DE4008436A1 - Vorrichtung zum verbinden von einer vielzahl von zumindest teilweise mit einer isolation versehenen leitern mit elektrischen kontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ver­ binden von einer Vielzahl von zumindest teilweise mit ei­ ner Isolation versehenen Leitern mit elektrischen Kontak­ ten, insbesondere von eng nebeneinander angeordneten Lei­ tern eines Flachkabels nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Bei zunehmender Miniaturisierung in der Mikroelektronik besteht u. a. die Notwendigkeit, eine Vielzahl von in enger Anordnung nebeneinanderliegender Drähte oder Leiter zuverlässig mit elektrischen Kontakten zu verbinden, wobei die Drähte z. B. als diskrete Einzeldrähte oder als soge­ nannte Flachkabel vorliegen. Die Kontakte haben üblicher­ weise an einem Ende einen Kontaktstift oder eine Fassung und sind in einer oder mehreren Reihen am Trägerkörper an­ geordnet, um die Steckerstifte eines angepaßten Steckers aufzunehmen. Die Abstände der Fassungen bzw. der Stecker­ stifte sind standardisiert.

Es ist allgemein bekannt, den elektrischen Kontakt mit einer Vielzahl von Drähten dadurch herzustellen, daß U-förmige Schneidklemmkontakte zur gleichen Zeit mit den Drähten in Eingriff gebracht werden. Es ist ferner bekannt, die Drähte mittels eines Preßkörpers gegen die Schneidklemmkontakte im Trägerkörper anzupressen, um die Drähte lagerichtig in die U-förmigen Schneidklemmkontakte einzupressen, um die Isolation der Drähte zu durchdringen und einen elektrischen Kontakt herzustellen. Der Preßkörper weist Ausnehmungen auf, in die die freien Enden der Schneidklemmkontakte ein­ greifen.

Die Breite der Schenkel der U-förmigen Schneidklemmkontak­ te kann einen unteren Wert nicht unterschreiten, wenn eine vorgegebene permanente Kontaktkraft auf den Leiter aufge­ bracht werden soll. Die Breite der Schenkel bestimmt jedoch andererseits die untere Grenze einer Teilung, die z. B. die Leiter eines Flachkabels haben dürfen.

Aus der DE-PS 29 41 029 ist bekannt geworden, zur Kontak­ tierung jeweils eines Leiters drei Zinken vorzusehen, wo­ bei eine erste und eine zweite Zinke im Abstand voneinan­ der gegenüberliegen und eine dritte Zinke in der Lücke zwischen erster und zweiter Zinke angeordnet ist und die­ ser jeweils einen Einpreßschlitz bildet. Die dem Einpreß­ schlitz zugeordneten Kanten der Zinken sind gebrochen. Mit den bekannten Kontaktelementen soll erreicht werden, daß das Anschlußteil kleinere Abmessungen erhält. Dafür baut jedoch das Anschlußteil in Richtung der Drähte größer, was sich vor allen Dingen bemerkbar macht, wenn mehr als eine Reihe von Kontaktelementen erforderlich wird.

Bei Flachbandkabeln sind die Leiter von einer annähernd kreisförmigen Isolierung umgeben, wobei die jeweilige Lei­ terisolierung über einen Steg mit der Isolierung des be­ nachbarten Leiters verbunden ist. Bei U-förmigen Schneid­ klemmkontakten dringen die einander zugewandten Kanten der Schenkel durch die Isolierung hindurch und treten unter Preßkraft mit dem Leiter in Eingriff, der seinerseits etwas verformt wird. Der auf diese Weise erzielte Kraft­ schluß zwischen Leiter und den Kontaktschenkeln reicht aus, um eine ausreichende konstante Kontaktkraft zu er­ zeugen. Es sind jedoch auch Flachdrähte bekannt, die in flexiblen Schaltungen oder in Form von Leiterfolien vor­ liegen. Derartige Flachdrähte können ganz oder nur halb isoliert sein. Werden derartige Flachdrähte mit U-förmigen Schneidklemmkontakten zusammengebracht, besteht die Ge­ fahr, daß sich die Drähte zwischen den Schenkeln verbiegen und ein ausreichender Krafteingriff mit den Kontaktschen­ keln nicht zustande kommt.

