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DE102013225565B4 - Kontaktierungselement und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren - Google Patents

Kontaktierungselement und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren Download PDF

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  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
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Abstract

Kontaktierungselement (10), aufweisend:- einen hülsenförmigen ersten Abschnitt (10a) zur elektrischen Kontaktierung zwischen ersten Abschnitt (10a) und einem elektrischen Leitungsdraht (20), wobei der hülsenförmige erste Abschnitt (10a) zum Durchführen des elektrischen Leitungsdrahts (20) ausgebildet ist; und- wenigstens einen zweiten Abschnitt (10b) zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung an einer Trägereinrichtung (40) für wenigstens eine elektrische Leiterbahn (41), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (10b) krempenförmig ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungselement. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Leitungsdrahts mit einer Trägereinrichtung für wenigstens eine elektrische Leiterbahn.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Verbindungen von zwei oder mehreren Komponenten werden üblicherweise mittels Krimpen, Löten, Schweißen, usw. durchgeführt. Im Falle einer elektrischen Verbindung zwischen einer Elektronik und einem Elektromotor ist es bekannt, dass die Phasen des Motors entweder über Löten, Schweißen, Klemmschneiden elektrisch mit der Elektronik verbunden werden.
  • Bekannt ist ferner die elektrische Verbindungstechnik Krimpen, die unter anderem dazu verwendet wird, um Kabel elektrisch mit Steckkontakten zu verbinden.
  • Die DE 42 36 844 A1 zeigt eine Anschlussklemme zur Kontaktierung einadriger elektrischer Leiter mit einer Anschlussklemme, welche einen dreiviertelrohrartig gerollten Teil aufweise.
  • Die US 2013 / 0 155 634 A1 zeigt ein Steckelement zur elektrischen Kontaktierung. Das Steckelement ist nach Art eines Steckers ausgebildet und weist in allen Ausführungsformen ein Terminal auf, welches in eine Öffnung einer Platine gesteckt wird und mit Kabeln verbunden ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte elektrische Kontaktierungsmöglichkeit zwischen elektrischen Komponenten bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Kontaktierungselement, aufweisend:
    • - einen hülsenförmigen ersten Abschnitt zur elektrischen Kontaktierung mit einem elektrischen Leitungsdraht; und
    • - wenigstens einen zweiten Abschnitt zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung mit einer Trägereinrichtung für wenigstens eine elektrische Leiterbahn, wobei der zweite Abschnitt krempenförmig ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Leitungsdrahtes mit einer Trägereinrichtung für wenigstens eine elektrische Leiterbahn, aufweisend die Schritte:
    • - Elektrisches und mechanisches Kontaktieren eines hülsenförmigen Kontaktierungselements mit der Trägereinrichtung;
    • - Durchführen des Leitungsdrahtes in das Kontaktierungselement; und
    • - Elektrisches Kontaktieren des Leitungsdrahts mit dem Kontaktierungselement.
