DE19847361A1 - Elektrisches Kontaktelement - Google Patents

Abstract

Ein elektrisches Kontaktelement besteht aus einem Kontaktkörper (10), einem Kontaktfortsatz (14) und einem Schraubdorn (30). Der Kontaktkörper weist eine Durchgangsöffnung (12) auf, die mit einem Innengewinde versehen ist. Der Kontaktfortsatz besteht aus mehreren Kontaktschenkeln (16), die so ausgestaltet und angeordnet sind, daß sie eine Mittelöffnung (18) bilden, die konzentrisch zur Durchgangsöffnung (12) des Kontaktkörpers (10) ist. Der Schraubdorn ist auf seinem Schaft (34) mit einem zum Innengewinde der Durchgangsöffnung (12) komplementären Außengewinde versehen und weist einen Spreizfortsatz (36) auf, der in die Mittelöffnung (18) eindringen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement, das insbesondere dazu dient, elektromechanische Bauelemente mit einer Platine zuverlässig sowohl mechanisch zu verbinden als auch elektrisch zu kontaktieren, um eine Übertragung hoher Ströme zwischen diesem Bauelement und der Platine zu gewährleisten.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß das elektrische Kontaktelement einen Kontaktkörper, einen Kontaktfortsatz und einen Schraubdorn aufweist. Der Kontaktkörper weist eine Durchgangsöffnung auf, die mit einem Innengewinde versehen ist. Der Kontaktfortsatz besteht aus mehreren Kontaktschenkeln, die so ausgestaltet und angeordnet sind, daß sie eine Mittelöffnung bilden, die konzentrisch zur Durchgangsöffnung des Kontaktkörpers ist. Der Schraubdorn ist auf seinem Schaft mit einem zum Innengewinde der Durchgangsöffnung komplementären Außengewinde versehen und weist einen Spreizfortsatz auf, der in die Mittelöffnung eindringen kann.

Ein solches elektrisches Kontaktelement wird mittels des Kontaktfortsatzes in eine Öffnung der Platine eingesetzt, mit der das elektromechanische Bauelement verbunden werden soll. Die Kontaktschenkel dienen dabei sowohl zur elektrischen Kontaktierung der Platine als auch zur mechanischen Verbindung mit dieser. Der Schraubdorn hat zum einen die Funktion, die Kontaktschenkel, wenn das Kontaktelement in die Öffnung der Platine eingesetzt ist, gegen die Wandung dieser Öffnung zu beaufschlagen, so daß das Kontaktelement mechanisch stabil in der Platine verankert und eine zuverlässige Kontaktierung der Platine gewährleistet ist. Weiterhin dient der Schraubdorn dazu, das anzuschließende elektromechanische Bauelement mit dem Kontaktkörper sowohl mechanisch als auch elektrisch zu verbinden. Durch Herausschrauben des Schraubdorns aus dem Kontaktkörper kann die Verbindung zwischen dem befestigten Bauelement und der Platine wieder gelöst werden, und der Kontaktkörper kann zusammen mit dem Kontaktfortsatz aus der Öffnung der Platine entfernt werden.

