DE68919987T2 - Zylindrische Miniaturendkontaktbüchse. - Google Patents

Description

Bereich der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine hülsenförmige Miniatur-Buchsenklemme, die aus dünnem Metallmaterial einheitlicher Dicke rundgebogen ist, um eine elektrische Verbindung mit einem in die Klemme eingeführten Stift auszubilden, und auf einen bei der Herstellung der Klemme verwendeten flachen gestanzten Zuschnitt.
Beschreibung des Stands der Technik
• Die Verkleinerung von elektronischen Bauelementen wie Computerchips und dergleichen und die daraus resultierende Verkleinerung von elektronischen Baugruppen haben die Entwickler von Schaltungen gezwungen, die Größe der zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den Baugruppen verwendeten Anschlußklemmen und Klemmenleisten zu reduzieren. Dieser Trend wird besonders deutlich bei modernen Computern, wo in früheren Klemmenleisten, die zur Bildung von Verbindungen zwischen Baugruppen dienten, die Klemmen und Stifte in einem Abstand von 2,54 mm (0,100 Inch) angeordnet waren, so daß es moglich war, etwa 100 Klemmen auf einer Fläche von 645,16 mm² (einem Quadratinch) einer Leiste unterzubringen. Die Stifte waren gewöhnlich rund oder quadratisch, von 0,635 mm (0,025 Inch) Durchmesser bzw. Kantenlänge.
• Gegenwärtige Bedürfnisse erfordern, daß etwa 450 Anschlüsse auf der gleichen Fläche von 645,16 mm² (einem Quadratinch) zur Aufnahme von Stiften mit einem Durchmesser von ungefähr 0,38 mm (0,015 Inch) vorgesehen sind. Die hülsenförmigen Miniatur-Buchsenklemmen, die verwendet werden, um diese Anforderungen zu erfüllen, sind extrem klein. Diese Klemmen werden aus einer dünnen Tafel geeigneter Metallfolie ausgestanzt.
• Die Herstellung von Klemmen aus einer Metallfolie ist schwierig. Die geringe Größe der Klemme erfordert, daß die Stanzteile sehr klein sind. Besonders kleine Stanzwerkzeuge sind erforderlich, um sehr kleine innere Öffnungen aus dem Klemmenzuschnitt auszuschneiden. Kleine Stanzstempel sind schwer herzustellen und neigen während der Produktion zum Absplittern und Brechen.
• Ein anderes großes Problem bei der Produktion von Klemmen von sehr geringer Größe besteht darin, daß die mit einem typischen Stanzvorgang verbundenen Fertigungstoleranzen trotz der Miniaturgröße der Klemme unverändert bleiben. Diese relativ großen Toleranzen bedeuten, daß die Größe einer einzelnen, innerhalb der Vorgaben erzeugten Miniaturklemme bei einer bestimmten Abmessung bis zu 13 Prozent variieren kann. Die Klemme muß eine hochelastische Federung aufweisen, damit sichergestellt ist, daß trotz der toleranzbedingten Schwankungen in der Größe der Klemme zwischen der Klemme und dem eingeführten Stift elektrische Verbindungen von hohem Anpressdruck ausgebildet werden.
• Das französische Patent Nr. 2.097.920 offenbart eine Buchsenklemme mit drei in engem Abstand voneinander angeordneten Streifen (9, 10, 11), die sich in Längsrichtung der Klemme erstrecken.
• Eine andere hülsenförmige Miniatur-Buchsenklemme des Standes der Technik umfaßt ein Rückgrat, das über eine Anzahl winkeliger Rippen gleicher Breite mit gegenüberliegenden Brücken verbunden ist, wobei benachbarte Rippen durch enge Schlitze voneinander getrennt sind. Die gesamte Hülse umklammert den eingeführten Stift. Diese Klemme ist relativ schwierig herzustellen, da die engen Schlitze zwischen den Rippen die Verwendung eng beabstandeter und äußerst kleiner Stanzstempel notwendig machen. Das Einführungsende der Klemme ist schräg und bildet kein optimales Ziel für die Stifteinführung
• Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei C-förmige, sich verjüngende Lappen an jedem Ende der Klemme, wobei jeder Lappen ein Ende geringster Breite, das mit einem Streifen verbunden ist, und ein Ende größter Breite aufweist, das mit dem Ende größter Breite des anderen Lappens am Ende der Klemme verbunden ist, wobei diese Lappen ausgehend von dem Ende geringster Breite in Richtung auf das Ende größter Breite an Breite zunehmen, sich die miteinander verbundenen Enden größter Breite zum anderen Ende der Klemme hin erstrecken und mit den Enden größter Breite der Lappen an dem anderen Ende der Klemme verbunden sind, so daß sie ein Rückgrat bilden, das sich in Längsrichtung der Klemme erstreckt und von den Kontaktstreifen beabstandet ist, und gekennzeichnet durch ein Paar zu beiden Seiten des Rückgrats in der Klemme ausgebildete Durchbrechungen, wobei jede Durchbrechung von der Innenkante eines Kontaktstreifens und den Innenkanten der mit dem Kontaktstreifen verbundenen Lappen definiert ist, wobei die Lappen die Kontaktstreifen über dem Rückgrat zwecks Aufnahme eines Kontaktstiftes zwischen diesen anordnen.
