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Kontaktelement zur Iötfreien Befestigung in
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Leiterplatten - Bohrungen Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement
zur lötfreien Befestigung in vorzugsweise durchkontaktierten Bohrungen von Leiterplatten
mit einem in die Bohrung mit Preßsitz eXnschiebbaren Einpreßabschnitt zur mechanischen
und elektrischen Verbindung zwischen Kontaktelement und Leiterplatte, wobei der
Einpreßabschnitt sich achsparallel über seine Länge erstreckende Prägungen aufweist-Bei
derartigen Kontaktelementen, die vorzugsweise in metallisierte Leiterplatten-Bohrungen
eingesetzt werden und dabei mit der Bohrungswandung in elektrischen und mechanischen
Kontakt gelangen, ist es erforderlich, daß diese Kontaktelemente zum einen in Bohrungen
mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden können, wobei die elektrische
Kontaktgabe mit der Bohrungswandung in jedem Falle ausreichend sein muß und zum
anderen ist ein Auswechseln von gegebenenfalls defekten Kontaktelementen zu Reparaturzwecken
erforderlich. Dabei muß sichergestellt sein, daß die Metallisierung der Bohrungs-Wandung
beim Einpressen von Kontaktelementen nicht in unzulässiger Weise deformiert und
beschädigt wird.
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Außer der DE-OS 29 37 BB3 ist ein Anschlußstift für lötfreie Anschlußtechniken
bekanntgeworden, der einen zylindrischen Einpreßabschnitt aufweist, der mit einer
achsparallelen ertiefung versehen ist. Dabei ist der Umfang des Querschn.ttes
des
Einpreßabschnittes im wesentlichen rund ausgebildet und beim Einpressen in eine
Leiterplattenbohrung eines derartigen Kontaktstiftes wird durch die axiale Vertiefung
ein aufeinanderzu Bewegen der äußeren Enden des Abschnittes und somit eine Durchrnesserverringerung
des Einpreßabschnittes ermöglicht.
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Durch den zylindrischen Einpreßabschnitt erfolgt die elektrische Kontaktgabe
des Einpreßabschnittes zur metallisierten Bohrungswandung durch Flächenpressung
mit relativ geringem spezifischen Anpreßdruck und eine gasdichte Kontaktierung,
d.h.
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Langzeit-Kontaktgabe mit konstantem Übergangswiderstand ist nicht
immer gewährleistet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter
Vermeidung der genannten Nachteile der bekannten Anordnung, den Einpreßabschnitt
eines Kontaktelementes zur lötfreien Befestigung in Leiterplatten-Bohrungen unter
Kontaktgabe zur metallisierten Bohrungswandung so auszubilden, daß der Einpreßabschnitt
in Bohrungen mit relativ großen Druchmesserunterschieden unter Anpassung an den
jeweiligen Bohrungsdurchmesser einsetzbar ist und wobei eine einwandfreie, gasdichte
Langzeit-Kontaktgabe mit hohem spezifischem AnpreEdruck des Einpreßabschnittes an
die Bohrungswandung erzielt wird, wobei jedoch die metallisierte Bohrungswandung
nicht in unzulässiger Weise deformiert und beschädigt wird, so daß ein derartiges
Kontaktelement gegebenenfalls aus einer Bohrung entfernt und durch ein neues Kontaktelement
ersetzt werden kann.
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Es hat sich nun. gezeigt, daß sich diese Aufgabe in technisch fortschrittlicher
Weise losen läßt, wenn der Einpreßabschnitt zwei aufeinanderzu bewegliche Seitenteile
aufweist, die unter einem Winkel zueinander angeordnet sind.