Die von den Kontaktschenkeln des Kontaktfortsatzes im nicht ausgelenkten Zustand definierte Fläche hat vorzugsweise einen Durchmesser, der größer als der Durchmesser der Öffnung in der Platine ist, in die der Kontaktfortsatz eingesetzt werden soll. Dies führt dazu, daß die Kontaktschenkel beim Einsetzen in die Öffnung der Platine elastisch nach innen zur Mitte der Mittelöffnung des Kontaktfortsatzes hin ausgelenkt werden. Die dabei erzeugten Vorspannkräfte halten das Kontaktelement ohne weitere Maßnahmen in der Öffnung der Platine, so daß ein Herausfallen nicht möglich ist. Wenn anschließend der Schraubdorn in den Kontaktkörper eingeschraubt wird und der Spreizfortsatz des Schraubdorns in die Mittelöffnung des Kontaktfortsatzes eindringt, werden die Kontaktschenkel gegen die Wandung der Öffnung der Platine verspannt, so daß das Kontaktelement zuverlässig in der Öffnung verankert ist. Weiterhin ist eine gute Kontaktierung der Platine gewährleistet. Die von den Kontaktschenkeln ausgeübte Vorspannung gewährleistet auch, daß sich das Kontaktelement beim Einschrauben des Schraubdorns nicht mitdreht. Die elastische Anpreßkraft zwischen dem Spreizfortsatz des Schraubdorns und den Kontaktschenkeln verhindert schließlich, daß der Schraubdorn sich beispielsweise durch Vibrationen unbeabsichtigt lösen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kontaktschenkel in bezüglich der Mittelöffnung radialer Richtung elastisch auslenkbar sind und daß zwischen den einzelnen Kontaktschenkeln jeweils ein Spalt gebildet ist. Die Kontaktschenkel können dann durch einfache Schnitte hergestellt werden, die in dem Material des Kontaktfortsatzes ausgeführt werden. Wenn beispielsweise zwei zueinander senkrechte Schnitte ausgeführt werden, ergeben sich vier Kontaktschenkel, die sich jeweils über annähernd 90° erstrecken.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Außenflächen der Kontaktschenkel im nicht ausgelenkten Zustand zusammen eine kreiszylindrische Fläche definieren. Wenn zusätzlich der Durchmesser dieser Fläche, wie dies bevorzugt wird, größer als der Durchmesser der Öffnung in der Platine ist, in die der Kontaktfortsatz eingesetzt wird, führt dies dazu, daß die Kontaktschenkel die Wandung der Öffnung in der Platine nur an exakt definierten Kontaktstellen berühren. Diese Kontaktstellen befinden sich für jeden Kontaktschenkel an den in Umfangsrichtung um annähernd 90° voneinander beabstandeten Außenrändern. Die definierten Kontaktstellen führen zu einer vergleichsweise hohen Pressung im Bereich der Kontaktstellen, die für eine zuverlässige Kontaktierung wichtig ist. Eine solche Pressung würde nicht erhalten werden, wenn es zwischen der Wandung der Öffnung der Platine und jedem Kontaktschenkel zu einer flächigen Berührung über den gesamten Umfang kommen würde. Diese Form der Kontaktbereiche gewährleistet auch, daß mechanische Beschädigungen, zum Beispiel das Abreißen der inneren Leiterbahn der Platine beim Anziehen des Schraubdorns, verhindert werden, obwohl geringfügige Deformationen auftreten, die für eine zuverlässige Kontaktierung erforderlich sind. Es können daher auch Multilayer-Platinen verwendet werden.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mittelöffnung auf der dem Kontaktkörper zugewandten Seite einen ersten Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung ist, und auf der vom Kontaktkörper abgewandten Seite einen zweiten Abschnitt, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung ist. Dies ermöglicht, den Schraubdorn mit dem Spreizfortsatz ausreichend weit in das Kontaktelement einsetzen zu können, bevor dem Schraubdorn ein Widerstand von den Kontaktschenkeln entgegengesetzt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Länge des Spreizfortsatzes des Schraubdorns kleiner ist als die Summe aus der Länge der Durchgangsöffnung des Kontaktkörpers und des ersten Abschnitts der Mittelöffnung. Dies gewährleistet, daß die ersten Windungen des Außengewindes des Schraubdorns in das Innengewinde der Durchgangsöffnung des Kontaktkörpers eingreifen, bevor der Spreizfortsatz an den Kontaktschenkeln angreift.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Spreizfortsatz des Schraubdorns, abgesehen von einer Fase an der Spitze, eine zylindrische Außenfläche aufweist. Dies gewährleistet, daß der Spreizfortsatz an den Kontaktschenkeln nur entlang einem genau definierten Bereich angreift, nämlich einem ringförmigen Bereich am freien Ende der Kontaktschenkel.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist auch vorgesehen, daß zwischen der von dem Kontaktfortsatz abgewandten Seite des Kontaktkörpers und dem Schraubenkopf des Schraubdorns ein zu kontaktierendes Bauteil eingeklemmt werden kann, wobei der Spreizfortsatz bei eingeklemmtem Bauteil aus dem Kontaktfortsatz heraussteht. Diese Gestaltung gewährleistet, daß das Aufspreizen der Kontaktschenkel, sobald der zylindrische Teil des Spreizfortsatzes aus dem Kontaktfortsatz herausragt, unabhängig von der jeweiligen Einschraubtiefe des Schraubdorns in das Kontaktelement ist. Ferner ist dann der von den Kontaktschenkeln herrührende Anteil am gesamten Einschraub-Drehmoment für den Schraubdorn konstant, so daß das im Hinblick auf die mechanische Befestigung des elektromechanischen Bauteils gewünschte Anzugs-Drehmoment leichter aufgefunden werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen Kontaktkörper vor dem Einsetzen in eine zu kontaktierende Platine;

