DE4415022A1 - Vorrichtung mit einer Kontaktfeder, z. B. Kartenleser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer Kontaktfeder zum elektrischen Kontaktieren von Kontaktflä­ chen einer separaten Karte, zum Beispiel Chip-Karte oder Me­ mory-Karte, mit einem Kontaktträger z. B. Leiterplatte, des­ sen Kontakte mit Schaltkreisen verbunden sind, die die auf der Karte gespeicherten Informationen verarbeiten, zum Bei­ spiel auf einen Kartenleser und dessen Kontaktfedern.

Bei bekannten Kartenlesern kann der Kontaktträger einen Rah­ men aufweisen, an dem blattförmige Kontaktfedern befestigt sind, deren rückwärtiges Ende mit Lötfahnen oder dergleichen verbunden sind, über die die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktfedern und einer externen, außerhalb des Karten­ lesers befindlichen Vorrichtung hergestellt wird. Derartige Kartenleser sind beispielsweise in der DE-C-38 15 959 be­ schrieben.

Bekannte Kontaktträger können jedoch auch nach Art einer Leiterplatte ausgebildet sein, wobei die Enden der auf ihr befindlichen Leiterbahnen oder Schaltelemente aufweisenden Schaltkreise wiederum mit Verbindungsmitteln versehen sind, die die elektrische Verbindung mit äußeren Vorrichtungen herstellen, beispielsweise über ein flexibles Leiterband oder dergleichen. Da die Befestigung von Federn auf insbe­ sondere dünnen Leiterplatten schwierig ist, ist bei dem Kar­ tenleser nach der EP-A-02 34 654 ein plattenförmiger Kon­ taktträger durch ein Kontaktband mit einem Schlitten verbun­ den, der das Ende des Kontaktbandes in der Endstellung der eingeführten Karte auf die Kontakte der Karte drückt und so die Verbindung zwischen den Kontakten der Karte und den An­ schlußstellen für die äußeren Schaltkreise herstellt.

Bei Memory-Karten sind an einem Kartenende Steckerstifte oder Kontakthülsen für eine Steckverbindung mit einem Adap­ ter oder dgl. vorgesehen, über die die auf der Memory-Karte gespeicherten Informationen mit Schaltkreisen verbunden wer­ den, die diese Informationen dann verarbeiten.

In allen diesen Fällen ist es schwierig, zwischen einer se­ paraten Karte, auf der Informationen gespeichert sind, und externen Vorrichtungen, die die Informationen auswerten, ei­ ne gute Kontaktverbindung zu schaffen, die bei der Montage der Geräte sehr einfach herzustellen ist und störungsfrei arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung derartiger Kontaktverbindungen zu vereinfachen und zu ver­ bessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einer Wand, die zwischen den Kontakten eines Kontaktträ­ gers, bzw. einer Leiterplatte und einem Freiraum, z. B. einer Kartenführung angeordnet ist, der zur Aufnahme des die Kon­ taktflächen enthaltenden Abschnittes der Karte bestimmt ist, Aussparungen vorgesehen sind, in die federnde Kontaktelemen­ te in Form eines Ringes oder Wickels aus einem Metallband oder einem Metalldraht eingesetzt sind, und die einerseits die Kontakte des Kontaktträgers kontaktieren und anderer­ seits in den Freiraum ragen. Dabei kann der Kontaktträger ortsfest im Gehäuse angeordnet sein, z. B. durch eine Gehäu­ sewand gebildet sein oder aber zunächst als separates Teil hergestellt und dann ortsfest in dem Vorrichtungsgehäuse be­ festigt sein oder aber, wie bei dem Kartenleser nach der DE- C-38 15 959, als Schlitten ausgeführt sein, der sich beim Einführen der Karte in der Einschubrichtung bewegt und sich am Ende oder kurz vor dem Ende dieser Bewegung auf die Karte aufsetzt.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß keine Kontaktfedern, Kontakte oder dergleichen durch Nieten, Löt­ verbindungen oder dergleichen an dem Kontaktträger befestigt werden müssen, vielmehr müssen lediglich die Kontaktelemente ohne mechanische Befestigung in die Aussparungen eingesetzt werden, sei es lose oder sei es gegen einen gewissen Rei­ bungswiderstand. Sie können durch einen Rahmen gehalten oder auf einem Stab aufgefädelt sein. Die Aussparungen können in einer Platte vorgesehen sein, die dann am Kontaktträger be­ festigt wird. Die Aussparungen können aber auch in einer Wand oder Platte des Vorrichtungsgehäuses vorgesehen sein, an der der Kontaktträger befestigt wird oder aber die zu­ gleich den Kontaktträger bildet. Werden die Kontaktelemente von dem dem Kontaktträger zugewandten Ende her in die Aus­ sparungen eingesetzt, so wird die feste Verbindung zwischen dem Kontaktträger und dem Teil, das die Aussparungen trägt, erst nach dem Einsetzen der Kontaktelemente hergestellt. Werden die Kontaktelemente dagegen von dem dem Freiraum be­ nachbarten Ende der Aussparungen her in die Aussparungen eingesetzt, so kann der Kontaktträger auch bereits vor dem Einsetzen der Federelemente mit dem die Aussparungen tragen­ den Teil fest verbunden sein. In diesem Falle kann es dann zweckmäßig sein, wenn die den Aussparungen abgewandte Be­ grenzung des Freiraumes, z. B. bei einem Kartenleser die Be­ grenzung der Kartenführung, nach dem Einsetzen der Kontakt­ elemente angebracht wird, so daß die Elemente aus den Aus­ sparungen lediglich so weit heraustreten können, bis ihr dem Kontaktträger abgewandtes Ende z. B. auf der Begrenzungswand der spaltförmigen Führung für eine Karte aufliegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich mit besonderem Vorteil bei der Herstellung von Kartenlesern für Chip-Karten verwirklichen, bei denen die Kontakte der Chip-Karten mit Kontakten auf Leiterplatten verbunden werden müssen, die auch Schaltelemente aufweisen. Die Leiterplatten werden im allgemeinen in dafür besonders ausgerüsteten Betrieben oder Betriebsabteilungen hergestellt, in denen sie die Leiterbah­ nen erhalten und gegebenenfalls mit den Schaltelementen be­ stückt werden. Diese Leiterplatten werden dann bei Ausfüh­ rungsformen der Erfindung, ohne daß noch irgendeine Lötung erforderlich ist, auf den der Kartenführung abgewandten Sei­ te der die Aussparungen enthaltenden Platte befestigt, so daß die elektrische Verbindung zwischen Kartenkontakt und Leiterplatte ohne jede Lötung oder dergleichen hergestellt wird. Diese Kombination aus Leiterplatte und Wand mit Kon­ taktelementen wird dann als fertiges Bauteil vom Anwender in beliebige Geräte eingebaut.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest solange, wie noch keine Leiterplatte auf der die Aussparungen aufwei­ senden Wand befestigt ist, diese Seite der Wand mit einer Folie oder einem Deckel abgedeckt sein, die entweder bei der Befestigung der Leiterplatte auf der die Aussparung tragende Platte entfernt wird, oder aber kleine Löcher dort haben, wo die Spitzen der Kontaktelemente hindurchtreten sollen, so daß die Folie dann nicht entfernt zu werden braucht. Die Fo­ lie schützt diese Seite der Platte vor dem Herausfallen von lose eingesetzten Kontaktelementen. Auf der anderen Seite verhindert die im Abstand von den Aussparungen verlaufende (untere) Begrenzung des Freiraumes, z. B. einer Kartenfüh­ rung, ein Herausfallen der Kontaktelemente aus den Ausspa­ rungen.