• Die bevorzugte hülsenförmige Miniatur-Buchsenklemme der Erfindung kann zuverlässig aus Metallfolie ausgestanzt werden und umfaßt ein Rückgrat und zwei gegenüberliegende Kontaktstreifen, die durch sich verjüngende C-förmige Lappen mit dem Rückgrat verbunden sind. Die Lappen haben Enden geringster Breite, welche mit den Streifen verbunden sind und bis zu verbundenen Enden größter Breite an dem Rückgrat an Breite zunehmen. Zwischen jedem Streifen und dem Rückgrat ist eine einzige, relativ große und leicht auszustanzende Öffnung durch die Klemme (Durchbrechung) ausgebildet. Die elastisch nachgiebigen, sich verjüngenden C-förmigen Lappen gewährleisten trotz großer Fertigungstoleranzen linienförmige elektrische Verbindungen von hohem Preßdruck zwischen den Streifen und dem Rückgrat und einem eingeführten Stift. Die Lappen sind seitlich vom Stift beabstandet, um die elastische Nachgiebigkeit zu verbessern und eine Klemmung zu verhindern. Die relativ großen Stanzstempel, die verwendet werden, um die beiden Durchbrechungen zwischen den Streifen und dem Rückgrat zu bilden, sind solide und besitzen eine lange Lebensdauer, wodurch Betriebsausfälle, wie sie bei der Produktion von Miniatur-Klemmen mit engen Öffnungen vorkommen, vermieden werden.
• Es wird nun, lediglich als Beispiel, eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine Aufsicht auf ein hülsenförmiges Miniatur-Buchsenklemmenelement,
• Fig. 2 eine Seitenansicht des Klemmenelements aus Fig. 1 mit Blickrichtung 2-2,
• Fig. 3 eine Unteransicht mit Blickrichtung 3-3 in Fig. 2,
• Fig. 4 eine Stirnansicht des Klemmenelements,
• Fig. 5 eine Fig. 1 entsprechende Draufsicht, die jedoch die Klemme und einen eingeführten Kontaktstift zeigt,
• Fig. 6 einen Teilschnitt entsprechend der Schnittangabe 6-6 in Fig. 5,
• Fig. 7 einen ausgestanzten Zuschnitt, der bei der Herstellung des offenbarten Klemmenelements verwendet wird.
• Das Klemmenelement 8 umfaßt eine hülsenförmige Miniatur-Buchsenklemme 10, einen Klemmenmontagekanal 12 und eine Lötfahne 14, die durch Ausstanzen aus dünnem Metallmaterial einheitlicher Dicke werkstoffeinheitlich ausgebildet sind. Die Klemme 10 weist ein Paar beabstandete, parallele Kontaktstreifen 16 auf, die sich auf einander gegenüberliegenden Seiten der Klemme befinden und sich axial in Längsrichtung der Klemme erstrecken. Zwei C-förmige, sich in der Breite verjüngende Lappen 18 an jedem Ende der Klemme besitzen Enden 20 geringster Breite, welche mit den Enden der Streifen verbunden sind, und Enden 22 größter Breite, die miteinander verbunden sind. Diese Enden größter Breite erstrecken sich axial entlang der Klemme und sind in der Mitte der Klemme mit den Enden größter Breite der entsprechenden Lappen am anderen Ende der Klemme verbunden. Die vier miteinander verbundenen Lappenenden größter Breite bilden ein Klemmenrückgrat 24, das sich in axialer Richtung parallel zu den Kontaktstreifen erstreckt.