Fig. 2 den Kontaktkörper von Fig. 1 nach dem Einsetzen in die zu kontaktierende Platine;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Ebene A-A von Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Ebene B-B von Fig. 2;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab das Detail X von Fig. 4; und

Fig. 6 das in der Platine verankerte Kontaktelement mit eingeschraubtem Schraubdorn und befestigtem Bauelement.

In Fig. 1 ist ein Kontaktkörper 10 eines erfindungsgemäßen Kontaktelementes gezeigt. Der Kontaktkörper 10 hat eine allgemein zylindrische Form und ist mit einer Durchgangsöffnung 12 versehen, in der ein Innengewinde ausgebildet ist.

An den Kontaktkörper 10 schließt sich ein Kontaktfortsatz 14 an, der aus vier Kontaktschenkeln 16 (siehe Fig. 3) besteht. Die Kontaktschenkel umschließen zusammen eine Mittelöffnung 18, die zur Durchgangsöffnung 12 des Kontaktkörpers 10 konzentrisch ist. Die Mittelöffnung 18 setzt sich zusammen aus einem ersten Abschnitt, der sich an die Durchgangsöffnung 12 anschließt und einen Durchmesser hat, der gleich dem Innendurchmesser des Gewindes der Durchgangsöffnung ist, und einem zweiten Abschnitt, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des ersten Abschnitts ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Zustand, in welchem die Kontaktschenkel 16 nicht aus ihrer Ausgangsstellung heraus ausgelenkt sind, ist die Mittelöffnung sowohl im ersten als auch im zweiten Abschnitt zylindrisch. Mit ihren Außenflächen 20 definieren die Kontaktschenkel 16 eine kreiszylindrische Fläche, deren Mittelachse mit der Achse der Mittelöffnung 18 zusammenfällt.

Der Kontaktkörper ist dafür vorgesehen, an einer Platine 22 angebracht zu werden, die hier als Multilayer-Platine ausgeführt ist.

Die Platine 22 weist eine Öffnung 24 auf, deren Wandung ebenso wie die die Öffnung 24 umgebenden Bereiche der Platine 22 mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 26 versehen ist. Die Öffnung 24 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der von den Kontaktschenkeln 16 definierten Fläche 20 (siehe in Fig. 3 den unter dem Bezugszeichen 28 angedeutete Durchmesser der Öffnung 24).