Im folgenden wird als Kontaktträger eine Leiterplatte ange­ nommen, weil dies der häufigste Anwendungsfall der Erfindung ist. Dies schließt jedoch die Anwendung der im folgenden be­ schriebenen Merkmale bei anderen Kontaktträgern nicht aus.

Die Kontakte der Leiterplatte sind bei Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Flächen ausgebildet, an denen die der Leiterplatte benachbarten Enden der Kontaktelemente an­ liegen.

Wie bereits erwähnt, können die Kontaktelemente so geformt sein, daß sie lose in der Aussparung liegen und erst dann, wenn die Karte in den Freiraum eingeschoben ist, an dem Kon­ takt der Leiterplatte mit dem vorgeschriebenen Kontaktdruck aufliegen. Die Kontaktelemente können aber auch so ausgebil­ det sein, daß sie bereits mit einer bestimmten Vorspannung an dem Kontakt der Leiterplatte anliegen. Diese Vorspannung kann dadurch erzeugt werden, daß das Kontaktelement auf ei­ ner Verengung oder einer Schulter der Aussparung sich ab­ stützt, und das der Leiterplatte zugewandte Ende vor ihrem Aufsetzen etwas über das der Leiterplatte zugewandte Ende der Aussparung hinaussteht, so daß beim Aufsetzen der Lei­ terplatte auf das die Aussparungen aufweisende Teil die Kon­ taktelemente entgegen ihrer Federwirkung etwas in die Aus­ sparungen zurückgedrückt werden, also auch an dieser Stelle zur Herstellung eines bleibenden Kontaktes eine Deformierung des Umfanges der Kontaktfeder erfolgt.

Die dem Freiraum, z. B. einer Kartenführung zugewandten Enden der Kontaktelemente ragen über das dem Freiraum zugewandte Ende der Aussparungen hinaus, so daß sie beim Einschieben der Karte oder dann, wenn der Kontaktträger mit dem die Aus­ sparungen tragenden Teil wie bei Kartenlesern mit Hilfe ei­ ner schräg zur Kartenbahn verlaufenden Schlittenführung rechtwinklig auf die Karte aufgesetzt wird, oder wie z. B. bei der Momory-Karte eine Kontaktleiste aufgesetzt wird, ge­ gen Federwirkung in ihre Aussparung zurückgedrückt werden.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchmesser der Kontaktelemente um soviel größer sein als der Durchmesser der Aussparungen, daß die Kontaktelemente mit etwas Rei­ bungsschluß in den Aussparungen gehalten sind. Dadurch wird die Montage weiter vereinfacht.

Bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Kontakt­ träger und das die Aussparungen tragende Teil wie oben er­ wähnt mittels einer Schlittenführung auf die in Endstellung befindliche Karte aufgesetzt werden, ist Sorge dafür getra­ gen, daß die aus den Aussparungen herausragenden Kontaktele­ mente nicht aus den Aussparungen herausfallen, solange diese nicht auf der Karte aufsitzen. Dies kann beispielsweise durch den bereits erwähnten Reibungsschluß erreicht werden, mit denen die Kontaktelemente in die Aussparungen eingesetzt sind. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung weisen die Aussparungen eine Schulter auf, auf der die Kontaktelemente aufsitzen. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung ve­ rengt sich der Querschnitt der Aussparungen an dem dem Frei­ raum zugewandten Ende.