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WCiteFF vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Kontaktelementes
sind in den Ansprüchen 2 his 7 erläutert.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteilc bestehen insbesondere darin,
daß ein Kontaktelement mit einem an unterschiedliche
Durchmesser
von Lei.terplattenbohrungen sich anpassenden Einpreßabschnitt geschaffen wurde,
das in Bohrungen mit; stark unterschiedlichen Durchmessern einsetzbar ist. Die durch
Herstellungstoleranzen begründeten Durchmes.Ce-runj'erschied.e liegen dabei, ohne
aufwendige und kostspielige Herstellungsverfahren anwenden zu müssen, üblicherweise
im Bereich + 5% bis + 8%.i Die Kontaktgabe zur Bohrungsmetallisierung erfolgt durch
3-fach, bzw. 4-fach Kantenpressung mit hohem spezifischen Anpreßdruck, wodurch eine
vibrationssichere, gasdichte Kontaktierung erzielt wird. Dabei ist jedoch sichergestellt,
daß die Bohrungswanduny nicht in unzulässiger Weise deformiert und beschädigt wird,
so daß ein Auswechseln eventuell defekter Kontaktelemente ohne weiteres möglich
ist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen, federelastischen Einpreßbereiches
besteht darin, daß die zum Einpressen eines derartigen Kontaktelmentes erforderlichen
Einpreßkräfte im Verhältnis zu bekannten starren Einpreß-Pfosten äußerst gering
sind,. wodurch wiederum die Möglichkeit gegeben ist, eine Uielzahl von Kontaktelementen
gemeinsam mit einem entsprechend zugehörigen Isolierkörper in eine Leiterplatte
einzupressen. Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, ein separates Einpreßwerkzeug
zu benutzen, sondern die Kontaktelemente können mit Anlageschultern versehen sein,
die mit entsprechenden Schultern im Isolierkdrper zusammenwirken, wobei durch Druck
auf den Isolierkörper über diese Schultern die Einpreßkraft auf die Kontaktelemente
übertragen werden kann, ohne daß durch zu hohen spezifischen Druck auf die Isolierkörper-Schultern
diese Schultern deformiert bzw. zerstört werden.
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Ein besonderer Vorteil liegt weiterhin in der günstigen Herstellbarkeit
eines derartigen Einpreßabschnittes durch Prägeverfahren aus rundem wie auch rechteckigem
Ausgangsmaterial.
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Durch die n Fnrmungs bzw. Entformungsrichtung s[hr.iy vez ufenden
Flächen der Seitenteile ist eine leichte Erlttormbarkeit des Einpreßbereiches aus
dem Prägewerkzeug gegeben. Weiterhin wird hierdurch gleichzeitig die Haltbarkeit/Standzeit
der Prägestempel günstig beeinflußt.
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Imlo!genden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Rusführungsweg
darstellenden Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Ansicht eines Einpreßabschnittes eines Kontaktelementes,
Fig. 2 die Ansicht des Einpreßabschnittes des Kontaktelementes gem. Fig.1 im Schnitt
entlang der Linie A-A, Fig. 3 die Ansicht eines modifizierten Einpreßabschnittes
gem. Fig.1 im Schnitt entlang der Linie A-A, Fig. 4 die Querschnitts-Ansicht eines
abgewandelten Einpreßabschnittes, Fig. 5 die Querschnitts-Ansicht eines weiter abgewandelten
Einpreßabschnittes, Fig. 6 den Querschnitt eines in eine Leiterplattenbohrung maximalen
Durchmessers eingesetzten Einpreßabschnittes gem. Fig.4 in vergrößerter Darstellung,
und Fig. 7 den Querschnitt eines in eine Leiterplattenbohrung minimalen Durchmessers
eingesetzten Einpreßabschnittes gem. Fig.4 in vergrößerter Darstellung.
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In der Fig.1 ist der Einpreßabschnitt 1 eines Kontaktelementes2 zur
lötfreien Befestigung in Leiterplatten-Bohrungn dargestellt. An den Einpreßabschnitt
schließt sich nach oben hin im allgemeinen ein hier nicht näher dargestellter Stift-,
Buchsen-oder Gabelkontakt, Halterungs- und Befestigungs-Einrichtungen für das Kontaktelement
in einem Isoliergehäuse, sowie Einpreßschultern für die Einleitung der EinpreßkrSfte
beim Einpressen eines derartigen Kontaktelementes in eine Leiterpiatten-Bohrung
an. Nach unten hin endet das Kontaktelement in einer angeschrägten Einführungsspitze
oder setzt sich in Form eines rechteckigen Anschlunpfostens für Drahtwickel-Technik
fort. Auch dieser Bereich ist hier nicht näher dargestellt, um die Zeichnungen auf
das wesentliche der Erfindung, nämlich den Einpreßabschnitt 1 zu beschränken.
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Die Fnrrnung des erfindungsgemäßen Einpreßabschnittes aus rundem oder
rech-teckigem Ausgangsmaterial erfolgt vorteilhafterweise durch Prägeverfahren.