Aus der US 36 68 301 ist eine Vorrichtung bekannt gewor­ den, bei der ein Trägerkörper in kanalförmigen Führungen jeweils zwei isolierte Drähte aufnimmt. In dem Boden der Führungen ist jeweils eine Ausnehmung geformt, in die Kon­ takteinsätze aus metallischem Material eingesetzt sind. Mit Hilfe von Preßelementen werden die Leiterpaare in die sich nach unten konisch verjüngenden Einsätze eingepreßt. Die Preßelemente durchdringen die Leiterisolierung; außer­ dem wird die Isolierung im unteren Bereich der metalli­ schen Einsätze verdrängt, so daß die Leiter mit dem me­ tallischen Einsatz in Berührung treten und so elektrisch miteinander verbunden werden. Bei der bekannten Vorrichtung ist die Kraft, die zur Aufrechterhaltung des Kontaktdruckes notwendig ist, von dem Bauteil aufzubringen, an dem die Preßelemente angebracht sind. Dies macht erforderlich, daß das Bauteil gegenüber dem Trägerkörper fest arretiert ist.

Da diese Teile üblicherweise aus Kunststoff bestehen, läßt sich wegen der Kaltfließeigenschaft des Kunststoffs eine permanente Kontaktkraft nicht in ausreichendem Maße er­ zielen.

Aus der genannten Druckschrift ist auch bekannt geworden, die miteinander zu verbindenden Leiter der Leiterpaare an einer scharfen Kante der Ausnehmung abzuscheren. Die Enden der Leiter werden dabei vollständig in die Ausnehmung ein­ gepreßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden von einer Vielzahl von zumindest teilweise mit einer Isolation versehenen Leitern mit elektrischen Kontakten zu schaffen, bei der die Leiter auch bei sehr kleiner Teilung unabhängig von ihrer Querschnittsform mit vorgegebener konstanter Kontaktkraft mit den Kontaktele­ menten in Eingriff gebracht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merk­ male des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1.

Ähnlich wie im Stand der Technik sind bei der Erfindung metallische U-Elemente vorgesehen, die nach einer Ausge­ staltung der Erfindung aus flachem Material geformt sein können. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen je­ doch die Schenkel in einer Ebene, die durch den Leiter hindurchgeht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Preßelemente am freien Ende umgekehrt T-förmig mit Preßabschnitten an den Enden des Querstegs. Die Länge der Querstege und der Abstand zwischen den Kontaktschenkeln ist so gewählt, daß beim Einpressen der Preßelemente zwi­ schen die Schenkel der U-Elemente die Leiter um die inne­ ren Kanten am freien Ende der Schenkel gebogen werden und die Preßabschnitte quer zur Längsrichtung des Leiters mit dem Leiter in Eingriff treten, so daß von einer Isolation freie Leiterabschnitte von den Preßabschnitten annähernd senkrecht zur Achse des Leiterabschnitts unter federndem Preßdruck gegen die Kontaktflächen anliegen. Sind die Lei­ ter vollständig mit einer Isolierung umgeben, wird diese an den inneren Kanten am freien Ende der Schenkel abge­ streift, und die Preßabschnitte graben sich quer zur Längs­ richtung des Leiters in die Isolation ein. Bei einer ein­ seitigen Isolierung wird entweder die Isolation an den freien Kanten abgestreift oder von den Preßabschnitten durchdrungen. Unabhängig von der Art der die Leiter umge­ benden Isolation kommt immer ein wirksamer elektrischer Kontakt der Leiter mit den Kontaktelementen zustande.

Die Kontaktkraft wird durch die Geometrie der U-förmigen Kontaktelemente und der Preßelemente vorgegeben. Sie bilden ein geschlossenes Kräftesystem, das nur Metallteile ein­ faßt. Es wird daher eine permanente Kontaktkraft erhalten. Die Kontaktelemente können relativ frei gestaltet werden, da eine Verbreiterung der Schenkel bei einer Anwendung auf kleine Leiterteilungen keinen Einfluß hat. Der federnde Kontaktdruck kann in erster Linie durch die Schenkel der U-förmigen Kontaktelemente erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für die Verbin­ dung von Flachdrähten mit elektrisch leitenden Kontakten besonders vorteilhaft einsetzbar. Die Flachdrähte werden in gleicher Weise wie Runddrähte verformt und mit vorgege­ benem federndem Preßdruck mit den Kontaktelementen in Ein­ griff gebracht, ohne daß sie sich durch eine Verformung um ihre Längsachse einer Kontaktierung entziehen. Vorausset­ zung für eine sichere Kontaktierung ist lediglich wie bei Runddrähten auch, daß die Leiter bzw. die dazwischenlie­ genden Abschnitte sicher geführt werden. Bei Flachbandka­ beln sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Führungen von Rippen gebildet sind, die zwischen den U-Elementen etwas in den zwischen dem Schenkel und dem Steg gebildeten Raum hineinstehen. Eine derartige Führung kommt für Flachdrähte nicht in Frage. Für eine präzise Führung reicht aus, wenn der mehrere Flachdrähte aufweisende Fo­ lienstreifen an den Seitenkanten genau geführt ist. Die bekannten Folienstreifen haben relativ scharfe Kanten und sind in Querrichtung verhältnismäßig steif. Eine seitliche Führung reicht daher aus, die Flachdrähte jeweils zu den U-förmigen Kontaktelementen und den Preßelementen auszu­ richten sind.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die T-förmigen Preßelemente aus Metall oder Keramik geformt. Sie können zwar auch aus Kunststoff bestehen, Kunststoff birgt jedoch die Gefahr, daß bei einer ständigen Belastung eine Verfor­ mung durch Kaltfluß stattfindet.