Zum Einfügen von aus einem Federring oder dergleichen beste­ henden Kontaktelementen können die für mehrere in einer Rei­ he hintereinander liegende Aussparungen bestimmte Federringe auf einem Dorn aufgefädelt sein, der dann auf der Platte eingeklippt wird und dort verbleibt, oder er wird nach dem gleichzeitigen Einbringen der Federringe in die Aussparungen herausgezogen.

Die Kontakte auf der Karte und auf der Leiterplatte und auch die Kontaktflächen der Kontaktelemente können aus einem an sich bekannten Kontaktwerkstoff hergestellt sein, der nicht oxydiert und auch, bei besonderen Anwendungen des Kartenle­ sers, keine Feinwanderung zeigt. Solche Kontaktwerkstoffe sind beispielsweise Gold/Nickel- oder Silber/Kadmium-Legie­ rungen.

Die Aussparungen in der Wand oder dergl. können das Kontakt­ element nach Art eines Käfigs umschließen. Die als Kontakt­ elemente erfindungsgemäß verwendeten Kontaktfedern können bei Ausführungsformen der Erfindung unterschiedlich ausge­ bildet sein. Jedoch kontaktieren alle mit dem Windungsab­ schnitt, der aus dem Käfig herausragt, den auf der Karte be­ findlichen Kontakt, sei es nun, wenn, wie bei bekannten Kar­ tenlesern, die Karte auf einer im Kartenleser befindlichen Bahn tangential zu diesem Windungsabschnitt bewegt wird oder aber, wie bei anderen Kartenlesern, der Kontaktträger von der Karte in einer schrägen Führung zu der Karte geführt wird, so daß sie sich rechtwinklig zu der Kartenoberfläche auf die Kontaktfläche aufsetzt oder aber, wie bei der Memo­ ry-Karte, eine Kontaktleiste aufgesetzt wird. Alle diese Be­ wegungen bewirken einen Druck auf die auf dem Käfig heraus­ ragende Windung, der den Kontaktdruck darstellt, mit der die Kontaktfeder auf der Kontaktfläche der Karte aufliegt.

Wenn die Feder durch einen geschlossenen Ring gebildet wird, so kann dieser Ring so deformiert werden, daß er an allen drei Wänden des Käfigs anliegt und, sofern dies vorgesehen ist, zur Rundung des aus dem Käfig herausragenden Ringab­ schnittes etwas flacher gedrückt wird. Das gleiche kann bei Kontaktfedern geschehen, die nicht durch einen geschlossenen Ring gebildet sind, sondern das Federelement mindestens eine Windung enthält, die aber an ihren Enden, die sich überlap­ pen können oder auch nicht, offen ist. In diesen Fällen kann der auf den aus dem Käfig herausragende Windungsabschnitt ausgeübte Druck außer dem Andrücken der Windung an die Kä­ figflächen und außer einer Verflachung des aus dem Käfig herausragenden Abschnittes sich der Durchmesser der Windung verkleinern, also das offene Federende sich ein kleines Stück auf der vom Käfig vorgegebenen Kreisbahn bewegen. Der Kontaktdruck ist daher bei gleichem Federmaterial je nach­ dem, ob ein geschlossener Ring oder aber eine offene Windung verwendet wird, verschieden. Dies wiederum hat den Vorteil, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Kontaktfeder bei gleichem Federwerkstoff der Kontaktdruck in weiten Gren­ zen eingestellt werden kann. Hierzu kommen noch die Möglich­ keiten, durch Auswahl des Federwerkstoffes und der Gestal­ tung des Querschnittes des Federwerkstoffes diesen Kontakt­ druck in weiten Grenzen zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Kontaktfeder aus einem Federdraht mit rundem Querschnitt geformt sein. Anstelle eines Federdrahtes kann auch ein Fe­ derband verwendet werden, insbesondere sogar ein Federband, dessen Querschnitt eine Wölbung aufweist. Schließlich kann die Windung oder der Ring eine nach außen aus der Rundung heraustretende Kalotte aufweisen, wobei wiederum der Kon­ taktdruck beeinflußt werden kann.

Der Käfig kann zunächst als eine in einer Wand durchgehende Aussparung vorgesehen sein, der nach dem Einsetzen der Kon­ taktfeder auf der einen Stirnseite verschlossen wird. Diese Stirnseite hat entweder an ihrer Innenfläche bereits den zu den Leiterbahnen gehörenden Kontakt, die zu den externen Schaltelementen führen oder aber eine kleine Aussparung, durch die hindurch ein kleiner Abschnitt der Kontaktfeder hindurchtritt und den auf der Außenseite dieser Wand befe­ stigten Kontaktträger oder die dort befestigte Leiterbahn kontaktiert und eine feste, starre Kontaktverbindung im Un­ terschied zu der am anderen Käfigende vorgesehenen Kontakt­ verbindung eingeht, die nur bei eingeschobener Karte eine leitende Verbindung mit den Kontakten der jeweils eingescho­ benen Karte eingeht.

Die Aussparungen, aus denen die Kontaktfedern zum Kontaktie­ ren mit Kontakten der Karte herausragen, können in einer Platte vorgesehen sein, die dann an einem Kontaktträger be­ festigt wird, sie können aber auch in einer Wand oder einer Platte eines Gerätegehäuses vorgesehen sein, an der der Kon­ taktträger befestigt wird oder aber die zugleich den Kon­ taktträger bilden. Werden die Kontaktfedern von dem dem Kon­ taktträger zugewandten Ende her in die Aussparungen einge­ setzt, so wird die feste Verbindung zwischen dem Kontaktträ­ ger und dem Teil, das die Aussparungen trägt, erst nach dem Einsetzen der Kontaktfedern hergestellt. Werden dagegen die Kontaktfedern von dem dem Freiraum benachbarten Ende der Aussparungen her in diese eingesetzt, so kann der Kontakt­ träger auch bereits vor dem Einsetzen der Federelemente mit dem die Aussparungen tragenden Teil fest verbunden sein.