Bei dem in der Fig. 1 dargestell-
ten Einpreßabschnitt 1 des Kontaktelementes
ist das Material des Kontaktpfostens zur Bildung des Einpreßabschnittes mit einer
im wesentlichen V-förmigen Einprägung 3 versehen. Gleichzeitig sind beim Prägen
dieses Bereiches durch ein entsprechend geformtes Prägegesenk die beiden Seitenteile
4 ausgebildet worden, die unter einem Winkel K zueinander angeordnet; sind.
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Zur Erleichterung des Einführens des Einpreßabschnittes in eine Leiterplattenbohrung,
geht der Einpreßabsohnitt mit der Einführschräge 5 in den unteren Kontaktelementbereich
6 über.
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In der Fig. 2 ist der Querschnitt eines derartigen Einpreßabschnittes
dargestellt. Beim Finpressen eines solchen Einpreßabschnittes in eine Leiterplatten-Bohrung
mit geringerem Durchmesser als dem Durchmesser des Lhkreises 7 des Einpreßabschnittes,
werden die Enden 8 der beiden Seitenteile 4 aufeinanderzu gebogen, wobei der Durchmesser
des Umkreises verringert wird und der Einpreßbereich paßt sich somit dem Durchmesser
der Bohrung an. Durch geeignete Materialuahl wird erreicht, daß die an der Wurzel
9 des V's miteinander verbundenen Seitenteile-federelastisch bewegbar sind und somit
nach dem Einpressen in eine Bohrung eine konstante Anpreßkraft an die Bohrungswandung
aufweisen.
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Zusätzlich zum Bestreben des Auffederns des V-förmigen Einpreßabschnittes
durch federelastische Eigenschaften der Verbindungsstelle der Seitenteile an der
Wurzel des V's, werden in den Übergangsbereichen 11 der Seitenteile 4 in das Kontaktposten-Material
beim Aufeinanderzubiegen der Seitenteile innere Torsionsspannungen in diesen Bereichen
erzeugt, die ebenfalls ein Auffedern des V-förmigen Einpreßbereiches anstreben und
die Anpressung der Berührungskanten 10 des Einpreßabschnittes an die Bohrungswandung
unterstützen. Dabei wird insgesamt gesehen eine 3-fach Kantenpressung des Einpreßabschnittes
an die Bohrungswandung erzielt. Eine nähere Erläuterung der Kontaktgabe in einer
metallisierten Bohrung unter Erzielung einer gasdichten Langzeit-Verbindung erfolgt
weiter unten (Fig. 7 und 8) bei der Erläuterung eines in eine Leiterplatten-Bohrung
eingepreßten Einpreßabschnittes.
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Bei dem in der Fig.3 dargestellten Querschnitt des V-förmigen Einpreßabschnittes
ist weiterhin vorgesehen, daß die mit der Bohrungswandung in Berührung gelangenden
Kanten 10, 10' der Seitenteile 4 mit Rundungen versehen sind. Dadurch wird eine
Beschädigung der Bohrungswandung beim Einpressen in eine metallisierte Bohrung (Durchschneidung
der Metallisierung) sicher verhindert, wobei jedoch der spezifische Anpreßdruck
aufgrund der linienförmigen BerUhrung mit der Bohrungswandung ausreichend hoch für
eine gasdichte Langzeit-Kontaktierung ist.
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In der Fig.4 ist ein modifizierter Einpreßabschnitt im Querschnitt
dargestellt. Die Querschnittsform ist hierbei etwa U-förmig geprägt worden, wobei
die beiden Seitenteile 4 ebenfalls unter einem Winkel zueinander verlaufen. Die
mit der Bohrungswandung beim Einpressen des Einpreßabschnittes in Berührung gelangenden
Kanten 10" sind ebenfalls mit Rundungen versehen. An der Wurzel des U's ist eine
weitere Einprägung 12 vorgesehen, wodurch der die beiden Seitenteile verbindende
Steg 13 mit einem mittleren dünnen Bereich 14 ausgebildet wird.
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Bei dieser Ausbildung des Einpreßabschnittes werden beim Einsetzen
des Einpreßabschnittes in eine Bohrung mit kleinerem Durchmesser als dem Durchmesser
des Umkreises 7 die Enden 8' der Seitenteile 4 aufeinanderzu gebogen und der Einpreßbereich
paßt sich somit ebenfalls dem geringeren Durchmesser der Leiterplattenbohrung an.
