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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement zum elektrisch
leitenden Verbinden von Leiterbahnen, insbesondere zum elektrisch
leitenden Verbinden von mit Kunststofffolien abgedeckten Flachleitern
zweier aufeinander liegender, flexibler Folienleiter.
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Bekannt
sind Kontaktelemente aus einem Blechstanzteil zum leitenden Verbinden
von zwei freiliegenden Flachleiterbahnen von zwei Folienleitern (
DE 103 20 535 A1 ).
Dabei werden die Folienleiter mit ihren, den freiliegenden Flachleiterbahnen
abgewandten Kunststoffflächen
aufeinandergelegt, so dass die Flachleiterbahnen nach außen weisen.
Zur elektrischen Kontaktierung zweier sich gegenüberliegend und sich kreuzend
angeordneter Flachleiterbahnen wird ein Kontaktelement verwendet,
das ein flaches Basisblech aufweist, an das randlich sich nach außen erstreckende
Kontaktarme angebunden sind, wobei der zentrale Bereich des Basisblechs eine
ambossartige Ausprägung
erhalten hat.
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Durch
die Crimpung der Kontaktarme wird die Ausprägung leitend auf die eine Flachleiterbahn gedrückt, während die
Kontaktarme neben der Flachleiterbahn durch die Folien der Folienleiter
dringen und auf der der Ausprägung
gegenüberliegenden Seite
nach innen eingerollt auf die andere Flachleiterbahn elektrisch
leitend drücken
und die Folienleiter aufeinander pressen. Diese Kontaktierung hat
sich bei freiliegenden Flachleiterbahnen bewährt.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 201
07 823 U1 eine Kontaktierung zweier abgedeckter Flachleiterbahnen
zweier flexibler Folienleiter bekannt, bei der mit einem Kontaktelement
in Form eines Metallniets eine elektrische Verbindung zwischen den
zwei Flachleiterbahnen geschaffen wird (
5). Der
Metallniet weist einen zylindrischen, die Folienleiter durchsetzenden
Nietzylinder auf, der einendig mit einem flachen Nietkopf mit zum
Folienleiter hin umgebördelten
Flanschrand abgedeckt ist und dessen anderendiger Zylinderringrand
nach außen
umgebördelt
ist. Dabei sollen sowohl der Nietzylinder als auch die freien umgebördelten
und die Kunststofffolie der Folienleiter durchdringenden Ränder die
jeweilige Flachleiterbahn kontaktieren.
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Diese
bekannte Nietverbindung verliert im Laufe der Zeit, z. B. durch
Materialermüdung
bedingt durch Vibrationen und/oder Temperaturwechsel verursachte
Veränderungen
zwischen Niet- und Folienleiter an Kontaktkraft, so dass der elektrische
Widerstand steigt, wobei die Kontaktierung unbrauchbar werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine Kontaktierung von insbesondere abgedeckten
Flachleiterbahnen flexibler Folienleiter mit Kontaktelementen zu schaffen,
die eine einfache Anbringung ermöglichen und
langfristig eine gleichbleibende Kontaktkraft und Gasdichtigkeit
gewährleisten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden beispielhaft
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kontaktelements aufweisend
einen Kontaktelementniet, der einen Kontaktelementring als Nietkopf
aufweist und einen Kontaktelementring als Gegenkontaktring zum elektrisch
leitenden Verbinden zweier Folienleiter.
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2 eine
perspektivische Ansicht des Gegenkontaktrings in einer zweiten Ausführungsform.
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3 eine
Teilschnittdarstellung des Kontaktelements, das zwei aufeinanderliegende
Folienleiter miteinander verbindet.
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktelements vor dem Verbringen
des Kontaktelementniets in den Gegenkontaktring.
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktelements zum elektrisch leitenden
Verbinden von je zwei Folienleitern zu beiden Seiten des Nietkopfes
vor dem Verbringen des Kontaktelementniets in den Gegenkontaktring.