Ein das Einsetzen der Kontaktfeder in den Käfig erleichtern­ der Reibungsschluß zwischen der Kontaktfeder und den Käfig­ wänden kann bei Ausführungsformen der Erfindung dadurch be­ werkstelligt sein, daß der Durchmesser der Windung des Fe­ derelementes etwas größer ist als der Durchmesser des Kä­ figs, oder daß mindestens ein Ende der Kontaktfeder etwas aus der Ebene der Windung der Kontaktfeder nach außen gebo­ gen ist.

Wird die Kontaktfeder als offene Windung ausgebildet, wobei mindestens ein Federende frei beweglich ist, so wird bei ih­ rer Verwendung bei Kartenlesern beim Einschieben der Karte auf der tangential zur Federwindung verlaufenden Bahn auf die Kontaktfeder eine Rollbewegung ausgeübt. Diese bewirkt, wenn ein Ende des Federelementes in dem Käfig fixiert ist, eine Verringerung des Windungsdurchmessers der Kontaktfeder, auch wird hierdurch die Spannung der Feder erhöht. Diese Rollbewegung wird teils dadurch erzeugt, daß der aus dem Kä­ fig herausragende Windungsabschnitt in den Käfig zurückge­ drückt wird, teilweise wird aber diese Rollbewegung auch durch die Reibung der Windung auf der Kartenoberfläche be­ wirkt, sofern eine solche Reibung zugelassen wird. Das glei­ che gilt aber auch dann, wenn das Federelement frei in dem Käfig angeordnet ist, also nicht eines der beiden Federele­ mente im Käfig fixiert ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung in Ver­ bindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei Ausfüh­ rungsformen der Erfindung verwirklicht sein.

In der Zeichnung sind die zum Verständnis der Erfindung we­ sentlichen Teile von Ausführungsformen der Erfindung in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 einen senkrecht zur Kartenebene verlaufenden Schnitt durch einen Teil des Kartenführungs­ spaltes bei verschiedenen Phasen der Ein­ schubbewegung;

Fig. 4 in einem gleichen Schnitt vergrößert Ausfüh­ rungsformen von Kontaktelementen;

Fig. 5 nochmals größer die Ansicht eines Kontaktele­ mentes in seiner Aussparung in Richtung der Bewegung der Karte gesehen;

Fig. 6 eine Seitenansicht des in Fig. 5 dargestell­ ten Kontaktelementes;

Fig. 7 eine der Ausführungsform nach Fig. 5 ähnliche Ausführungsform eines Kontaktelementes;

Fig. 8 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktfeder;

Fig. 9 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längs­ schnitt durch einen eine Kalotte aufweisenden Abschnitt der Kontaktfeder;

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausfüh­ rungsform der Kontaktfeder nach der Linie X-X der Fig. 8;

Fig. 11 zeigt eine Anwendung der in Fig. 8 darge­ stellten Ausführungsform der Kontaktfeder bei einem Kartenleser ohne die mit dem Kartenle­ ser zusammenarbeitende Karte in einem Längs­ schnitt;

Fig. 12 zeigt den Kartenleser nach Fig. 11 mit einer Chip-Karte während des Einschiebens der Kar­ te;

Fig. 13 zeigt den in Fig. 4 und 5 dargestellten Kar­ tenleser mit bis in die Leseposition einge­ schobener Chip-Karte;

Fig. 14 eine Ausführungsform eines Kartenlesers mit einem als Lötstift ausgebildeten Ende der Kontaktfeder.

Bei der in den Fig. 1-3 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kartenlesers sind auf der Oberfläche einer Karte 1 Kontaktflächen 12 angeordnet, die zu in der Karte befindlichen Stromkreiselementen oder Verbindungen führen. Von dem Lesergehäuse ist lediglich eine Gehäusewand 2 dargestellt, die einen Spalt 3 zur Kartenführung aufweist, in den die Karte 1 eingeschoben wird. In dem Gehäuseteil 2 befinden sich mehrere Aussparungen 4, von denen in den Fig. 1 bis 3 lediglich eine Aussparung dargestellt ist. In diese Aussparung ist eine als Kontaktelement verwendete Kon­ taktfeder 5 in der dargestellten Ausführungsform lose einge­ setzt. Die Aussparungen 4 sind durch einen Kontaktträger 6 abgeschlossen, der bei der dargestellten Ausführungsform als Leiterplatte ausgebildet ist. Die Leiterplatte 6 weist an der Stelle, an der sie eine Aussparung 4 abschließt, eine Kontaktfläche 7 auf. Das Gehäuseteil, das den Kartenfüh­ rungsspalt 3 trägt, kann zweckmäßig aus einem oder zwei plattenähnlichen Teilen bestehen, die so aneinander befe­ stigt sind, daß der Spalt 3 für die Kartenführung entsteht.