In Fig. 2 ist der Kontaktkörper 10 mit in die Öffnung 24 eingesetztem Kontaktfortsatz 14 gezeigt. Die Kontaktschenkel 16, die an ihrem freien Ende jeweils mit einer Abschrägung versehen sind, sind gegenüber ihrer in Fig. 1 gezeigten Stellung nach innen zur Mitte der Mittelöffnung 18 hin elastisch ausgelenkt. Die Wandung der Mittelöffnung 18 im zweiten Abschnitt definiert daher einen Kegelstumpf. Die elastischen Rückstellkräfte der Kontaktschenkel 16 gewährleisten, daß der Kontaktkörper 10 in der Öffnung 24 mit einer gewissen Haltekraft aufgenommen ist, so daß er nicht herausfallen kann.

Da der Radius der Außenfläche 20 jedes Kontaktschenkels größer ist als der Radius der Wandung der Öffnung 24 in der Platine 22, liegt jeder Kontaktschenkel an der Wandung der Öffnung 24 an nur zwei Stellen an, nämlich den in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Rändern der Außenfläche 20 (siehe die Fig. 4 und 5). Diese definierten Kontaktstellen gewährleisten eine gute elektrische Kontaktierung der Beschichtung 26 sowie einen guten mechanischen Halt in der Platine.

In Fig. 6 ist der in die Platine 22 eingesetzte Kontaktkörper 10 zu sehen, an dem mittels eines Schraubdorns 30 ein elektromechanisches Bauteil 32 so befestigt ist, daß es mechanisch an der Platine 22 verankert ist und elektrisch mit der Beschichtung 26 der Platine 22 in Kontakt steht. Der Schraubdorn 30 weist anschließend an seinen Schraubenkopf einen Schaft 34 auf, der mit einem Außengewinde versehen ist, das in das Innengewinde der Durchgangsöffnung 12 des Kontaktkörpers 10 eingeschraubt ist. Anschließend an den Schaft erstreckt sich ein Spreizfortsatz 36, der mit einer zylindrischen Außenfläche versehen ist. Der Durchmesser des Spreizfortsatzes 36 ist so bemessen, daß die Kontaktschenkel 16 beim Einschrauben des Schraubdorns 30 in den Kontaktkörper 10 nach außen gegen die Wandung der Öffnung 24 in der Platine 22 gedrängt werden. Die Abmessungen sind so gewählt, daß es zu leichten Deformationen zwischen den Kontaktbereichen der Kontaktschenkel 16 und der Wandung der Öffnung 24 der Platine 22 kommt. Diese Deformationen sind jedoch so klein, daß es zu keiner mechanischen Zerstörung der Multilayer-Platine 22 kommt.

Die Abmessungen des Schaftes 34 und des Spreizfortsatzes 36 des Schraubdorns 30 sind im Verhältnis zur Dicke des zu befestigenden Bauteils 32 sowie der Länge der Durchgangsöffnung 12 des Kontaktkörpers 10 und der Mittelöffnung 18 so gewählt, daß folgender Einschraubvorgang erzielt wird: Wenn der Schraubdorn 30 durch das elektromechanische Bauteil 32 hindurch in den Kontaktkörper 10 eingesetzt wird, faßt das auf dem Schaft 34 ausgebildete Außengewinde im Innengewinde der Durchgangsöffnung 12 des Kontaktkörpers 10, bevor der Spreizfortsatz 36 an den Kontaktschenkeln 16 anliegt. Beim weiteren Einschrauben wird der Spreizfortsatz 36 durch die bei in die Öffnung 24 eingesetztem Kontaktfortsatz 14 konische Mittelöffnung 18 zwischen den Kontaktschenkeln 16 hindurchgetrieben, so daß diese sich gegen die Wandung der Öffnung 24 verspannen. Bevor der Schraubenkopf des Schraubdorns 30 an dem elektromechanischen Bauteil 32 anliegt, tritt der Spreizfortsatz 36 mit einer an seiner Spitze ausgebildeten Fase aus dem Kontaktfortsatz 14 heraus, so daß nur der zylindrische Abschnitt des Spreizfortsatzes 36 an den Kontaktschenkeln 16 angreift. Ab diesem Zeitpunkt sind die Kontaktschenkel 16 vollständig in der Öffnung 24 verspannt; ein weiteres Einschrauben des Schraubdorns 30 ändert die Vorspannung nicht mehr. Der Schraubdorn 30 kann nun vollständig eingeschraubt werden, so daß das elektromechanische Bauteil 32 mit dem gewünschten Anzugsdrehmoment am Kontaktkörper 10 befestigt ist. Das auf diese Weise gebildete Kontaktelement ermöglicht die Übertragung hoher Ströme von der Platine 22 zum Bauteil 32, während das Bauteil 32 gleichzeitig mechanisch zuverlässig befestigt ist.