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6 eine
perspektivische Ansicht zweier Folienleiter, versehen mit Vertiefungen,
die durch Einbringen eines Kontaktelementniets im Folienleiter entstehen
sowie eines Kontaktelementniets im Randbereich der Folien.
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7 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktelements in einer weiteren
Ausführungsform ohne
Gegenkontaktring.
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8 Schnittdarstellung
eines Kontaktelements nach 7 mit Gegenkontaktring.
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktverbinderelements aus einem
Blechstanzteil, an dem ein Kontaktierungssteg angeformt ist, in
den Gegenkontaktringe mit je einem Federarmpaar gestanzt sind.
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10 eine
perspektivische Ansicht eines Kontaktverbinderelements mit durch
erfindungsgemäße Kontaktelemente
an Kontaktierungsstegen angebundener Flachleiterbahn (ohne Isolierung
dargestellt)
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11 eine
perspektivische Ansicht von drei parallel angeordneten Kontaktverbinderelementen mit
durch erfindungsgemäße Kontaktelemente
an Kontaktierungsstegen angebundenen Flachleiterbahnen, die in einem
einzigen Folienleiter parallel nebeneinander angeordnet sind.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Kontaktelement 1 zum
elektrisch leitenden Verbinden zweier mit Folie abgedeckter Flachleiterbahnen
zweier flexibler aufeinanderliegender Folienleiter (1 bis 3).
Das Kontaktelement 1 besteht im Wesentlichen aus Blechstanzteilen
und weist einen Gegenkontaktring 4 und einen Kontaktelementniet 5 auf, wobei
sich der Kontaktelementniet 5 im Wesentlichen aus einem
Nietstift 6 und einem Nietkopf 7, dessen Raumform
im Wesentlichen der des Gegenkontaktrings 4 entspricht,
zusammensetzt. Der Gegenkontaktring 4 ist ein Blechstanzteil,
das eine ringförmige Federarmbasis 8 aufweist,
dessen zentraler Bereich als vulkanartiger, d. h. konisch sich zu
einem mittigen Ringloch 10 verjüngender Kegel 9 beziehungsweise Kegelstumpf 9 ausgebildet
ist (2). In der Blechebene des Federarmbasisrings 8 sind
einstückig kreuzweise
zwei Paare von Kontaktfederarmen 11 mit jeweils sich gegenüberliegenden
Kontaktfederarmen 11a/11a beziehungsweise 11b/11b um
den Kegel 9 angeordnet. Die Federarme 11a, 11b treten
z. B. horizontal aus der Blechebene heraus und knicken auf etwa
halber Länge
in einer Biegelinie 12, die sich vorteilhafterweise zwischen
einem Drittel und zwei Dritteln der Länge der Federarme 11a, 11b befindet, in
Richtung des Kegels 9 in einem stumpfen Winkel α von beispielsweise
130° ab.
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Um
eine besonders gute Federung der Federarme 11a, 11b beim
Verbinden von Folienleitern 3 zu erhalten (3),
sollte der Winkel α größer als
95° sein
und zweckmäßigerweise
zwischen 110° und 170°, insbesondere
zwischen 120° und
150° liegen, und
auf zu verbindende Folienleiter 3 eine Federkraft ausüben, um
einen weitgehend gleichbleibenden elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
Vorzugsweise ist die Breite des Federarmbasisrings (8)
geringer als die Länge
der Federarme (11a, 11b).
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In
einer Variante knicken die Kontaktfederarme 11a, 11b bei
Austreten aus der Blechebene in einem stumpfen Winkel vom Kegel 9 weg
aus der Blechebene heraus (nicht dargestellt) und knicken anschließend nach
unten ab. Bevorzugt sind alle vier Federarme beim Austreten aus
dem zentralen Bereich im gleichen Winkel relativ zu diesem angeordnet.
