DE4210275C2 - Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren, insbesondere in einem Fahrzeug, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Beim elektrischen Kontaktieren von Bauelementen oder Baugruppen zur Ausrüstung von Fahrzeugen ergeben sich zusätzlich zu den auch sonst bestehenden Forderungen nach geringem Herstellungsaufwand, einfacher und leichter Montage und Austauschbarkeit sowie genügender Kontaktsicherheit weitere Probleme durch die während des Fahrzeugbetriebs auftretenden Erschütterungen, hervorgerufen durch den Verbrennungsmotor oder Fahrbahnunebenheiten.

Die ältere, nicht vorveröffentlichte DE 91 14 287 U1 zeigt ein elektrisches Schalt­ gerät mit einem aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Gehäuse und einer Steckerleiste mit einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte mit Hilfe einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Verbin­ dung besteht aus einem mechanisch vorgespannten Federelement, das einerseits am Gehäuse befestigt ist und andererseits an einem Bereich aus elektrisch leiten­ dem Material der Leiterplatte anliegt. Bei der Montage des Schaltgeräts wird die Steckerleiste mit der Leiterplatte in das Gehäuse eingeführt, wobei das Federele­ ment an der Leiterplatte entlanggleitet und im fertig montierten Zustand des Schaltgeräts aufgrund seiner mechanischen Vorspannung an der Leiterplatte in dem Bereich aus elektrisch leitendem Material anliegt. Das auf der Leiterplatte gleitende Ende des Federelementes weist eine gewölbte, oberflächenglatte Form auf.

Ein Schalter, insbesondere zum Einsatz in Tieftemperaturumgebungen, mit zwei gegenüberliegenden Schaltkontakten ist aus US 4,074,112 bekannt. Der eine der Kontakte weist eine gezackte Oberfläche auf; der andere Kontakt ist mit einer Spitze versehen, die gegebenenfalls eine auf dem ersten Kontakt befindliche Eis­ schicht bei Betätigung des Schalters durchdringen kann und so zu einer Kontak­ tierung führt.

Bei elektrischen Bauelementen oder Baugruppen erfolgt die elektrische Kontaktierung nach dem Stand der Technik im allgemeinen dadurch, daß die Leiterbahnen kupferkaschierter Leiterplatten am Rande in Kontaktflächen münden, die nach der Montage der jeweiligen Leiterplatte von gehäusefesten Kontaktfedern berührt werden. Diese Kontaktfedern bestehen gewöhnlich aus einer federharten Legierung, z. B. einer Kupfer- Beryllium-Legierung, und weisen im Kontaktbereich eine zum Leiterplattenkontakt hin konvexe Form auf, um Oberflächenbeschädigungen der Kupferkaschierung beim Zusammenbau der Baugruppe nach Möglichkeit zu vermeiden. Die Leiterplatte kann dabei entweder mit der Schmalseite zwischen die gabelförmig ausgebildeten Kontaktfedern eingeschoben oder mit der Kaschierungsseite auf die dann einseitig wirkenden Kontaktfedern aufgelegt und zusätzlich mechanisch befestigt werden. Im allgemeinen genügt diese Art der Kontaktierung den gestellten Anforderungen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei ihrer Anwendung im Fahrzeugbau infolge von Relativbewegungen zwischen den Kontaktfedern und den Kontaktflächen auf der Leiterplatte, hervorgerufen durch Vibrationen, Reibungskorrosion auftritt, die nach einiger Betriebszeit zu erhöhten Übergangswiderständen und schließlich zur völligen Leitungsunterbrechung führt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren anzugeben, die eine große Betriebssicherheit, insbesondere unter dem Einfluß von Erschütterungen, aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Im einzelnen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Bauelementen oder Baugruppen, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einer gehäusefesten, betriebsmäßig in Anlage an das Bauelement oder die Baugruppe bringbare Kontaktfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder im Bereich der elektrischen Kontaktierung wenigstens eine zum zu kontaktierenden Bauelement oder Baugruppe hin gerichtete Spitze zum teilweisen Eindringen in die Kontaktfläche des Bauelements oder der Baugruppe aufweist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist sichergestellt, daß auch heftige und/oder langandauernde Vibrationen, wie sie im Fahrzeugbetrieb auftreten, zu keiner Kontaktverschlechterung infolge von Relativbewegungen der Kontaktelemente untereinander führen.