Claims (11)

1. Elektrisches Kontaktelement

mit einem Kontaktkörper (10), der eine Durchgangsöffnung (12) aufweist, die mit einem Innengewinde versehen ist,
einem Kontaktfortsatz (14), der aus mehreren Kontaktschenkeln (16) besteht, die so ausgestaltet und angeordnet sind, daß sie eine Mittelöffnung (18) bilden, die konzentrisch zur Durchgangsöffnung (12) des Kontaktkörpers (10) ist,
und einem Schraubdorn (30), der auf seinem Schaft (34) mit einem zum Innengewinde der Durchgangsöffnung (12) komplementären Außengewinde versehen ist und einen Spreizfortsatz (36) aufweist, der in die Mittelöffnung (18) eindringen kann.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschenkel (16) in bezüglich der Mittelöffnung (18) radialer Richtung elastisch auslenkbar sind und daß zwischen den einzelnen Kontaktschenkeln (16) jeweils ein Spalt ausgebildet ist.

3. Kontaktelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen (20) der Kontaktschenkel (16) im nicht ausgelenkten Zustand zusammen eine kreiszylindrische Fläche definieren.

4. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelöffnung (18) auf der dem Kontaktkörper (10) zugewandten Seite einen ersten Abschnitt aufweist, dessen Durch­ messer gleich dem Innendurchmesser der Durchgangsbohrung (12) ist, und auf der vom Kontaktkörper (10) abgewandten Seite einen zweiten Abschnitt, dessen Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung (12) ist.

5. Kontaktelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Spreizfortsatzes (36) des Schraubdorns (30) kleiner ist als die Summe aus der Länge der Durchgangsöffnung (12) des Kontaktkörpers (10) und des ersten Abschnittes der Mittelöffnung (14).

6. Kontaktelement nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser des zweiten Abschnittes, wenn die Kon­ taktschenkel (16) nicht ausgelenkt sind, größer ist als der Durchmesser des Spreizfortsatzes (36).

7. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizfortsatz (36) des Schraubdorns (30), abgesehen von einer Fase an der Spitze, eine zylindrische Außenfläche aufweist.

8. Kontaktelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der von dem Kontaktfortsatz (14) abgewandten Seite des Kon­ taktkörpers (10) und dem Schraubenkopf des Schraubdorns (30) ein zu kontaktierendes Bauteil (32) eingeklemmt werden kann, wobei der Spreizfortsatz (36) bei eingeklemmtem Bauteil (32) aus dem Kontakt­ fortsatz (14) heraussteht.

9. Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschenkel (16) auf ihrer von dem Kontaktkörper (10) abgewandten Seite mit einer Abschrägung versehen sind.

10. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, einsetzbar in eine Öffnung (24) einer zu kontaktierenden Platte (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2 4) der Platte (22) einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der von den nicht ausgelenk­ ten Kontaktschenkeln (16) definierten, kreiszylindrischen Fläche, so daß die Kontaktschenkel (16) beim Einsetzen in die Öffnung (24) zur Mitte der Mittelöffnung (18) des Kontaktfortsatzes (14) hin ausgelenkt werden und an der Wandung der Öffnung (24) der Platte (22) jeweils mittels der an die Spalte zwischen den Kontaktschenkeln (16) angrenzenden Bereiche der Außenfläche der Kontaktschenkel (16) anliegen.