Vorteilhafterweise knicken alle vier Federarme 11a, 11b in
der Biegelinie 12 im gleichen Winkel α in Richtung Kegel 9 ab.
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Die
einen Federarme 11a weisen eine Außenfläche 13a, eine Innenfläche 14a,
Seitenkanten 15a und eine Stirnkante 16a und die
anderen Federarme 11b eine Außenfläche 13b, eine Innenfläche 14b,
Seitenkanten 15b und eine Stirnkante 16b auf. Die
freien Endbereiche der Federarme 11a verjüngen sich
dreieckförmig
bis zu einer Spitze 17 hin. Zusätzlich ist die Außenfläche 13a zur
Spitze 17 hin in einer Schräge 18 durch Prägen angefast.
Durch einen Prägeschritt
wird der freie Endbereich 17a der Federarme 11a verfestigt,
was ein plastisches Verformen der Endbereiche 17a der Federarme 11a unter
Belastung weitestgehend verhindert. Dies hat eine gleichbleibende
Federkraft der Federarme 11 zur Folge.
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Die
freien Endbereiche der Federarme 11b weisen eine runde
Ausnehmung auf, so dass die Stirnkante 16b konkav bogenförmig ist
und zwischen den Seitenkanten 15b und der Stirnkante 16b zwei messerschneidenartige
Kantenspitzen 19 vorliegen. Die Außenfläche 13b ist zu den
Kantenspitzen 19 hin in Schrägen 20 durch Prägen angefast
(1). Dadurch ist der freie Endbereich der Federarme 11b verfestigt.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist
die Außenfläche 13b der
Kontaktfederarme 11b gegenüber der Innenfläche 14b etwas
verlängert
ausgeführt.
Die Außenfläche 13b bildet
in ihren Endbereichen die Kantenspitzen 19a. Zwischen den
Kantenspitzen 19, 19a ist eine Schneidkante 19b ausgebildet,
die das problemlose Eindringen des Gegenkontaktrings in die Kunststofffolie 3a gewährleistet.
Die Kontaktierung erfolgt durch die Kantenspitzen 19, während Der
einteilige, einen Nietkopf 7 und einen Nietkontaktstift 6 aufweisende
Kontaktelementniet 5 ist mit seinem Kontaktstift 6 bei
seinem Einsatz zum elektrischen Verbinden von Leiterbahnen 2 zweier
aufeinanderliegender Folienleiter 3 (3)
mit dem Gegenkontaktring 4 dadurch verbunden, dass der
Kontaktstift 6 in dem Ringloch 10 angeordnet ist
(1). Der Stift 6 ist im Wesentlichen kegelförmig und
sein Querschnitt im Wesentlichen viereckig, wobei sein Fuß beziehungsweise
seine Basis 21 mit dem Nietkopf 7 beispielsweise
mit herkömmlichen
Methoden wie Verstemmen, verbunden ist und sein freies Ende sich
konisch verjüngt
und in einer sich stärker
als der der Basis 21 zugewandte Teil des Kegelstumpfs verjüngenden
Kegelspitze 22 endet. Dabei lagert der Nietkopf 7 auf
dafür vorgesehenen
Stufen des Kontaktstifts 6. Der Stift 6 weist beispielsweise
vier konkave Längsrillen 23 auf,
die seitlich am Kegelmantel gleich beabstandet verteilt sind und
zwischen denen Stege 24 stehen bleiben. Beispielsweise
sind in den Längsrillen 23 in
deren Längsrichtung
Rippen 25 angeordnet.
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Vorzugsweise
weist der Nietkopf 7 die gleiche Raumform wie der Gegenkontaktring 4 auf,
wobei die Federarme 11 vorzugsweise gegenüberliegend
angeordnet sind und die Federarme 11a, 11b in Richtung
der Federarme 11a, 11b des Kontaktelementrings 4 ebenfalls
abgewinkelt sind. Im zusammengesetzten Zustand des Kontaktelements 1,
bei dem der Kontaktstift 6 im Ringloch 10 angeordnet
ist, wirken Gegenkontaktring 4 und Nietkopf 7 derart
zusammen, dass sich jeweils ein Federarm 11a des Gegenkontaktrings 4 und
ein Federarm 11b des Nietkopfes 7 gegenüberliegen.