In den Fig. 1 bis 3 ist lediglich eine Aussparung 4 mit einem ringförmigen Kontaktelement 5 dargestellt. Bei Ausfüh­ rungsformen der Erfindung sind jedoch solche Aussparungen 4 in dem Gehäuseteil 2 überall dort vorgesehen, wo bei einge­ schobener Karte die Kontakte 12 der Karte liegen und ent­ sprechend die Kontakte 7 in der Leiterplatte 6 vorgesehen sind. In den Fig. 1 bis 3 ist noch eine Kartenbremse 8 vorgesehen, die als federartiger Fortsatz an dem in Fig. 1 den Spalt 3 unten begrenzenden Gehäuseteils 9 ausgebildet ist und in eine Aussparung 10 dieses Gehäuseteils 9 und in die Kartenbahn hineinragt.

Die Kontaktelemente 5 werden in die Aussparungen 4 lose, ge­ gebenenfalls auf einen Dorn aufgereiht, eingesetzt und gege­ benenfalls zumindest während der Zeit, in der auf dieser Seite die Leiterplatte 6 noch nicht befestigt ist, durch ei­ ne Folie abgedeckt, die entweder unmittelbar auf der Wand­ fläche aufliegend oder in einem Abstand von ihr z. B. von 0,5 mm am Gehäuse oder der Wandfläche befestigt ist. Hierauf wird die Leiterplatte 6 auf dem Gehäuseteil 2 befestigt, so­ fern die Folie bleibend befestigt ist, weist sie kleine Lö­ cher auf, durch die hindurch die Spitzen der Kontaktelemente 5 die Leiterplatte 6 kontaktieren.

Das Kontaktelement 5 ist so groß, daß es in den durch den Spalt 3 gebildeten Freiraum hineinragt und bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Stellung der Teile auf der unteren Be­ grenzung des Spaltes 3 aufliegt. Wird nun die Karte in Rich­ tung des Pfeiles 11 in den Spalt 3 eingeführt, so hebt das vordere Ende der Karte 1 das Kontaktelement 5 an (Fig. 2). Beim weiteren Einschieben wird das Kontaktelement 5 entgegen seiner Federwirkung gespannt, so daß es in Fig. 3 oben an der Kontaktfläche 7 der Leiterplatte 6 und unten auf einer Kontaktfläche 12 der Karte 1 mit einem bestimmten Kontakt­ druck aufliegt und damit die Kontaktflächen 7 und 12 mitein­ ander elektrisch leitend (galvanisch) verbindet.

Der Längsdurchmesser der Aussparung 4, 40 kann größer, gleich oder etwas kleiner als der Durchmesser der Federwin­ dung sein. Ist dieser größer oder gleich der Federwindung, so legt sich diese bei Druckbeanspruchung nicht nur an den Kontakt der Leiterplatte sondern auch an die Wände der Kam­ mer an und verformt sich dabei (Fig. 3). Dadurch ist der Kontaktdruck auf der Leiterplatte und auf der Karte defi­ niert.

Beispiele eines in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Kon­ taktelementes 5 sind in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. Das Kontaktelement besteht aus einem Federdrahtwickel 13, dessen einzelne Windungen in Fig. 5 den gleichen Durchmesser auf­ weisen, wogegen bei der Ausführungsform nach Fig. 7 die mittleren Windungen einen größeren Durchmesser aufweisen, als die benachbarten Windungen, so daß der Wickel 13 in Fig. 7 einen etwas gewölbten Umfang aufweist, wogegen der in Fig. 5 dargestellte Wickel 13 einen zylindrischen Umfang auf­ weist. Die letzten Windungen 14 des Wickels 13, die in die Enden des Federdrahtes münden, weisen einen Durchmesser auf, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der anderen Windungen. Die Federdrahtenden liegen dabei in der Nähe der Wickelachse innerhalb eines Kreises 15, so daß diese Enden nie mit einer der Kontaktflächen 7 und 12 in Berührung kom­ men können. Der Durchmesser der mittleren Windungen des Wic­ kels 13 beträgt bei einer Ausführungsform der Erfindung ca. 3,2 mm, wogegen der Durchmesser des Kreises 15, innerhalb dem die Enden des Federdrahtes liegen, etwa 1 mm beträgt.

Die Kontaktflächen 7 und 12 bestehen aus einem geeignetem Kontaktwerkstoff, beispielsweise aus Gold oder einer Gold/ Nickellegierung, der Wickel 13 vorzugsweise aus einem ver­ goldetem Federdraht. Die Ebene der Windungen des Wickels 13 liegt parallel zur Einschubrichtung, so daß also die Achse des Wickels quer zur Einschubrichtung 11 der Karte verläuft und das vordere Ende der Karte 1 den Wickel 13 an seinem kreisförmigen Umfang trifft. Beim weiteren Einschieben der Karte kann der Wickel auf der Kartenoberfläche rollen oder schleifen, bis die Karte ihre Endposition und der Wickel die Kontaktfläche 12 erreicht haben. Bei der in Fig. 7 darge­ stellten Form der Kontaktfeder erreicht die mittlere Windung einen Kontaktdruck, der höher ist als der Kontaktdruck der benachbarten Windungen.

In Fig. 4 sind mehrere der möglichen Kontaktelemente in ei­ ner der in Fig. 1 bis 3 entsprechenden Darstellung gezeigt:
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4e besteht das Kontaktele­ ment aus einem aus Metallband bestehenden Ring 25, dessen Achse quer zur Einschubrichtung 11 der Karte verläuft.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4h besteht das Kontaktele­ ment aus einer s-förmigen Feder 24, die aus Federdraht oder aber aus einem entsprechenden Metallband gebildet sein kann.