Trägerkörper und Preßkörper können nach einer weiteren Aus­ gestaltung der Erfindung jeweils aus Kunststoff geformt, und die Preßelemente und/oder die U-förmigen Kontaktele­ mente können in das Kunststoffmaterial eingegossen sein.

Normalerweise werden die elektrischen Anschlüsse, z. B. die Fassungen, mit den U-förmigen Kontaktelementen verbunden sein. Es ist jedoch auch denkbar, Fassungen oder Stecker­ stifte mit den Preßelementen zu verbinden, wenn sie aus Metall bestehen. Außerdem können die Preßelemente nach ei­ ner weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit anderen elek­ trischen Anschlüssen versehen sein zwecks Verbindung mit weiteren Schaltungsanordnungen.

Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung eine Verbindung einer Vielzahl von Leitern mit elektrischen Kontakten ermöglicht, die eine sehr geringe Teilung aufweisen, ohne daß durch die Kon­ taktelemente die Isolation benachbarter Leiter beeinträch­ tigt wird. Insbesondere bei sehr kleiner Teilung läßt sich gleichwohl eine ausreichende und konstante Kontaktkraft in den Kontaktelementen und damit eine zuverlässige elektri­ sche Verbindung schaffen. Schließlich ist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung auch zur Verbindung einer Vielzahl von Flachdrähten mit Kontaktelementen geeignet. Flachdrähte werden mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Kontakt­ und Preßelemente sicher und zuverlässig kontaktiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Verbindung mit einem Flachkabel.

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine Folienleiteranordnung, die anstelle des Flachkabels nach Fig. 1 eingesetzt werden kann.

Fig. 3 zeigt im Schnitt die Verbindung eines einzelnen Leiters mit einem Kontaktelement der Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein blockartiger Trägerkörper 10 angedeutet, der aus Kunststoffmaterial bestehen kann. Er nimmt eine Reihe von U-förmigen Kontaktelementen 11 auf, die in das Material des Trägerkörpers 10 eingebettet sind, beispiels­ weise beim Vergießen des Kunststoffmaterials. Die obere oder Auflagefläche des Trägerkörpers 10 weist im Quer­ schnitt trapezförmige, parallele Rippen 12 auf, die sich zwischen den Kontaktelementen 11 erstrecken und jeweils in einer Ebene parallel zur Ebene liegen, in der die Schenkel der Kontaktelemente 11 angeordnet sind. Die Rippen er­ strecken sich über die freien Enden der Kontaktschenkel hinaus in den Kanal 14 hinein, der von den Schenkeln der Kontaktelemente 11 und den dazwischenliegenden Abschnitten des Trägerkörpers 10 gebildet ist. Die Führungsrippen 12 bilden zwischen sich Führungskanäle 16. Die Teilung p der Führungskanäle 16 entspricht der Teilung der Leiter eines Flachkabels 18, das oberhalb des Trägerkörpers 10 darge­ stellt ist. Die Leiter 20 der Flachbandkabel sind von einer Isolierung 22 umgeben, die zwischen den Leitern über Stege 24 verbunden ist. Beim Auflegen des Flachkabels 18 auf die Auflagefläche des Trägerkörpers 10 kommen die ein­ zelnen Kabel des Flachbandkabels in den Führungskanälen 16 zwischen den Rippen 12 zu liegen.