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Daraus
resultiert, dass die sich ergebenden Kontaktstellen, die jeweils
durch die Spitze 17 und die zwei Kantenspitzen 19, 19 gebildet
werden, durch ihre seitliche Beabstandung sich gegenseitig weitestgehend
nicht beeinträchtigen.
Die Spitze 17 sticht bei dem Einsatz des Kontaktelements 1 zur
Kontaktierung eines Folienleiters 3 an der Stelle in diesen
ein, an der der gegenüberliegende
Federarm 11b aufgrund der konkav bogenförmigen Ausprägung seiner Stirnkante 16b eine
Ausnehmung aufweist. Die Kantenspitzen 19, 19 wiederum
werden durch das freie Ende 17a der Federarme 11a wegen
deren dreieckiger Ausformung nicht am Eindringen in den Folienleiter 3 gestört.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass entweder beim Gegenkontaktring 4 oder
beim Nietkopf 7 auch die Federarme 11b entsprechend
den Federarmen 11a dreieckige freie Endbereiche 17a aufweisen,
so dass sich beim zusammengesteckten Kontaktelement 1 zweimal
jeweils zwei dreieckige Federarmendbereiche 17a mit ihren
Spitzen 17 gegenüberliegen.
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In
einer weiteren Variante sind alle Federarme 11 sowohl des
Gegenkontaktrings 4 als auch des Nietkopfes 7 als
Feder arme 11a mit dreieckförmigen freien Endbereichen
ausgeführt.
Eine weitere Variante beinhaltet die Ausführung aller Federarme 11 als Federarme 11b mit
Kantenspitzen 19 (nicht dargestellt).
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Der
Stift 6 weist an den Stegen 25 Absätze beziehungsweise
Stufenflächen 26 auf,
ab denen in dem der Kegelspitze 22 zugewandten Bereich
der Kegelumfang beziehungsweise -durchmesser kleiner gegenüber dem
Kegelumfang in dem der Kegelspitze 22 abgewandten Bereich
des Stifts 6 ist (4). Bis zu
diesen Absätzen 26 lässt sich
der Gegenkontaktring 4 mit seinem Ringloch 10 von
der Kegelspitze 22 her auf den Stift 6 schieben.
Anschließend
kann der Gegenkontaktring 4 z. B. durch Verstemmen der Kegelspitze 22 des
Stifts 6 und/oder des Lochrandes des Ringlochs 10 fest
mit dem Kontaktelementniet 5 verbunden werden. Die Spitze 17 der
Federarme 11a und die Spitze 19 der Federarme 11b drücken von gegenüberliegenden
Seiten in die Folienleiter 3 (3) und kontaktieren
die sich dort befindenden Flachleiterbahnen 2. Dabei ist
es ausreichend, wenn, wie in 3 und 6 dargestellt,
nur zwei sich gegenüberliegende
Federarme 11 die Flachleiterbahn 2 kontaktieren
und die beiden anderen Federarme 11 sich fest in der Außenfläche 3b des
Folienleiters 3 verankern. Die Federarme 11b mit
ihren Kantenspitzen 19, 19a, eignen sich besonders
gut zur dauerhaft stabilen Verankerung in der Kunststoffschicht 3b zwischen
nebeneinander in einer Ebene liegenden Leiterbahnen 2.
Die Schneidkanten 19b graben sich in die Oberfläche des
Folienleiters 3 ein und bilden eine Vertiefung 32, 33.