Das Kontaktelement gemäß der Ausführungsform k besteht aus einem Metallband oder einem Metalldraht 21, dessen eines En­ de 22 radial nach außen abgewinkelt ist. Die Aussparung 16 weist eine Schulter 17 auf, auf der das Ende 22 aufliegt.

Bei der Ausführungsform 1 weist die Aussparung 18 an ihrem unteren Ende eine Verengung 19 auf. In der Aussparung 18 be­ findet sich eine Metallkugel 23, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Verengung 19, so daß die Kugel 23 nicht in Fig. 4 nach unten aus der Aussparung 18 heraus­ treten kann. Die Kugel 23 wird durch eine Schenkelfeder 26 mit gekreuzten Schenkeln gegen die Kartenbahn gedrückt.

Bei der Ausführungsform k kann das Band glatt sein oder aber beispielsweise entlang seiner Mittellinie jeweils eine Kröp­ fung oder eine Rille aufweisen, so daß diese Kröpfung oder Rille eine Wölbung bildet, die auf der Kontaktfläche oben und unten mit einem erhöhten Kontaktdruck aufliegt. In einer solchen Weise können alle Kontaktelemente ausgebildet sein, bei denen Metallbänder verwendet werden.

Bei Ausführungsformen können Kontaktelemente so gelagert sein, daß sie beim Einschieben der Karte auf der Kartenober­ fläche abrollen. Ein solches Abrollen ist jedoch nicht er­ forderlich, insbesondere dann nicht, wenn Kontaktträger 6 und eine die Aussparungen 4 aufweisende Kunststoffplatte in einem Schlitten untergebracht sind, der im Bereich des Endes der Kartenbewegung von oben auf die Kartenoberfläche aufge­ setzt wird.

Bei der in Fig. 8 bis 10 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein Kontaktelement 29 aus einem Band aus fe­ derndem, elektrisch leitendem, gegebenenfalls mit einer gut leitenden Schicht, z. B. Gold, überzogenem Werkstoff zu einem Kreis gebogen. Das eine Bandende 30 ist nach innen abgebo­ gen, es kann auch um einige Winkelgrade aus der durch den Kreis gebildeten Ebene herausgebogen sein, so daß es an ei­ ner Wand des später beschriebenen Käfigs oder Aussparung an­ liegt. Das andere Ende der Kontaktfeder ist zunächst etwa rechtwinklig und radial nach außen unter Bildung eines Ab­ schnittes 31 gebogen, an den sich ein rechtwinklig dazu ver­ laufender Abschnitt 32 anschließt, wobei beide Abschnitte in der Ebene verlaufen, in der auch der durch das Federband ge­ bildete Kreis verläuft. Die im Kreis verlaufenden Abschnit­ te, an denen sich die Enden 2 und die Abschnitte 3 und 4 an­ schließen, überlappen sich etwas, bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform etwa in einem Segment von 30 Winkelgraden. Etwa in einem Winkelabschnitt von 130 bis 140° von dem abgebogenen Ende 2 ist in dem Federband eine Kalotte 33 eingearbeitet, die in Fig. 9 in größerem Maßstab darge­ stellt ist. Diese über den Kreisumfang hinausstehende Kalot­ te dient dazu, den Kontaktdruck zu erhöhen, den das Kontakt­ element auf eine in den Kartenleser eingeführte Chip-Karte ausübt. Bei einem Kontaktelement, das einen Durchmesser von etwa 2 mm aufweist, kann diese Kalotte etwa 0,2 mm hoch sein.

Das Federelement kann aus einem flachen Federband gewickelt sein, es kann aber auch aus einem im wesentlichen gewölbten Flachband hergestellt sein, wie dies aus Fig. 10 ersichtlich ist.

Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kartenleser, der mit mehreren erfindungsgemäßen Kontaktfedern bestückt ist, von dem jedoch nur eine Kontaktstelle dargestellt ist. Der Kartenleser weist ein Gehäuse 36 aus Kunststoff auf, in dem zur Führung der Karte 1 ein Führungsschlitz 3 mit Mund­ stück 34 vorgesehen ist. Eine in Fig. 11 nach oben federnde Kartenbremse 8 bremst die Karte in ihrer Endstellung und hält sie dort fest. Das Gehäuse 34 weist zur Aufnahme eines Deckels 36 eine Aussparung 37 auf, die so ausgebildet ist, daß die Oberfläche des Deckels 36 mit der Oberfläche 38 des Gehäuses 34 fluchtet.

In dem Gehäuse 34 befindet sich in Fig. 11 oberhalb des Füh­ rungsschlitzes 3 eine von dem Boden 39 der Aussparung 37 bis zum Führungsschlitz 3 reichende Aussparung 40, die für die Feder einen Käfig darstellt und die an ihrem unteren Ende einen nach innen ragenden, die lichte Weite der Aussparung 40 verengenden Vorsprung 41 aufweist. In die Aussparung 37 ist der Deckel 36 eingesetzt, der mit Befestigungsmitteln 42 auf dem Gehäuse 34 befestigt ist. Darüber ist die Leiter­ platte 6 auf dem Gehäuse 34 befestigt, die den Kontakt 7 an der Stelle aufweist, die über die Aussparung 40 zu liegen kommt. Die Aussparung 40 setzt sich in dem Deckel 36 fort, und sie ist an ihrem oberen Ende durch eine vorspringende Schrägfläche 43 ebenfalls verengt.

