DE102008022973B4

DE102008022973B4 - Elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen

Info

Publication number: DE102008022973B4
Application number: DE102008022973.3A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Knabe Jens; Dipl.-Ing. Niemann Thomas; Dipl.-Ing. Palloks Jürgen
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: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: DE102008022973A1

Abstract

Elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1) einen Schaltungsträger (10) mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen aufweist 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 eines der Kontaktelemente (11, 12) auch als elektrisches Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift (21) des zweiten Bauteiles (2) ausgebildet ist, daß das mindestens eine elektrische Kontaktelement (11, 12) mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils (1) elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktelemente (11, 12) über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinausragen, und daß die Kontaktelemente (11, 12) federnd ausgebildet sind.

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.
Aus der DE 10 2005 042 248 B3 ist ein Steckverbinder bekannt, der aus einem Formbauteil und einer darin eingeformten flexiblen Flachbandleitung besteht. Die Kontaktelemente dieses Steckverbinders werden von den abisolierten Enden der Flachbandleitung gebildet. Das Steckergehäuse des Steckverbinders ist einstückig und stoffschlüssig mit dem Formbauteil verbunden und bildet mit seinen beiden Steckerhälften einen Steckerkorb. Die WO 94/27 345 A1 zeigt ein zweiteiliges Steckverbindungssystem, bestehend aus Steckerteil und Buchsenteil. Das Buchsenteil weist mehrere Buchsen auf, die jeweils aus drei federnd ausgebildeten Kontaktelementen bestehen und auf eine Leiterplatte montiert werden können. Zum Herstellen der Steckverbindung werden die Kontaktstifte zwischen die jeweils drei Buchsenkontakte eingeschoben.
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 aufweist 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 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift des zweiten Bauteils ausgebildet ist, daß mindestens das elektrische Kontaktelement mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktelemente über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinausragen und, daß die Kontaktelemente federnd ausgebildet sind. 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 weist bevorzugt einen spritzgegossenen Schaltungsträger auf. 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 mit dem mindestens einen Kontaktstift ist bevorzugt ein Steckerkorb. 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 der mindestens eine Kontaktstift. 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 Führelement auf. Bevorzugt sind zwei Führelemente vorgesehen, wobei jedes Führelement einem der Kontaktelemente zugeordnet ist. Dabei ist dann auch die äußere vordere Ecke der Kontaktelemente abgerundet ausgebildet, so daß ein Einführen in die Führelemente 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 einer elektrischen Bauteilgruppe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Sensorelement, ein Schaltgerät oder ein Steuergerät, mit 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:
1a bis 1c: Drei zeitlich aufeinanderfolgende Darstellungen der Kontaktierung des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil in einer perspektivischen Ansicht;
2a bis 2c: 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 Führelemente 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 Führelemente 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 Führelemente 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 Führelemente 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 Führelemente 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 auseinandergedrückt 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.

Claims

Elektrische Verbindung mit mindestens zwei Bauteilen (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1) einen Schaltungsträger (10) mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Leiterbahnen aufweist 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 eines der Kontaktelemente (11, 12) auch als elektrisches Kontaktelement zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Kontaktstift (21) des zweiten Bauteiles (2) ausgebildet ist, daß das mindestens eine elektrische Kontaktelement (11, 12) mit den Leiterbahnen des ersten Bauteils (1) elektrisch verbunden ist, daß die Kontaktelemente (11, 12) über die Oberfläche des Schaltungsträgers hinausragen, und daß die Kontaktelemente (11, 12) federnd ausgebildet sind.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) einen spritzgegossenen Schaltungsträger (10) aufweist.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) mit dem mindestens einen Kontaktstift (21) ein Steckerkorb (30) 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 der mindestens eine Kontaktstift (21) ist.
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 8, dadurch gekennzeichnet, daß< jedes Führelement (22, 23) so ausgelegt ist, daß jeweils eines der federnden Kontaktelemente (11, 12) an den Kontaktstift (21) gedrückt wird.
Elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) einen Kontaktstift (21) und zwei neben dem Kontaktstift (21) angeordnete Führelemente (22, 23) aufweist.
Elektrische Verbindung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führelemente (22, 23) einen sich vom zweiten Bauelement aus erweiternden Trichter ausbilden.
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 (11, 12) im mittleren Bereich (17) den geringsten Abstand zueinander haben und im Bereich (16) an der Oberfläche (15) des Schaltungsträgers (10) und im vorderen Endbereich (18) weiter voneinander beabstandet sind als im mittleren Bereich (17).
Elektrisches Bauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Sensorelement, Schaltgerät oder Steuergerät, mit einer elektrischen Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.