Aus der DE 33 16 286 A1 ist eine Vorrichtung zum Kontaktieren von Leiterplatten bekannt, bei der insbesondere zum Herstellen einer Erdverbindung zwischen einem Gehäuse und der Leiterplatte eine den Rand der Leiterplatte umfassende Federklammer aufweist. Diese ist mit Krallen versehen, die sich in die Kontaktflächen der Leiterplatte verbeißen. Im eingebautem Zustand der Leiterplatte liegt die Federklammer an einem gehäusefesten Anschlag elektrisch leitend an. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Bauteils, nämlich der Federklammer, steht die bekannte Vorrichtung einer kostensparenden Ausführung hindernd entgegen. Außerdem ist durch die widerhakenförmige Gestalt der Krallen eine Demontage der Leiterplatte im Reparaturfall schwierig oder gar unmöglich, ohne die Kontaktfläche der Leiterplatte ernsthaft zu beschädigen. Das Problem der Reibungskorrosion ist in der DE 33 16 286 A1 gar nicht erwähnt. Es wäre damit auch nicht gelöst, sondern lediglich von dem Kontakt Leiterplatte-Federklammer auf die Kontaktstelle der Federklammer am gehäusefesten Anschlag verlagert.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kontaktfeder im Kontaktbereich zum zu kontaktierenden Bauelement oder zur Baugruppe hin konvex gekrümmt ist und die wenigstens eine Spitze in dem Krümmungsabschnitt angeordnet ist, welcher betriebsmäßig dem Bauelement oder der Baugruppe am nächsten liegt. Durch diese Bauweise ergibt sich eine definierte Kontaktstelle.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Kontaktbereich der Kontaktfeder parabelförmig gekrümmt ist. Bei dieser Formgestaltung kann die Federsteife des Kontaktbereichs der Kontaktfedern in weiten Grenzen vorbestimmt und eingehalten werden, so daß betriebsmäßig stets definierte Kontaktkräfte vorliegen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die Kontaktfeder mit beiden Fußpunkten der Krümmung am Gehäuse ab. Dadurch ergibt sich auch bei schwachem Federquerschnitt eine hohe Federsteife der Formfeder und damit die erwünschten großen Kontaktdrücke bei gleichzeitiger Materialersparnis.

Zur weiteren vorteilhaften Verbesserung der Kontaktsicherheit dient die Ausführung, bei der mehrere Spitzen in einer zum Bauelement oder zur Baugruppe parallelen Ebene vorgesehen sind.

Die Kontaktfeder der letztgenannten erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich in einfacher Weise dadurch herstellen, daß die Vielzahl von Spitzen durch Aufdornen des Werkstoffs der Kontaktfeder erzeugt ist.

Zur Herstellung dauerhafter Kontaktierungen sind außerdem angenietete oder eingelötete Kupfergeflechtbänder oder Federn bekannt, die jedoch relativ kompliziert und damit kostenträchtig sind und den Aus- und Einbau der Leiterplatten behindern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisch perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenwirken mit einer Leiterplatte in Seitenansicht,

Fig. 3 die Draufsicht auf die Ausführung nach Fig. 2,

Fig. 4 die Einzelheit "Y" aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist exemplarisch ein Detail aus einem Kombinationsinstrument gezeigt, wie es in großem Umfang in modernen Kraftfahrzeugen zur Sichtbarmachung verschiedener Fahrzeugfunktionen und -zustände eingesetzt wird. Zur Stromversorgung der Beleuchtungskörper sind darin Stromschienen 11 vorgesehen, die als aufgeklebte oder aufkaschierte Flachleiter im Gehäuse 12 angeordnet sind. Die für den Fahrzeugführer wichtigen Anzeigen und Anzeigeinstrumente sind auf einer flachen, kupferkaschierten Leiterplatte 13 (Fig. 2) angeordnet, die gleichzeitig tragende und elektrische Funktion hat. Diese als bereits bestückte Funktionsgruppe bestehende Leiterplatte 13 wird in das Gehäuse 12 eingelegt und dabei elektrisch mit den Stromschienen 11 des Gehäuses verbunden. Zu diesem Zweck ist am Ende jeder mit der Leiterplatte 13 zusammenwirkenden Stromschiene 11 eine Kontaktfeder 14 vorgesehen. Die Kontaktfeder 14 kann entweder einstückig aus dem gleichen Werkstoff wie die Stromschiene 11 ausgeformt sein oder sie kann wegen der Erfordernis abweichender elektrischer und/oder mechanischer Eigenschaften aus einem anderen Werkstoff bestehen und mit der Stromschiene 11 durch Annieten oder ein anderes, die mechanische und elektrische Verbindung herstellendes Verfahren verbunden sein.