  • Vorteilhaft wird mit dem erfindungsgemäßen Kontaktierungselement ein einfacher Kontaktierungsvorgang für den elektrischen Leitungsdraht ermöglicht, wobei zunächst das Kontaktierungselement mit der Trägereinrichtung elektrisch kontaktiert wird. In einem weiteren Prozessschritt erfolgt dann der eigentliche elektrische Kontaktierungsvorgang des Leitungsdrahtes mit dem Kontaktierungselement und damit mit der Trägereinrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Kontaktierungselements zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Abschnitt krempenförmig ausgebildet ist und quer zum ersten Abschnitt angeordnet ist. Dadurch wird eine Form des Kontaktierungselements geschaffen, mittels der es besonders einfach ist, das Kontaktierungselement auf unterschiedliche Weise mit der Trägereinrichtung mechanisch und elektrisch zu verbinden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen
  • Das Kontaktierungselement ist an der Trägereinrichtung angebracht und wenigstens eine elektrische Leiterbahn elektrisch kontaktiert. So kann kostengünstig eine elektrische Verbindung zwischen Leitungsdrähten und Leitungsbahnen hergestellt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement mit der Trägereinrichtung in einem Lötprozess verlötbar ist. Auf diese Weise kann eine bewährte Verbindungstechnik zum Verbinden des Kontaktierungselements mit der Trägereinrichtung verwendet werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements zeichnet sich dadurch aus, dass das Kontaktierungselement mittels eines Reflow-Lötprozesses mit der Trägereinrichtung verlötbar ist. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass besonders wenige Prozessschritte für das Kontaktieren des Kontaktierungselements mit der Leiterplatte erforderlich sind. Zudem können auf diese Weise mittels des Kontaktierungselements auch nicht Reflow-lötfähige Bauelemente (z.B. Elektrolyt-Kondensatoren) mit der Trägereinrichtung elektrisch kontaktiert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements sieht vor, dass das Kontaktierungselement zwei Halbschalen umfasst, die miteinander und mit der Trägereinrichtung verpressbar sind. Auf diese Weise wird eine alternative Ausführungsform für das Kontaktierungselement bereitgestellt, die auf rein mechanische Weise mittels eines Niet- bzw. Pressvorgangs mit der Trägereinrichtung elektrisch und mechanisch kontaktierbar ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Abschnitt des Kontaktierungselements im kontaktierten Zustand mit der Trägereinrichtung wenigstens abschnittsweise einen ungleichmäßigen Durchmesser aufweist. Auf diese Weise wird eine Zugentlastung für die Trägereinrichtung realisiert, die es ermöglicht, mechanische Kräfte von der Trägereinrichtung bzw. von der Lötstelle fernzuhalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements ist vorgesehen, dass das Kontaktierungselement am ersten Abschnitt wenigstens eine Einschlitzung aufweist. Dadurch ist ermöglicht, dass eine Struktur des ersten Abschnitts geschwächt ist, sodass in einem nachfolgenden Pressvorgang das Kontaktierungselement unter geringem Kraftaufwand mit dem Leitungsdraht verpresst und damit elektrisch kontaktiert werden kann.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements sieht vor, dass an einer Innenseite des ersten Abschnitts wenigstens ein Krallenelement angeordnet ist. Mittels des Krallenelements kann eine Isolierung des Leitungsdrahts aufgerissen wird, wodurch ein Abisolierungsschritt samt dazu erforderlichem Werkzeug vorteilhaft entfallen kann.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren sowie unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen den Gegenstand der Erfindung. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • In den Figuren zeigt:
    • 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements;
    • 2 zwei Ansichten einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements;
    • 3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Kontaktierungselements in eingebautem Zustand in einer Leiterplatte;
    • 4 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements in der Leiterplatte;
    • 5 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements nach Verkrimpen mit einem Leitungsdraht; und
    • 6 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ein „elektrischer Leitungsdraht“ im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst sämtliche längliche (d.h. in Relation zu ihrer Länge dünn ausgebildeten) isolierte und nicht-isolierte elektrische Drähte bzw. Kabel, wie zum Beispiel einen Kupferlackdraht, einen Anschlussdraht eines Bauelements (z.B. eines Elektrolytkondensators), eine Litze mit einem Drahtgeflecht, usw.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements 10. Das Kontaktierungselement 10 ist elektrisch leitfähig, vorzugweise metallisch ausgebildet. Das Kontaktierungselement 10 weist einen ersten hülsenförmigen Abschnitt 10a und einen zweiten Abschnitt 10b auf. Dabei ist der erste Abschnitt 10a dafür vorgesehen, einen elektrischen Leitungsdraht (nicht dargestellt) aufzunehmen und mechanisch und elektrisch mit dem Kontaktierungselement 10 zu verbinden (z.B. mittels einer Krimp-Verbindung). Der zweite Abschnitt 10b ist dafür vorgesehen, das Kontaktierungselement 10 elektrisch und mechanisch mit einer Leiterplatte (nicht dargestellt) zu kontaktieren. In der Ausführungsform des Kontaktierungselements von 1 ist der erste Abschnitt 10b als eine Art „Hutkrempe“ ausgebildet.
  • Es ergibt sich auf diese Art und Weise also ein Kontaktierungselement 10 in Form einer eine Krimphülse, die aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, und die am unteren Ende eine Krempe aufweist. Es sind jedoch auch andere Formen denkbar, beispielsweise ist es denkbar, dass der krempenförmige zweite Abschnitt 10b mehrere separate Abschnitte in Form von Laschen aufweist (nicht dargestellt).
