DE102008022973A1

DE102008022973A1 - Elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen

Info

Publication number: DE102008022973A1
Application number: DE200810022973
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Knabe; Thomas Dipl.-Ing. Niemann; Jürgen Dipl.-Ing. Palloks
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: DE102008022973B4

Abstract

Bei einer elektrischen Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil ein Schaltungsträger mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen ist und ein zweites Bauteil mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift aufweist, weist das erste Bauteil zwei sich im Abstand gegenüberstehende leitfähige Kontaktelemente auf, sind die Kontaktelemente mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils elektrisch verbunden, ragen die Kontaktelemente über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinaus, sind die Kontaktelemente federnd ausgebildet und beide Kontaktelemente sind zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift des zweiten Bauteils vorgesehen. Dadurch wird eine besonders einfache Auslegung eines Verbindungskonzepts zwischen zwei Bauteilen, insbesondere für MID-Bauteile, erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil ein Schaltungsträger mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen ist und ein zweites Bauteil mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift aufweist.
Eine derartige elektrische Verbindung ist beispielsweise in der DE 296 19 867 U1 beschrieben. Hier wird ein Steckerkorb mit einer Vielzahl von Pins oder Kontaktstiften mit einem Gegenstecker verbunden. Es erfolgt eine elektrische Steckverbindung mit einem hier nicht weiter beschriebenen Gegenstecker.
In der Regel werden im heutigen Stand der Technik die Schaltungsträger oftmals als MIDs (Moulded Interconnected Devices) hergestellt und meist über Lötverfahren oder durch mit Silberpartikeln gefüllte Leitkleber mit den Kontaktstiften oder Pins zur Außenkontaktierung elektrisch leitfähig und mechanisch verbunden. Diese Schritte sind vergleichsweise aufwendig und erfordern einen hohen Aufwand zur Herstellung der Gesamtkomponente. Insbesondere kommen beim Löten auch Handlötverfahren und/oder Selektivlötverfahren zum Einsatz, da die für MIDs eingesetzten Kunststoffe nur begrenzt temperaturstabil sind. Leitklebungen sind hingegen aufgrund der hohen Leitkleberkosten relativ teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders zuverlässige elektrische Kontaktierung zwischen zwei Bauteilen, nämlich einem Schaltungsträger mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und einem zweiten Bauteil mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Kontaktstift zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer elektrischen Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einer elektrischen Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil einen Schaltungsträger mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen ist und ein zweites Bauteil mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift aufweist, ist es erfindungswesentlich vorgesehen, daß das erste Bauteil zwei sich mit Abstand gegenüberstehende mechanische Kontaktelemente aufweist, wobei mindestens ein mechanisches Kontaktelement auch als elektrisches Kontaktelement ausgebildet ist, daß mindestens ein Kontaktelement mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktelemente über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinausragen, daß die Kontaktelemente federnd ausgebildet sind und daß mindestens ein Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift des zweiten Bauteils vorgesehen ist. Der Schaltungsträger kann auf diese Weise die elektrischen Ströme von dem Kontaktstift oder Pin, der typischerweise ein Kontakt-Metallpin ist, über eine Außenkontaktierung abgreifen. Bevorzugt sind beide Kontaktelemente auch als elektrisch leitfähige Kontaktelemente ausgebildet und beide Kontaktelemente dienen bevorzugt zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift des zweiten Bauteils.
Das erste Bauteil ist bevorzugt ein spritzgegossener Schaltungsträger. Die darauf angeordneten federnden Kontaktelemente sind bevorzugt angespritzt. Auf dem Kunststoffuntergrund des Schaltungsträgers befinden sich die metallischen Leiterbahnen, die sich zu den angespritzten Federkontakten einstückig fortsetzen. Das zweite Bauteil ist bevorzugt ein Steckerkorb mit mindestens einem Kontaktstift. Bevorzugt ist die Verbindung für mehrere Kontaktstifte oder Pins ausgelegt. Dabei sind jedem Kontaktstift oder Pin zwei der oben beschriebenen Kontaktelemente zugeordnet. Hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung ist es ausreichend, wenn jedem Kontaktstift ein elektrisches Kontaktelement zugeordnet ist. Das zweite Kontaktelement kann daher auch rein mechanischen Funktionen dienen.