Der Querschnitt der Aussparung 40 ist rechteckig und entwe­ der geringfügig größer als der in Fig. 8 dargestellte Durch­ messer der Federwindung, so daß die Kontaktfeder lose in der Aussparung 40 sitzt, oder aber geringfügig kleiner, so daß die Kontaktfeder mit Reibungsschluß in der Aussparung 40 sitzt. Die Aussparung 40 bildet zusammen mit der entspre­ chenden Aussparung in der Platte 36 einen Käfig für die Kon­ taktfeder. Auf der der als Verengung wirkenden Schrägfläche 43 gegenüberliegenden Seite ist eine mit der Aussparung 40 fluchtende Aussparung 44 im Deckel 36 etwas größer als die Aussparung 40 im Gehäuse 34.

An der der Schrägfläche 43 gegenüberliegenden Seitenwand der Aussparung 44 befindet sich eine Schulter 45 mit einem Rück­ sprung 46, der sich bis zur halben Höhe des Deckels 36 fort­ setzt. An ihrem oberen Rand weist die Aussparung 44 entweder die gleiche Breite wie die Aussparung 40 auf oder aber ist diese Seitenwand etwas in Fig. 11 nach rechts versetzt, so daß der Durchmesser des oberen Endes der Aussparung 44 etwas größer ist als der Durchmesser der Aussparung 40.

Weist die Kontaktfeder eine Kalotte 33 auf, so ragt dasjeni­ ge Kreissegment in den Führungsschlitz 3 hinein, das die Ka­ lotte 33 trägt. Weist die Kontaktfeder die in Fig. 8 darge­ stellte Form auf, so liegt der Abschnitt 31 des äußeren Fe­ derendes in dem Rücksprung 46 auf der Schulter 45 auf und der Abschnitt 32 des Federendes ist so lang wie der Rück­ sprung 46 hoch ist. Ist daher der Deckel 36 in das Gehäuse 34 eingesetzt, so ist die Kontaktfeder sicher in der Ausspa­ rung 40, 44 gehalten und bei Ausführungsformen der Erfindung liegt das in Fig. 11 obere Federsegment mit einem bestimmten Kontaktdruck an dem Kontakt 7 der Leiterplatte 6 an. Wird eine Karte 1, z. B. eine Chip-Karte in den Führungsschlitz 3 des Gehäuses eingeschoben, so drückt diese das in den Füh­ rungsschlitz 3 hineinragende Federsegment nach oben, wobei das freie Federende 30 in der Darstellung gemäß Fig. 12 eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn ausführt, so daß sich der Durchmesser der Federwindung entgegen der Federkraft verrin­ gert und daher dieses Federsegment mit einem bestimmten Druck auf der Karte 1 aufliegt. Die zunächst kreisförmige Windung der Kontaktfeder wird daher beim Einschieben der Karte an ihrer in Fig. 12 unteren Seite in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 deformiert, wie auch das obere Kreissegment der Kontaktfeder, das nunmehr an die Leiterplatte 6 angedrückt wird.

In der Darstellung der Fig. 13 ist die Karte 1 so weit in den Führungsschlitz 3 eingeschoben, daß der auf der Karte befindliche Kontakt 12, beispielsweise ein Chip-Kontakt, un­ ter das Federsegment, z. B. unter die Kalotte 33, zu liegen kommt und dieses Federelement auf diesem Chip-Kontakt 12 mit einem bestimmten Kontaktdruck aufliegt. Das in der Darstel­ lung der Fig. 11 in den Führungsschlitz 3 hineinragende Seg­ ment der Kontaktfeder ist dabei so weit in die Aussparung 40, 44 hineingedrückt, daß es auf der Verengung 41 nicht mehr aufliegt. Diese Verengung dient dazu, das Federelement in dem Käfig zu sichern, so lange keine Karte 1 die untere Öffnung der Aussparung 40 verschließt. In dieser Stellung erfolgt der Informationsaustausch zwischen dem Kontakt 7 der Leiterplatte 6 und dem Chip-Kontakt 12.

Liegt die Kontaktfeder 29 mit viel Reibung auf der Karte 1 auf, so versucht sie beim Zurückziehen der Karte 1, sich in der Aussparung 40, 44 im Uhrzeigersinn zu verdrehen. Dies geht jedoch nur dann, wenn der Abschnitt 31 der Kontaktfeder sich beim Hereinschieben der Karte 1 von der Schulter 45 ab­ hebt.

In Fig. 14 ist eine Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt, in der der Abschnitt 32 des Endes der Kontaktfeder eine Verlängerung 47 aufweist, so daß dieses Federende durch eine Bohrung 48 in der Leiterplatte 6 hindurchgreift und in seinem hinausragenden Ende einen Lötstift trägt.

Das Gehäuse 2, 34 kann Teil eines Kartenlesers oder eines Adapters für eine Memory-Karte, aber auch Teil eines anderen elektronischen Gerätes sein, das Kontakte enthält, die mit von außen herangeführten Kontakten zusammenarbeiten, oder aber die innerhalb eines Gerätes an Schaltelementen oder Baugruppen angeordnet sind. Auch bei derartigen Anwendungen der Erfindung werden Lötstellen vermieden.