  • 2 zeigt in einer oberen Darstellung eine weitere perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktierungselements 10. Man erkennt im ersten Abschnitt 10a mehrere axial verlaufende Einstanzungen bzw. Einschlitzungen 11, die dafür vorgesehen sind, dass die Struktur des ersten Abschnitts 10a geschwächt ist, so dass mit relativ geringem Kraftaufwand der erste Abschnitt 10a mittels eines Krimpwerkzeugs mit einem Leitungsdraht (nicht dargestellt) gekrimpt werden kann.
  • In der unteren Darstellung von 2 sieht man eine Draufsicht auf das Kontaktierungselement 10. Man erkennt, dass das Kontaktierungselement 10 an seiner Innenfläche mehrere Krallenelemente 12 aufweist. Diese haben den Zweck, beim Verkrimpen des Leitungsdrahts ein Isoliermaterial des Leitungsdrahts aufzureißen bzw. aufzubrechen und dadurch einen separaten Abisolierungsschritt obsolet zu machen.
  • 3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Kontaktierungselements 10 in einer elektrischen Leiterplatte 40 (nicht dargestellt). Man erkennt eine Leiterbahn 41, die elektrisch leitend mit einem Lötpad 42 verbunden ist, und an die das Kontaktierungselement 10 elektrisch kontaktiert wird. In diesem Fall wird das Kontaktierungselement 10 von oben auf die Leiterplatte 40 aufgesetzt und kann somit von oben verlötet werden.
  • 4 zeigt in einer Vorderansicht eines in die Leiterplatte 40 von unten eingefügten elektrischen Kontaktierungselements 10. Das Kontaktierungselement 10 wird auch hier zunächst elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte 40 verbunden, beispielsweise durch einen Lötprozess. Nach Abschluss des Lötprozesses wird der Leitungsdraht 20 durch das Kontaktierungselement 10 eingeführt bzw. hindurchgesteckt und anschließend mit dem Kontaktierungselement 10 verkrimpt, wodurch ein elektrischer Kontakt mit einer Leiterbahn der Leiterplatte 40 zustandekommt.
  • In 5 ist erkennbar, dass durch einen geeigneten, vorzugsweise automatisierten Krimpprozess entsteht eine Art partielle Verdickung im ersten Abschnitt 10a des Kontaktierungselements 10, die eine Zugentlastung ermöglicht, mittels der mechanische Kräfte von der Lötstelle auf der Leiterplatte 40 dadurch ferngehalten werden können, dass eine beidseitige Fixierung des Kontaktierungselements 10 in der Leiterplatte 40, nämlich mittels der Verdickung und mittels des zweiten Abschnitts 10b realisiert wird.
  • Vorzugsweise kann der Leitungsdraht 20 unterhalb oder oberhalb der Leiterplatte 40 eine Biegung aufweisen, wodurch eine Art Feder gebildet wird, mittels der mechanische Kräfte auf die Leiterplatte 40 bzw. auf die Lötstelle wenigstens gedämpft werden können.
  • Vorzugsweise erfolgt der Lötprozess in Form eines Reflow-Lötprozesses, bei dem auch andere SMD-Bauelemente (engl. surface mounted device, nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 40 mechanisch und elektrisch kontaktiert werden.
  • Auf diese Weise kann das gesamte Kontaktierungsverfahren des Leitungsdrahts 20 mit der Leiterplatte 40 auf einen zweistufigen Prozess beschränkt werden, der darin besteht, dass zunächst das Kontaktierungselement 10 mit der Leiterplatte 40 verlötet wird und danach der Leitungsdraht 20 mit dem Kontaktierungselement 10 verkrimpt wird.
  • Im Ergebnis ist somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leitungsdraht 20 und der Leiterplatte 40 auf einfache Weise realisierbar. Vorzugweise kann das Verfahren beim Kontaktieren von Anschlussdrähten eines Motors mit einer Leiterplatte 40 einer Motorelektronik durchgeführt werden.
