dem Bezugspotential verbundene Kontaktfläche (4) gedrückt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) an einem das Gehäuseelement (1) berührenden Ende einen Kontaktkopf (5) aufweist, welcher eine größere Querschnittsfläche hat als die Kontaktöffnung (3).
Anordnung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) mit dem das Gehäuseelement (1) berührenden Ende teilweise in das Gehäuseelement (1) hineinragt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) mit dem das Gehäuseelement (1) berührenden Ende teilweise das Gehäuseelement (1) umschließt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) auf der vom Gehäuseelement (1) abweisenden Seite der Kontaktöffnung (3) ein Sicherungselement (6) aufweist, welches in seinem direkt an die Kontaktöffnung (3) anschließenden Bereich eine größere Querschnittsfläche aufweist als die Kontaktöffnung (3) und sich mit zunehmender Entfernung von der Kontaktöffnung (3) verjüngt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Kontaktkopf (5) und dem Sicherungselement (6) kleiner ist als die Tiefe der Kontaktöffnung (3).
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Inneren der Kontaktöffnung (3) zu verbleibende Teil des Verbindungselementes (2) im nicht eingebauten und damit unverformten Zustand eine geringfügig größere Querschnittsfläche als die Kontaktöffnung (3) aufweist und im eingebauten Zustand dauerhaft zusammengepresst ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) an einem vom Gehäuseelement (1) abweisenden Ende (7) spitz zuläuft.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (4) eine Gitterstruktur aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) die Kontaktfläche (4) vollständig überdeckt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den elektrischen Widerstand des Verbindungselementes (2) eine ausreichende Strombegrenzung zum Schutz des elektronischen Gerätes realisiert ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) aus leitfähigem Gummi besteht.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (2) mit einer leitfähigen Beschichtung versehen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungselement (2) eine leitfähige Struktur eingebettet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Bestandteil eines elektronischen Gerätes in einem Kraftfahrzeug ist, insbesondere eines Klima- oder Audiobediengerätes.
Elektrisch leitfähiges Verbindungselement zur Ableitung von Überspannungen aus gummielastischem Material mit einem Kontaktkopf (5) an einem Ende, wobei der Kontaktkopf eine größere Querschnittsfläche aufweist als ein Schaft (9) des Verbindungselementes.
Verbindungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (5) zylinderförmig ist.
Verbindungselement nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkopf (5) an einer Außenfläche eine Vertiefung aufweist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Kontaktkopf (5) ein Zwischenteil (8) anschließt, welches eine geringfügig größere Querschnittsfläche aufweist als der Schaft (9).
Verbindungselement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Zwischenteil (8) ein Sicherungselement (6) anschließt, welches in seinem direkt an das Zwischenteil (8) angrenzenden Bereich eine größere Querschnittsfläche aufweist als das Zwischenteil (8) und sich mit zunehmender Entfernung von dem Zwischenteil (8) verjüngt.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (9) an einem Ende spitz zuläuft.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine leitfähige Beschichtung aufweist.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungselement eine leitfähige Struktur eingebettet ist.