Gleichzeitig durchstoßen
die Federarme 11a mit ihren Spitzen 17 die Oberfläche des Folienleiters 3 bis
sie auf die Leiterbahn 2 treffen und diese kontaktieren.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Kantenspitzen 19 der Federarme 11b so
tief in die Kunststoffschicht 3b eingedrungen, dass ihre
Außenfläche 13c mit
Druck hinter der schräg
in die Folie 3 geschnittenen Kante 34 der Vertiefung 32, 33 klemmend
gelagert ist.
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Dabei
ergibt sich aufgrund der gebogenen Form der Federarme 11a, 11b eine
Federkraft, mit der die Federarme gegen den Folienleiter 3 drücken und
damit das Kontaktelement 1 bezüglich des Folienleiters 3 fixieren.
Die Rippen 25 des Nietkontaktstifts 6 stellen
nach Durchstechen einer Flachleiterbahn 2 in einem Folienleiter 3 ebenfalls
einen elektrischen Kontakt zu der Flachleiterbahn dar.
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In
einer alternativen Ausführungsform (5)
des Kontaktelements 1 ist es zum elektrisch leitenden Verbinden
von mehreren, z. B. zwei, drei oder vier Folienleitern 3 dadurch
ausgebildet, dass senkrecht zur Blechebene des Nietkopfes 7 zwei
sich entgegengesetzt erstreckende Kontaktstifte 6a angeordnet
sind, an denen je ein Gegenkontaktring 4 aufgesteckt wird.
In dieser Variante knickt ein Paar Federarme 11a, 11a des
Nietkopfes 7 in Richtung des einen Gegenkontaktrings 4 und
das andere Federarmpaar 11a, 11a zum anderen Gegenkontaktring 4 hin
ab. Beispielsweise sind die Federarme 11 des Nietkopfes 7 als
Federarme 11a und der beiden Gegenkontaktringe 4 im
kontaktierenden Bereich als Federarme 11b mit Kantenspitzen 19 ausgeführt (5).
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Als
Varianten können
zweckmäßigerweise die
Federarme 11 des Nietkopfes 7 und der beiden Kontaktelementringe 4 als
Federarme 11b mit konkav bogenförmiger Stirnkante 16b ausgeführt sein oder
als Federarme 11a und Federarme 11b mit dreieckiger
Spitze 17 beziehungsweise zwei Kantenspitzen 19 entsprechend
den Ausführungsformen
nach 1 bis 4 ausgeführt sein.
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Durch
die definierte Federkraft, die die Federarme 11a, 11b relativ
zum Folienleiter 3 ausüben, ist
eine zusätzliche
Kontaktierung über
Rippen 25 des Nietstiftes 6, 6a nicht
erfor derlich, insbesondere dann nicht, wenn die Kontaktverbindungen
starken Erschütterungen
ausgesetzt sind. In den 7 und 8 ist eine
weitere Ausführungsform
eines Kontaktelementes 1 dargestellt. Der Kontaktelementniet 5 weist
einen Nietstift 6b auf, der im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet
ist und eine glatte Oberfläche
besitzt. Sein Endbereich ist mit einer Kegelspitze 22a versehen.
Nietkopf 7 und Nietstift 6b sind miteinander elektrisch
leitend verstemmt. Nach dem Verstemmen mit dem Gegenkontaktring 4 erfolgt
die Kontaktierung der Leiterbahnen 2, 2a fast
ausschließlich über die
Kontaktfederarme 11 des Kontaktelements 1. Die
durch den Verstemmvorgang entstandene kreisrunde Wulst 35 gewährleistet
eine dauerhaft gute Kontaktkraft, die auch bei Vibration und Erschütterungen
weitestgehend ihre Kontaktqualität
beibehält.
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Die
erfindungsgemäßen Kontaktelemente 1 sind
nicht nur zum elektrisch leitenden Verbinden von Flachleiterbahnen 2 in
Folienleitern 3 geeignet, sondern auch zum Herstellen eines
elektrischen Kontakts zwischen Flachleiterbahnen 2 in Folienleitern 3 und
anderen elektrischen kontaktierenden Blechstanzteilen 28 in
Form von Kontaktverbinderelementen 29, wie beispielsweise
Kontaktbuchsen oder Kontaktstiften (9).