Durch geeignete Werkstoffauswahl wird erreicht, daß der Werbindungssteg federelastische
Eigenschaften aufweist und die Seitenteile federnd gegen'die Bohrungswandung prct.
Durch die Anordnung der Seitenteile unter einem Winkel zueinander, werden hier,
ebenso wie schon bei der U-förmigen Aushildung erläutert, Torsionsspannungen in
der Übergangsstelle zum Pfostenmaterial beim Zusammendrücken der Enden 8' der Seit;ent;eile
hervorgerufen, die auch hierbei das Anpressen an die Bohrungswandung Ullterstützen.
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Der Vorteil dieser U-förmigen Ausbildung des Einpreßabschnittes lieqt
dabei insbesondere in der 4-fach Kantenpressung zur Bohrungswandung.
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Beim Einpressen eines derartigen Einpreßabschnittes in eine Bohrung
mit minimalstem Durchmesser wird der klerbindungssten 13, 14 weitgehend zusammengedrückt
und verformt. Dabei isL vUlgesehen, daß diese Verformung zum größten Teil im federelo-stischem
Bereich des Werkstoffes liegt und nur in geringem Maße eine irreversible plastische
Verformung auftritt, Dariiber hin aus ist vorgesehen, daß durch entsprechend schlanke
Ausbildung der Seitenteile diese in sich selbst federelastisch biegbar sind und
sich beim'Einpressen in Bohrungen mit minimalem Durchmesser geringfügig durchbiegen
und den Durchmesser des Umkreises 7 an den geringsten Bohrungsdurchmesser anpassen,
wie weiter unten in der Fig.7 dargestellt und näher erlautert.
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Bei dem in der Fig.5 im Schnitt dargestellten Einpreßabschnitt sind
die beiden Seitenteile 4 beim Prägevorgang entlang der Mittelachse voneinander getrennt
worden, so daß hier der axial verlaufende Spalt 15 ausgebildet wird. Gegebenenfalls
können die Seitenteile hierbei nach außen gewölbt und somit.in Querrichtung federnd
vorgespannt werden. Die Seitenteile sind dabei ebenfalls unter einem Winkels angeordnet.
Weiterhin sind die nahe beahstandeten Kanten der inneren Bereiche mit Rollschultern
16 versehen.
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Beim Einsetzen eines derartig ausgebildeten Einpreßabschnittes in
eine Leiterplattenbohrung mit geringerem Durchmesser als dem Umkreis 7 des Einpreßabschnittes
werden die Seitenteile unter Verringerung des Umkreis-Durchmessers und somit Anpassung
an den Bohrungs-Durchmesser zunächst aufeinanderzu gebogen. Sobald die Schultern
16 zur gegenseitigen Anlage gelangen, werden die Enden 8" der Seitenteile weiter
aufeinanderzu bewegt, wnhei- die Schultern aufeinander abrollen. Auch bei dieser
Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Seitenteile entsprechend schlank ausgebildet
werden, so daß sie bei minimalstem Bohrunqsdurchmesse-r in sich federelastisch durchbiegbar
sind.
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Die abgerundeten BerUhrungskanten 10"' zur Leiterplattenbohrung gewährleisten
auch bei dieser Ausführungsform eine 4-fach Kantenpressung zur Bohrungswanduhg unter
Vermeidung einer Beschädigung dr Bohrungsmetallisierung.
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Ausschlaggebend für die federnde Anpressung der Berührungskanten ist
hierbei zum einen die federelastische Ausbildung der Seitenteile in Querrichtung,
die Torsionsspannungen an der Einleitungsstelle in das Stiftmaterial, sowie das
federelastische Durchbiegen der Seitenteile an sich.
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Besonderer Vorteil ist die äußerst günstige Herstellbarkeit eines
derartig geformten Einpreßabschnittes.
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Tn der Fig.6 ist ein Einpreßabschnitt der gem. Fig.4 ausgebildet ist,
in eine Leiterplattenbohrung 17 eingepreßt im Schnitt dargestellt. Dabei ist hier
die Leiterplatte 18 mit einer Bohrung maximalen Durchmessers versehen. Die Bohrungswandung
ist mit einer Kupfer-Metallisierung 19 und einer darüber angebrachten Zinnschicht
20 ausgestattet.