Bevorzugt bilden die beiden Bauteile der elektrischen Verbindung eine Steckverbindung aus. Es handelt sich dabei günstigerweise um eine lösbare elektrische Verbindung.
Die Kontaktelemente sind dabei bevorzugt mindestens doppelt so breit wie die Kontaktstifte. Dadurch wird eine zuverlässige Erfassung und elektrische Kontaktierung sichergestellt. Die Kontaktelemente sind bevorzugt in ihrem oberen Endbereich nach innen abgewinkelt bzw. weisen eine abgewinkelte Spitze auf. Diese Spitze dient dann zur eigentlichen Kontaktierung des Kontaktstiftes. Die abgewinkelte Spitze erstreckt sich dabei über die gesamte Breite des Kontaktelementes.
In einer anderen Weiterentwicklung der Erfindung weist das zweite Bauteil neben dem Kontaktstift mindestens ein Fährelement auf. Bevorzugt sind zwei Fährelemente vorgesehen, wobei jedes Fährelement einem der Kontaktelemente zugeordnet ist. Dabei ist dann auch die äußere vordere Ecke der Kontaktelemente abgerundet ausgebildet, so daß ein Einführen in die Fährelemente besonders gut möglich ist. Die Führelemente sind so ausgelegt, daß das federnde Kontaktelement an den Kontaktstift gedrückt wird. Das zweite Bauteil weist dazu bevorzugt neben dem Kontaktstift zwei neben dem Kontaktstift angeordnete Führelemente auf. Der Kontaktstift, die Führelemente und die Kontaktelemente liegen bei verbundener elektrischer Verbindung bevorzugt auf einer Gerade. Die Führelemente bilden einen sich vom zweiten Bauelement aus erweiternden Trichter aus. In diesen werden die Kontaktelemente eingeführt und aufgrund der Geometrie der Führelemente zusammengeschoben und dadurch die federnden Kontaktelemente an den Kontaktstift gedrückt.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die gegebenenfalls auch ohne Führelemente auskommt, sind die zwei sich gegenüberliegenden Kontaktelemente bevorzugt bogenförmig ausgebildet. Dabei ist etwa im mittleren Bereich der Kontaktelemente (gesehen von der Oberfläche des ersten Bauteils zur Spitze der Kontaktelemente) der Abstand der Kontaktelemente zueinander am geringsten. Nach oben und unten, also zum Bauelement und zur Spitze, erweitert sich der Abstand zwischen den sich gegenüberliegenden Kontaktelementen. Im Bereich der offenen Spitze, in die der Kontaktstift eingeführt wird, ist der Abstand bevorzugt noch etwas größer als im Fußbereich, also im Bereich der Oberfläche des Bauelements. Die Kontaktelemente sind auch hier federnd ausgebildet. Der geringste Abstand zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Kontaktelementen ist dabei etwas kleiner als der Durchmesser des Kontaktstiftes, so daß der Kontaktstift die federnden Kontaktelemente etwas auseinander schiebt bzw. bei vorhandener elektrischer Kontaktierung eine mechanische Vorspannung der Kontaktelemente auf den Kontaktstift besteht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines elektrischen Bauteils für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Sensorelement, ein Schaltgerät und ein Steuergerät in der oben beschriebenen elektrischen Verbindung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
1: Drei zeitlich aufeinanderfolgende Darstellungen der Kontaktierung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil in einer perspektivischen Ansicht;
2: Drei zeitlich aufeinanderfolgende Darstellungen der Kontaktierung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil so wie in 1, jedoch in einer anderen perspektivischen Ansicht;
3a bis 3c: Drei zeitlich aufeinanderfolgende Darstellungen der Kontaktierung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil in einer zweiten Ausführungsform; und
4: Eine perspektivische Ansicht eines ersten Bauteils gemäß 3 mit mehreren nebeneinander angeordneten Kontaktelementen.