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Dazu
ist erfindungsgemäß mindestens
ein Gegenkontaktring 4 in einem Anbindungs- bzw. Kontaktierungssteg 30 integriert
beziehungsweise freigestanzt und ausgeformt, der an das Kontaktverbinderelement 29 elektrisch
leitend angebunden ist. Beispielsweise ist der Kontaktierungssteg 30 einstückig in
Längsrichtung
des Kontaktverbinderelements 29 an diesem angeordnet (9).
Vorzugsweise sind die Gegenkontaktringe 4 mit nur einem
Paar Federarmen 11a oder 11b oder 11a/11b ausgebildet,
wobei anstelle eines zweiten Paares von Federarmen der Kontaktierungssteg 30 über Anbindungsstege 30a angebunden
ist. Der Kontaktierungssteg 30 mitsamt Kontaktelementring 4 ist
bevorzugt durch Stanzen hergestellt.
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Das
elektrisch leitende Verbinden einer in einem Folienleiter 3 angeordneten
Flachleiterbahn 2 mit dem Kontaktierungssteg 30 des
Kontaktverbinderelements 29 (10) erfolgt
prinzipiell wie in den 3 und 6 dargestellt
durch Einbringen des Kontaktstifts 6 eines Kontaktelementniets 5 in
das Ringloch 10 der Gegenkontaktringe 4. Dazu
durchsticht der Stift 6, 6a, 6b die zu
kontaktierende Flachleiterbahn 2 im Folienleiter 3,
der zwischen dem Nietkopf 7 des Kontaktelementniets 5 und
dem Kontaktelementring 4 angeordnet ist und wird durch
Verstemmen fest am Gegenkontaktring 4 und damit am Kontaktierungssteg 30 befestigt.
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Kontaktverbinderelemente 29,
wie sie in 9 und 11 dargestellt
sind, können
in einer Vielzahl geometrischer Anordnungen mit Flachbandleitern 2 elektrisch
leitend verbunden sein. Eine Mehrzahl von Kontaktverbinderelementen 29 lässt sich
beispielsweise parallel angeordnet mit jeweils einem Flachbandleiter 2 in
jeweils einem Folienleiter 3 durch Kontaktelemente 1 wie
oben beschrieben elektrisch leitend verbinden Gleichzeitig lässt sich
ein weiterer Flachbandleiter 2 in einem Folienleiter 3,
der einen anderen mit einem der Kontaktierungsstege 28 verbundenen
Folienleiter 3 kreuzt, mit einem weiteren Kontaktelement 1 und
einem weiteren Kontaktelementring 4 elektrisch leitend
verbinden.
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Es
lässt sich
auch ein Folienleiter 3, der eine Mehrzahl von Flachleiterbahnen
aufweist (11) mit einer Mehrzahl von Kontaktverbinderelementen 29 durch
Kontaktelemente 1 elektrisch leitend verbinden.
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Selbstverständlich können Folienleiter 3 verschiedenster
Geometrie mit erfindungsgemäßen Kontaktelementen 1 untereinander
und mit Kontaktverbinderelementen 29 elektrisch leitend
mit einer dauerhaften, gefederten, elektrischen Verbindung verbunden
werden.
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Die
Kombination eines an sich bekannten Kontaktverbinderelements 29 in
Form eines Flachfeder- oder eines Rundkontaktes mit dem erfindungsgemäßen Kontaktelement 1 gewährleistet,
dass die Folienleiter 3 auch in ihren Randbereichen mit
dem gleichen Kontaktierungsverfahren bearbeitet werden können wie
in ihren Überlappungs-
und Kreuzungsbereichen. Das spart erhebliche Kosten bei der Verarbeitung
von Flachbandleitern.