  • Es sei erwähnt, dass das Kontaktierungselement 10 auch mittels eines Niet- bzw. Pressvorgangs mit der Leiterplatte 40 elektrisch und mechanisch verbunden werden kann. In diesem Fall ist das Kontaktierungselement 10 aus zwei Halbschalen ausgebildet (nicht dargestellt), die von unterschiedlichen Seiten auf die Leiterplatte 40 geführt und miteinander und mit der Leiterplatte 40 verpresst werden.
  • In 6 ist ein prinzipieller Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrischen Kontaktieren eines Leitungsdrahts mit einer Trägereinrichtung für wenigstens eine elektrische Leiterbahn dargestellt.
  • In einem ersten Schritt S1 wird ein elektrisches und mechanisches Kontaktieren eines hülsenförmigen Kontaktierungselements mit der Trägereinrichtung durchgeführt.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird der Leitungsdraht in das Kontaktierungselement 10 eingeführt bzw. durchgeführt.
  • Schließlich wird in einem dritten Schritt S3 ein elektrisches Kontaktieren des Leitungsdrahtes mit dem Kontaktierungselement 10 durchgeführt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verbindungskonzept sind eine Reihe vorteilhafter Effekte verbunden. Beispielsweise kann eine Reduzierung und Vereinfachung von Prozessschritten in der Fertigung erreicht werden, weil im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren keinerlei Schweiß- und Abisolierungsschritte erforderlich ist. Zudem können herkömmliche schweißfähige Zwischenträger, z.B. in Form von die Leiterplatten aufnehmenden Stanzgittern entfallen. Im Ergebnis bedeutet dies einen Gewinn an Bauraum und eine zeit- und kostensparende elektrische Verbindungstechnik.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von konkreten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit die beschriebenen Merkmale abwandeln oder miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims (12)

  1. Kontaktierungselement (10), aufweisend: - einen hülsenförmigen ersten Abschnitt (10a) zur elektrischen Kontaktierung zwischen ersten Abschnitt (10a) und einem elektrischen Leitungsdraht (20), wobei der hülsenförmige erste Abschnitt (10a) zum Durchführen des elektrischen Leitungsdrahts (20) ausgebildet ist; und - wenigstens einen zweiten Abschnitt (10b) zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung an einer Trägereinrichtung (40) für wenigstens eine elektrische Leiterbahn (41), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (10b) krempenförmig ausgebildet ist.
  2. Kontaktierungselement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (10) an der Trägereinrichtung (40) angebracht ist und wenigstens eine elektrische Leiterbahn (41) elektrisch kontaktiert.
  3. Kontaktierungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (10) mit der Trägereinrichtung (40) in einem Lötprozess verlötbar ist.
  4. Kontaktierungselement (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötprozess ein Reflow-Lötprozess ist.
  5. Kontaktierungselement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (10) zwei Halbschalen umfasst, die miteinander und mit der Trägereinrichtung (40) verpressbar sind.
  6. Kontaktierungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (10a) des Kontaktierungselements (10) im kontaktierten Zustand mit der Trägereinrichtung (40) wenigstens abschnittsweise einen ungleichmäßigen Durchmesser aufweist.
  7. Kontaktierungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement (10) am ersten Abschnitt (10a) wenigstens eine Einschlitzung (11) aufweist.
  8. Kontaktierungselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenseite des ersten Abschnitts (10a) wenigstens ein Krallenelement (12) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines Leitungsdrahtes (20) mit einer Trägereinrichtung (40) für wenigstens eine elektrische Leiterbahn (41), aufweisend die Schritte: - Elektrisches und mechanisches Kontaktieren eines hülsenförmigen Kontaktierungselements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der Trägereinrichtung (40); - Durchführen des Leitungsdrahtes (20) in das Kontaktierungselement (10); und - Elektrisches Kontaktieren des Leitungsdrahtes (20) mit dem Kontaktierungselement (10).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das elektrische Kontaktieren des Leitungsdrahts (20) mit der Trägereinrichtung (40) mittels Krimpens durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Kontaktieren des Kontaktierungselements (10) mit der Leiterplatte (40) mittels eines Lötprozesses durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Lötprozess ein Reflow-Lötprozess ist.
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