In den 1a und 2a ist in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten ein erstes Bauteil 1 mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und ein zweites Bauteil 2 dargestellt, das mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift 21 aufweist. Das erste Bauteil 1 weist im wesentlichen den Körper eines spritzgegossenen Schaltungsträgers 10, insbesondere in Form eines MID-Bauteils auf, auf dessen Oberfläche 15 elektrisch leitfähige Leiterbahnen angeordnet sind, die sich zu federnden Kontaktelementen 11 und 12 fortsetzen. Die Kontaktelemente 11 und 12 erstrecken sich über die Oberfläche 15 des Bauteils 1 hinaus. In ihrem vorderen, von der Oberfläche 15 entfernten Ende sind die Kontaktelemente 11, 12 abgewinkelt und die Spitzen 14 einander zugewandt. Der äußere Eckbereich 13 dieser Abwinklung ist abgerundet ausgebildet. Das zweite Bauteil 2 ist bevorzugt als Steckerkorb ausgebildet und weist einen Grundkörper 20 auf, durch den der Kontaktstift 21 hindurchgeführt ist und im hinteren Endbereich weitergehend kontaktiert werden kann. Rechts und links neben dem Kontaktstift 21 sind Fährelemente 23 und 24 vorgesehen, die sich ausgehend von der Oberfläche 25 des Bauteils 20 keilförmig im Querschnitt trichterförmig erweitern. Insbesondere die dem Kontaktstift 21 zugewandte Seite der Fährelemente 22 und 23, nämlich die Seite 24, stößt unter einem Winkel größer als 90 ° auf die Oberfläche 25 des Bauteils 2.
In den 1b und 2b wird nun das Zusammenführen dargestellt. Es zeigt sich, daß der Abstand der beiden Fährelemente 22 und 23 im oberen Endbereich etwas größer ist als der Abstand der beiden äußeren Endbereiche der Kontaktelemente 11 und 12 des Bauteils 1. Durch die Eckbereiche 13, die außen abgerundet sind, sind die Kontaktelemente 11 und 12 auch zuverlässig in die Fährelemente 22, 23 einführbar.
Beim weiteren Einschieben, das in den 1c und 2c dargestellt ist, werden die federnden Kontaktelemente 11 und 12 durch die sich nach unten trichterförmig verjüngenden Fährelemente 22, 23 weiter zusammengeschoben, so daß dann die abgewinkelten Spitzen 14 den Kontaktstift 21 sicher kontaktieren.
In den 3a bis 3c ist eine ähnliche zeitliche Abfolge für eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Bauteil 2 ist hier als Steckerkorb 30 mit einem entsprechenden Gehäuse und einem Kontaktstift 21 ausgebildet. Es können hier auch mehrere Kontaktstifte 21 hintereinander in dem Steckerkorb angeordnet sein, so daß insgesamt eine Messerleiste gebildet ist. Das erste Bauelement 1 weist ein entsprechend angepaßtes Gehäuse 3 auf, das in das Gehäuse des Steckerkorbes 30 einführbar ist. Weiterhin weist das erste Bauteil hier ebenfalls zwei federnd ausgebildete Kontaktelemente 11 und 12 auf, die hier jedoch bogenförmig ausgebildet sind. Die Kontaktelemente 11 und 12 sind derart bogenförmig ausgebildet, daß drei Bereiche 16, 17 und 18 unterschieden werden können. Im Bereich 16, der zu der Oberfläche 15 des ersten Bauteils 1 benachbart ist, sind die beiden bogenförmigen Kontaktelemente 11 und 12 weit voneinander beabstandet, im mittleren Bereich 17 sind die beiden Kontaktelemente 11 und 12 besonders dicht aneinander und im spitzenseitigen Endbereich 18 ist der Bogen wieder so gestaltet, daß die beiden Kontaktelemente 11 und 12 auseinanderstreben, so daß der Abstand hier wieder größer ist, sogar etwas größer als im bodenseitigen Endbereich 16. Im Bereich 17 der Kontaktelemente 11 und 12 ist der Abstand der beiden Kontaktelemente 11 und 12 etwas kleiner als der Durchmessers oder die Dicke des Kontaktstiftes 21.
In 3b wird der Kontaktstift 21 des zweiten Bauteils 2 in die Kontaktelemente 11 und 12 eingeführt, was aufgrund des vergleichsweise großen Abstands der beiden Kontaktelemente 11 und 12 im Bereich 18 besonders einfach möglich ist.
3c zeigt die zeitliche Fortführung gemäß der 3a und 3b, nämlich den vollständig zwischen die Kontaktelemente 11 und 12 eingeführten Kontaktstift 21. Die federnden und hier bogenförmig ausgebildeten Kontaktelemente 11 und 12 werden dabei durch den Kontaktstift auseinandergedruckt und durch die dadurch entstehende Vorspannung erfolgt eine sichere und zuverlässige mechanische Kontaktierung.
In 4 ist das Bauteil 1 gemäß der 3a bis 3c in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Hier sind insgesamt vier nebeneinander liegende Kontaktelemente 11 und 12, 11' und 12', 11'' und 12'' und 11''' und 12''' zu erkennen. Bei der Kontaktierung können hier also parallel vier Kontaktstifte kontaktiert werden. Selbstverständlich sind auch Ausführungen mit mehr oder weniger Kontaktstiften und entsprechenden Kontaktelementen möglich. Auch bei der Ausführungsform gemäß der 1 und 2 sind solche Ausgestaltungen mit mehreren Kontaktelementen und Kontaktstiften oder Messerleisten möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29619867 U1 [0002]