Die Kontaktfeder 14 weist im vorliegenden Fall eine im wesentlichen langgestreckte schmale Gestalt auf, die sich zunächst mit einem Bereich 15 in der Verlängerung der Stromschiene 11 erstreckt und dann in einem anschließenden Bereich 16 in einem annähernd rechten Winkel abknickt. Dieser Bereich 16 liegt zumindest abschnittsweise auf einem Teil 17 des Gehäuses 12 auf und ist in diesem durch entsprechend gestaltete Führungen 18 seitlich gehalten. Im weiteren Verlauf geht der Bereich 16 der Kontaktfeder 14 in einen etwa parabelförmig gekrümmten Bereich 19 über, dessen stromschienenferner Fußpunkt 20 sich ebenfalls auf dem Gehäuseteil 17 abstützt und in einem abgewinkelten Gleitschuh 21 ausläuft. Dabei ist die Erhebung des parabelförmig gekrümmten Bereichs 19 so gewählt, daß der Scheitel der Parabel im entlasteten Zustand in den für die parallel zum Gehäuseteil 17 anordenbare Leiterplatte 13 hineinragt. Wenn die Leiterplatte 13 entsprechend Fig. 2 aufgelegt und mit dem Gehäuseteil 17 im Anschraubpunkt 22 (Fig. 1) verschraubt ist, dann liegt der Scheitel des parabelförmig gebogenen Bereichs 19 der Kontaktfeder 14 an dem an dieser Stelle vorgesehenen elektrisch leitenden Bereich der Leiterplatte 13 an und stellt die elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene 11 im Gehäuse 12 und der Leiterplatte 13 her.

Wie bereits einleitend ausgeführt, führen Fahrzeugerschütterungen zu Eigenbewegungen der Bauteile oder zu Relativbewegungen der Bauteile zueinander. Zur Vermeidung der damit verbundenen nachteiligen Folgen weist die Kontaktfeder 14 im Scheitel des parabelförmig gebogenen Bereichs 19 wenigstens eine zur Leiterplatte 13 zeigende Spitze 23 auf, die aus dem Werkstoff der Kontaktfeder 14 ausgeformt ist und die sich in die ggfs. zinnbeschichtete Kupferkaschierung der Leiterplatte 13 unter der Kraft der Federvorspannung eingräbt. Hierdurch erhöht sich örtlich der spezifische Kontaktdruck so weit, daß eine gasdichte Kontaktverbindung entsteht,die dem Luftsauerstoff den Zutritt verwehrt. Außerdem findet infolge der Werkstoffverformung danach betriebsmäßig keine Relativbewegung mehr zwischen der Oberfläche der Kontaktfeder 14 und der Leiterplattenoberfläche statt, wodurch Kontaktierungsprobleme durch Reibungskorrosion vermieden sind.

Vorteilhaft erfolgt die Herstellung der Spitze 23, durch Aufdornen mittels eines Dorns mit mehreren spitz zulaufenden Keilflächen. Dadurch werden mit einem Arbeitsvorgang mehrere Spitzen 23 ausgebildet (Fig. 3) und damit die Kontaktsicherheit weiter erhöht.

Vorzugsweise ist die Oberflächehärte der Kontaktfeder 14 und damit der Spitzen 23 deutlich größer als die Oberflächenhärte der Kupferkaschierung bzw. deren Beschichtung.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Bauelementen oder Baugruppen, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einer gehäusefesten, betriebsmäßig in Anlage an das Bauelement oder die Baugruppe bringbare Kontaktfeder, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (14) im Bereich (19) der elektrischen Kontaktierung wenigstens eine zum zu kontaktierenden Bauelement oder Baugruppe (13) hin gerichtete Spitze (23) zum teilweisen Eindringen in die Kontaktfläche des Bauelements oder der Baugruppe (13) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (14) im Kontaktbereich (19) zum zu kontaktierenden Bauelement oder zur Baugruppe (13) hin konvex gekrümmt ist und die wenigstens eine Spitze (23) in dem Krümmungsabschnitt angeordnet ist, welcher betriebsmäßig dem Bauelement oder der Baugruppe am nächsten liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich (19) der Kontaktfeder (14) parabelförmig gekrümmt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontaktfeder (14) mit beiden Fußpunkten (16, 20) der Krümmung am Gehäuse abstützt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spitzen (23) in einer zum Bauelement oder der Baugruppe (13) parallelen Ebene vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Spitzen (23) durch Aufdornen des Werkstoffs der Kontaktfeder (14) erzeugt ist.