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Beim Einpressen des Einpreßabschnittes yelangen die abgerundeten Kanten
10" in innigen Kontakt mit der Bohrungsmetallisierung, wobei Teile der Zinnschicht
nach außen weggedrückt werden und sicn eng an die Kontaktierungs-Kanten 10" anlagern.
Die hier nun angelagerte Zinnschicht 21 bewirkt.einen dichten Abschluß der Kontaktierungskanten
zur umgebenden Atmosphäre und es werden vier qasdichte Kontaktstellen erzielt. Durch
die gerundete Ausbildung der kontaktgebenden Kanten wird eine Beschädigung der Kupfermetallisierung
sicher verhindert.
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Da der Umkreis 7 des Ausgangs-Einpreßabschnittes etwas größer als
der Bohrungs-Durchmesser war, wurden die Enden der Seitenteile beim Einpressen aufeinanderzu
gebogen und der Durchmesser des Einpreßabschni ttes dem Bohrungsdurchniesser angepaßt.
Der Verbindungsoteg 13 der Seitenteile ist dabei geringfügig zusammengedrückt und
lediglich elastisch verformt worden, so daß hierdurch ein Bestreben des Auseinanderfederns
der Seitenteile dee Einpreßabschnittes hervorgerufen wird. Gleichzeitig entstehen
durch das nufeinanderzubewegen der Enden der Seitenteile Torsionsspannungen in den
Verbindungsstellen der Seitenteile mit dem Stift-Vollmaterial, die ebenfalls ein
elastisches Auf-Iederrl der Seitenteile anstreben.
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Diese Federspannungen, in Verbindung mit der elastischen Federung
des Verbindungssteges bewirken eine konstante Arlpressung der Kanten des EinpreBabschnittes
an die Bohrungswandurlg.
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In der Fig.7 ist dargestellt, wie sich der Einpreßabschnitt gem.
Fig.4 beim Einpressen in eine Leiterplattenbohrung 17' mit minimalem Bohrungsdurchmesser
verformt. Man erkennt, daß hierbei der Verbindungssteg 13 weitgehend zusammengedrückt
und verformt wird. Hierbei erfolgt aufgrund der Steggeometrie eine Ausbiegung und
Aufwölbung des Stegmaterials zum Inneren des Einpreßabschnittes hin. Aufgrund der
Materialauswahl mit hohen federelastischen Eingenschaften ist jedoch sichergestellt,
daß zwar ein gewisser Anteil irreversibler Verformung auftritt, jedoch daneben noch
ein großer Anteil federelastischer Verformung vorhanden bleibt, der die Seitenteile
auseinander und somit gegen die Bohrungswandung preßt.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Seitenteile scnlank ausgebildet
sind, wodurch die Seitenteile sich federelastisch durchbiegen können wie in Fig.7
dargestellt. Durch diese Federelastizität werden die Kanten der Seitenteile ebenfalls
federnd gegen die Bohrungswandung gepreßt.
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Weiterhin wird durch Torsionsspannungen in der Einleitungsstelle
der Seitenteile in das Stiftmaterial, wie schon bei der Erläuterung der Fig.6 angegeben,
eine Anpreßkraft an die Bohrungswandung hervorgerufen.
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Die Art der Kontaktierung und Erzielung der gasdichten Langzeitverbindung
erfolgt hierbei ebenso wie gleichfalls in der Erläuterung der Fig.6 angegeben.
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Insgesamt gesehen wirken hierbei also mehrere Kraftkomponenten als
resultierende Andruckkraft der Kanten der Seitenteile an die Bohrungswandung. Dabei
ist durch die federelastischen Eigenschaften des Einpreßabschnittes und die Abrundung
der kontaktgebenden Kanten dieses Bereiches sichergestellt, daß die Einpreßkräfte
eine vertretbare Größe nicht übersteigen, daß eine konstante. gasdichte Kontaktierung
erzielt wird und daß eine
Beschädigung und Verformung der Leiterplattenbohrung
(Kupfer-Metallisierung) sicher vermieden wird.
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Bei derartiger, elastischer Ausbildung des Einpreßabschnittes ist
es ohne weiteres möglich, ein Kontaktelement wieder aus der Leiterplatten-Bohrung
zu entfernen und ein neues Kontaktelement in die gleiche Bohrung einzusetzen.
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