Oberhalb des Flachbandkabels 18 ist ein Preßkörper 30 zu erkennen, der einen nach unten weisenden schmaleren Steg 32 besitzt. In den Steg 32 sind längliche Preßelemente 34 eingebettet, die an gegenüberliegenden Seiten abgerundete Preßabschnitte 36, 38 aufweisen. Die Teilung der Preßele­ mente 34 entspricht der Teilung p des Flachbandkabels 18 bzw. der Führungskanäle 16. Trägerkörper 10 und Preßkörper 30 sind durch nicht gezeigte Führungsmittel derart ge­ führt, daß beim Zusammenpressen jeweils ein Preßelement 34 zu einem Kontaktelement 11 ausgerichtet ist. Die Breite der Preßelemente 34 entspricht dabei vorzugsweise der Dicke der Kontaktelemente 11.

An die Unterseite der Stege der Kontaktelemente 11 sind Stifte 26 angeformt, die z. B. mit Fassungen eines komple­ mentären Verbinderteils zusammenwirken.

Es erfolgt eine elektrische Verbindung der Leiter 20 des Flachbandkabels 18 mit den Kontaktelementen 11 dadurch, daß der Preßkörper 30 gegen den Trägerkörper 10 gepreßt wird. Die sich hierbei ergebende Verformung des Flachband­ kabels 18 wird anhand von Fig. 3 näher erläutert. Die Aus­ bildung der Preß- und der Kontaktelemente weicht gegenüber der nach Fig. 1 etwas ab; es werden zwar gleiche Bezugs­ zeichen verwendet, diesen ist jedoch ein Index a hinzuge­ fügt. Wie zu erkennen, ist der Steg 32a mit dem Preßelement 34a einteilig ausgebildet und kann einen elektrischen Anschluß darstellen. Das U-förmige Kontaktelement 11a weist Schenkel 40, 42 auf, die federnd mit dem Steg 44 verbunden sind. Die Länge des Querstegs 34a des Preßelements ist kleiner als die Breite des Aufnahmeraums 46, der von den Schenkeln 40, 42 und dem Steg 44 gebildet ist, jedoch größer als die Breite des Aufnahmeraums 46 plus dem dop­ pelten Durchmesser des Leiters 20. Beim Zusammenpressen von Preßkörper 30 und Trägerkörper 10 legt sich das Preß­ element 34a einseitig gegen die Isolierung 22 an und verf­ ormt diese U-förmig in Richtung des Aufnahmerahmens 46 zu­ sammen mit dem Leiter 20. Die Preßabschnitte 36a, 38a durchdringen die Isolierung 22 annähernd senkrecht zur Leiterachse und treten mit dem Leiter 20 in mechanischen Kontakt. Der Leiter 20 wird dabei etwas zusammengepreßt, wie deutlich in Fig. 3 zu erkennen ist. Aufgrund des Preß­ drucks zwischen den Preßabschnitten 36a, 38a und den zuge­ kehrten Kanten 50, 52 der Schenkel 40, 42 wird im Bereich der Kanten die Isolierung seitlich weggedrückt, und der Leiter tritt partiell in Kontakt mit den Kanten 50, 52. Bei dem beschriebenen Vorgang werden die federnden Schenkel 40, 42 leicht auseinandergebogen und üben dabei eine fe­ dernde Kontaktkraft auf den Leiter 20 aus. Da die von den Preßabschnitten 36a, 38a ausgeübte Kraft annähernd senk­ recht auf die Schenkel 40, 42 wirkt, ist ein wirksamer Kraftschluß erzielt, der für die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kontaktkraft sorgt und verhindert, daß sich der Leiter durch Eigenspannung und andere Kräfte aus dem Aufnahmeraum 46 des Kontaktelements 11a herausbewegt.

Wenn die Schenkel 40, 42 federn sollen, ist erforderlich, daß sie sich im Trägerkörper 10 nach Fig. 1 begrenzt bewe­ gen können. Es ist jedoch möglich, die Schenkel 40, 42 starr zu halten, wenn das Preßelement 34a Federeigenschaf­ ten aufweist. Dies ist durch die strichpunktierte Linie bei 60 in Fig. 3 angedeutet die einen Schlitz darstellt, der das Preßelement 34a teilt, so daß die Preßabschnitte 36a, 38a relativ zueinander beweglich sind.

Es ist zu erkennen, daß die Mindestteilung, die ein Flach­ bandkabel 18 haben darf, bestimmt ist durch die Mindest­ abstände zwischen den U-förmigen Kontaktelementen. Diese Abstände können sehr klein gehalten werden, so daß Flach­ bandkabel mit sehr kleiner Teilung wirksam mit den Kon­ taktelementen 11 verbunden werden können.