Claims

Elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil (1) ein Schaltungsträger mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen ist und ein zweites Bauteil (2) mindestens einen elektrisch leitfähigen Kontaktstift (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) zwei sich mit Abstand gegenüberstehende mechanische Kontaktelemente (11, 12) aufweist, wobei mindestens ein Kontaktelement (11, 12) auch als elektrisches Kontaktelement ausgebildet ist, daß mindestens ein Kontaktelement (11, 12) mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktelemente (11, 12) über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinausragen, daß die Kontaktelemente (11, 12) federnd ausgebildet sind und daß mindestens ein Kontaktelement (11, 12) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift (21) des zweiten Bauteiles (2) vorgesehen ist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) ein spritzgegossener Schaltungsträger ist.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) ein Steckerkorb mit mindestens einem Kontaktstift (11) ist.
Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bauteile (1, 2) der elektrischen Verbindung eine Steckverbindung ausbilden.
Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) mindestens doppelt so breit wie die Kontaktstifte (21) sind.
Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) eine abgewinkelte Spitze (14) aufweisen.
Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere vordere Ecke (13) der Kontaktelemente (11, 12) abgerundet ausgebildet ist.
Elektrische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) neben dem Kontaktstift (21) mindestens ein Führelement (22, 23) aufweist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Führelement (22, 23) so ausgelegt ist, daß das federnde Kontaktelement (11, 12) an den Kontaktstift (21) gedrückt wird.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) einen Kontaktstift (21) und zwei neben dem Kontaktstift (21) angeordnete Führelemente (22, 23) aufweist.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führelemente (22, 23) einen sich vom zweiten Bauelement aus erweiternden Trichter ausbilden.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (21), die Führelemente (22, 23) und die Kontaktelemente (11, 12) bei verbundener elektrischer Verbindung auf einer Gerade liegen.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (11, 12) bogenförmig ausgebildet sind und der Bogen dabei derart ausgebildet ist, daß die Kontaktelemente im mittleren Bereich (17) den geringsten Abstand zueinander haben und im Bereich (16) der Oberfläche (15) des Schaltungsträgers (3) und im vorderen Endbereich (18) weiter voneinander beabstandet sind als im mittleren Bereich (16).
Elektrisches Bauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Sensorelement, Schaltgerät oder Steuergerät mit einer elektrischen Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.