Claims (33)

1. Vorrichtung mit einer Kontaktfeder zum elektrischen Kontaktieren von Kontaktflächen einer separaten Karte, z. B. Chip-Karte oder Memory-Karte, mit einem Kontaktträger, z. B. Leiterplatte, dessen Kontakte mit Schaltkreisen verbunden sind, die die auf der Karte gespeicherten Informationen verarbeiten, z. B. Kartenleser, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wand (2), die zwischen Kontakten (7) des Kontakt­ trägers (6) und einem Freiraum (3) angeordnet ist, der zur Aufnahme des die Kontaktflächen enthalten­ den Abschnittes der Karte (1) bestimmt ist, Ausspa­ rungen (40, 44) vorgesehen sind, in die federnde Kontaktelemente (5) in Form eines Ringes oder Wic­ kels (13, 29) aus einem Metallband oder einem Me­ talldraht eingesetzt sind, und die einerseits die Kontakte (7) des Kontaktträgers (6) kontaktieren und andererseits in den Freiraum (3) ragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktfeder mindestens eine Windung enthält und daß die Kontaktfeder (5, 13, 29)) in ei­ ner Aussparung (4, 40, 44) angeordnet ist, deren Breite nur wenig breiter als die Feder ist und de­ ren Höhe um soviel kleiner als der Durchmesser der Federwindung ist, als sie aus der Aussparung (4, 40, 44) herausragt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aussparungen (4, 40, 44) im Bereich ihres dem Freiraum (3) benachbarten Endes eine Ver­ engung (19, 41) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (4, 40) einen nach innen ragenden Vorsprung (19, 41) aufwei­ sen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß auf einem Vorsprung (45) der Aussparung (40), z. B. einer Schulter (45), ein Ende einer Kon­ taktfeder (29) aufliegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (31, 32) einer Kontaktfeder (29) in der Aussparung (40) fi­ xiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Kon­ taktfeder an der Wand der Aussparung befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (2) durch eine bei der Herstellung der Vorrichtung an dem Kontaktträger (6) und/oder im Gerät befestigbare Platte gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (5, 13, 29) lose in die Aussparungen (4, 40) einge­ setzt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (5, 13, 29) mit Reibungsschluß in die Aussparungen (4, 40) eingesetzt sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kontakt­ träger (6) zugewandte Wandfläche zumindest während des Transportes ohne Kontaktträger (6) bei einge­ setzten Kontaktfedern (5, 13, 29) durch eine Folie abgedeckt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Folie Aussparungen vorgesehen sind, deren lichte Weite so klein ist, daß kleine Feder­ segmente der Kontaktfedern durch sie hindurchtreten und den Kontaktträger (6) kontaktieren können.

13. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (5, 13, 29) aus einem Metallband herge­ stellt und als eine um mehr als 360° gebogene Blattfeder ausgebildet ist.

14. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (5, 13, 29) nach Art einer Wendelfeder oder Schrau­ benfeder ausgebildet ist.

15. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder einen gewölbten Querschnitt aufweist.

16. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder (29) eine Kalotte (33) aufweist.

17. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu einer Kontaktfeder geformtes Metallband entlang seiner Mittellinie eine Kröpfung oder Rille auf­ weist.

18. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Ende (30) der Kontaktfeder (29) frei beweglich ist.

19. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Ende der Kontaktfeder (29) radial abge­ winkelt ist.

20. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Ende (30) der Kontaktfeder (29) radial nach innen abgewinkelt ist.

21. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem freien Federende (30) abgewandten Ende (31) die Feder vorzugsweise radial nach außen abgewin­ kelt ist.

22. Kontaktfeder nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß sich an den nach außen abgewinkelten Ab­ schnitt (31) der Kontaktfeder ein weiterer, vor­ zugsweise rechtwinklig abgewinkelter Abschnitt (32) anschließt.

23. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Ende (14) der Feder (13) aus dem von der Federwindung umschlossenen Raum schräg nach au­ ßen abgebogen ist.

24. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (47) der Kontaktfeder als Lötstift (49) ausge­ bildet ist.

25. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mittlere Windungen des aus einem Federdrahtwickel (13) bestehenden Kontaktelementes einen größeren Durchmesser als dem Ende benachbarte Windungen auf­ weisen, so daß der Wickel (13) eine gewölbte Außen­ fläche erhält.

26. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung (14) des Wickels (13), in die ein Ende der Kontaktfeder (13) mündet, einen Durchmesser auf­ weist, der wesentlich kleiner als der Durchmesser der anderen Windungen ist.

27. Kontaktfeder für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere nach einem der An­ sprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zu einem geschlossenen Federring ausge­ bildeten Federwerkstoff besteht.

28. Als Kartenleser ausgebildete Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere mit einer Kon­ taktfeder nach einem der Ansprüche 13 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Segment der Federwin­ dung in die Bahn (3) einer zu der Federwindung be­ wegten Karte (1) hineinragt.

29. Als Kartenleser ausgebildete Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere mit einer Kon­ taktfeder nach einem der Ansprüche 13 bis 27, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder (5, 13, 29) an einem Kontaktträger angeordnet ist, der sich zum Informationsaustausch ohne tangentielle Relativbe­ wegung zu der Karte etwa rechtwinklig zu der Kar­ tenoberfläche auf die Kontaktfläche der Karte auf­ setzt.

30. Kartenleser nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Kontaktfeder nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktelemente (5) in Form eines Ringes oder Wickels (5, 13, 29) so in die Aussparungen (4, 40, 44) eingesetzt sind, daß ihre Ebene in Richtung einer bewegten Karte (1) liegt, so daß eine Kartenführung (3) so angelegt ist, daß die Karte (1) tangential zu der Federwin­ dung bewegbar ist.

31. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Kontaktelemente (5, 13, 29) auf ei­ nem Träger (Dorn) befestigt werden und dann mit Hilfe des Trägers gleichzeitig in Aussparungen (4, 40, 44) der Gehäusewand (2) eingesetzt werden.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger an der Wand (2) befestigbar ist.

33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger nach dem Einsetzen der Kontaktelemente (5, 13, 29) wieder entfernt wird.