In Fig. 2 sind Flachdrähte 70 dargestellt, die parallel und im Abstand zueinander in ein Folienmaterial 72 aus flexiblem Kunststoff eingebettet sind. Derartige Folien­ leiter finden in der Elektronik ebenfalls vielfach Anwen­ dung, wobei in vielen Fällen die Flachdrähte 70 zu einer Seite nicht isoliert sind, sondern freiliegen. Derartige Folienleiteranordnungen nach Fig. 2 können ebenfalls mit Kontaktelementen 11 der Vorrichtung nach Fig. 1 verbunden werden, wie dies anhand von Fig. 3 im einzelnen beschrie­ ben wurde. Lediglich die Führungsrippen 12 des Trägerkör­ pers 10 nach Fig. 1 entfallen. Statt dessen ist die Aufla­ geseite des Trägerkörpers 10 flach. Außerdem ist eine nicht gezeigte Führung vorzusehen, die mit den Seitenkanten der Leiteranordnung nach Fig. 2 zusammenwirkt, um zu gewähr­ leisten, daß die Flachdrähte 70 jeweils zu einem zugeord­ neten Kontaktelement 11 ausgerichtet sind, wenn der Preß­ körper 30 gegen den Trägerkörper 10 gepreßt und die Flach­ drähte 70 in die Aufnahmeräume 46 der Kontaktelemente 11, 11a hineingeformt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Verbinden von einer Vielzahl von mit einer Isolation versehenen Leitern mit elektrischen Kontakten, insbesondere von eng nebeneinander angeord­ neten Leitern eines Flachkabels, mit einem Trägerkör­ per, der eine Reihe von Kontaktelementen hält, von de­ nen jedes ein Paar von im Abstand voneinander angeord­ neten, einander gegenüberliegenden, sich quer zur Längs­ achse der Leiter erstreckenden Kontaktflächen aufweist, und der mit Führungen zwischen den einzelnen Kontakt­ elementen versehen ist, und einem Preßkörper, der eine Reihe von mit den Kontaktelementen zusammenwirkenden Preßelementen hält, deren Breite geringer ist als der Abstand der Kontaktflächen der Kontaktelemente und die beim Gegeneinanderpressen von Trägerkörper und Preßkör­ per jeweils einen Leiter zwischen den Kontaktflächen eines Kontaktflächenpaares so einpressen, daß die Iso­ lation teilweise weggequetscht wird und von der Isola­ tion befreite Leiterabschnitte in elektrisch leitenden Kontakt mit den Kontaktflächen treten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktflächen an Kontaktschenkeln (40, 42) eines metallischen U-Elements (11, 11a) ausge­ bildet sind, die Preßelemente umgekehrt T-förmig sind mit Preßabschnitten (36, 38, 36a, 38a) an den Enden des Quersteges (34, 34a), wobei die Länge der Querstege (34, 34a) und der Abstand zwischen den Kontaktschenkeln (40, 42) so gewählt sind, daß beim Einpressen der Preß­ elemente zwischen die Schenkel (40, 42) der U-Elemente (11, 11a) die Leiter (20, 70) um die inneren Kanten (50, 52) am freien Ende der Schenkel (40, 42) umgebogen werden und eine gegebenenfalls vorhandene Isolation (22, 72) weggedrückt wird und die Preßabschnitte (36, 38, 36a, 38a) quer zur Längsrichtung des Leiters (20, 70) mit dem Leiter in Eingriff treten und sich in eine gegebenenfalls vorhandene Isolation eingraben, so daß von einer Isolation freie Leiterabschnitte von den an­ nähernd senkrecht zur Achse der Leiterabschnitte ein­ wirkenden Preßabschnitten (36, 38, 36a, 38a) unter federndem Preßdruck gegen die Kontaktflächen zur Anlage gebracht werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die T-förmigen Preßelemente aus Metall sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preßabschnitte der Querstege federnd aus­ gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preßelemente von einem Preßkörper aus Kunststoff gehalten sind, vorzugsweise in das Kunst­ stoffmaterial eingegossen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßelemente mit elektrischen Anschlüssen versehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die U-Elemente aus leitfähigem, flachem Material geformt sind und die Führungen von Rippen gebildet sind, die zwischen den U-Elementen etwas in den zwischen den Schenkeln und dem Steg gebildeten Raum hineinstehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsrippen auch über die freien Enden der Kontakt­ schenkel hinausstehen und in den durch die Schenkel der metallischen U-Elemente geformten Kanal hineinragen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Kunststoff­ material geformt ist und die U-Elemente vorzugsweise in das Kunststoffmaterial eingegossen sind.