• Wie in Fig. 4 gezeigt, definieren die Kontaktstreifen und die Lappen einen hülsenförmigen Körper 26 mit den beabstandeten Streifen auf einer Seite des Körpers und dem Rückgrat auf der anderen Seite des Körpers gegenüber den Streifen. Die Innenbreite 32 des Körpers ist größer als die Innenhöhe 34 des Körpers, um die Länge der sich verjüngenden C-förmigen Lappen zwecks zuzätzlicher elastischer Nachgiebigkeit zu vergrößern und um zu gewährleisten, daß ein Kontakt zwischen der Klemme und einem in die Klemme eingeführten zylindrischen Stift 36 nur an drei Kontaktlinien unter hohem Anpressdruck stattfindet. Eine Kontaktlinie 42 erstreckt sich entlang des Rückgrats. Die Kontaktlinien 44 erstrecken sich entlang der Streifen 16. Die Lappen 18 zwischen den Streifen und dem Rückgrat sind seitlich von dem Stift beabstandet, um den relativ langen Lappen eine freie Biegung zu ermöglichen und um die Reibung zwischen den Lappen und dem Stift zu verringern.
• Die Enden der Kontaktstreifen 16 und des Rückgrats 24 am Einführungsende 46 der Klemme sind mit Abschrägungen oder konisch erweiterten Abschnitten 38 und 40 versehen, um beim Ausstanzen der Klemme entstandene Stanzgrate und Kantenrauhigkeiten zu entfernen und um ein reibungslosen Einführen des Stiftes 36 in das Buchseninnere 28 der Klemme zu unterstützen. Der Durchmesser des Stiftes 36 ist etwas größer als der Abstand zwischen dem Rückgrat 24 und den Kontaktstreifen 16, so daß bei Einführung des Stiftes die Streifen von dem Rückgrat weggedrückt werden und die Lappen 18 unter Spannung gesetzt werden, um an den Linien 42 und 44 redundante elektrische Verbindungen von sehr hohem Anpressdruck zwischen dem Stift und der Klemme zu schaffen. Die Linien verlaufen in Längsrichtung der Klemme. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Streifen 16 vor Einführung des Stiftes über dem Rückgrat angeordnet, wobei die Unterseiten der Streifen im wesentlichen parallel zu der Oberseite des Rückgrats verlaufen. Das Einführen des Stiftes in die Klemme biegt die Streifen um eine geringe Distanz nach oben und nach außen, so daß sich die Kontaktlinien 44 zwischen dem Stift und den Streifen auf jeder Seite des Scheitels des Stiftes anordnen und den Stift in der Mitte der Klemme festhalten, wobei die Unterseite des Stiftes an der Kontaktlinie 42 fest gegen das Rückgrat gepreßt wird.
• Die Lappen 18 sind aus dem Material einheitlicher Stärke gebildet, aus dem die Klemme 10 hergestellt ist, und sie weisen eine sich verjüngende Gestalt auf, wobei das Ende geringster Stärke mit einem Kontaktstreifen verbunden ist und das Ende größter Stärke mit dem entsprechenden Ende des benachbarten Lappens verbunden ist. Das Einführen eines Stiftes in eine Klemme erhöht den Abstand zwischen dem Streifen und dem Rückgrat und setzt die U-förmigen Lappen unter Spannung. Die sich verjüngende Gestalt der Lappen gewährleistet, daß die Spannung in den Lappen gleichmäßig verteilt ist und sich in Längsrichtung der Lappen fortsetzt. Eine gleichmäßig verteilte Spannung stellt sicher, daß die Lappen entlang ihrer Länge gleichförmig durchfedern. überbeanspruchung und Spannungskonzentration werden vermieden. Die gleichmäßige Spannungsverteilung gewährleistet, daß die Lappen ihre gewünschten Federeigenschaften trotz Biegung durch wiederholtes Einführen und Herausziehen des Kontaktstiftes beibehalten.
• Die gleichmäßige Spannungsverteilung entlang der Länge der Lappen macht die Lappen hochelastisch und gestattet ein Biegen über relativ weite Bereiche, ohne die Lappen zu verformen. Dies ist besonders wichtig bei sehr kleinen Klemmen wie den Klemmen 10, die sehr kleine Kontaktstifte aufnehmen. Die Klemme 10 kann beispielsweise einen Kontaktstift 36 aufnehmen, der einen Durchmesser von 0,38 mm (0,015 Inch) besitzt. Die Klemme 10 ist aus einem dünnen Blech aus Berylliumkupfer mit einer Dicke von etwa 0,0635 mm (0,0025 Inch) ausgestanzt. Normale Stanzfehler oder -toleranzen bezüglich der Abmessungen liegen bei der Fertigung der Klemme aus der Folie im Bereich von ± 0,038 mm (0,0015 Inch) bis 0,0508 mm (0,0020 Inch) oder betragen bis zu 13 % des Stiftdurchmessers. Aufgrund der sehr geringen Größe der Klemme können die Toleranzen zu Klemmen führen, die ordnungsgemäß hergestellt wurden, bei denen jedoch der Abstand zwischen dem Rückgrat und den Kontaktstreifen von Klemme zu Klemme um bis zu 13 % schwanken kann. Die hohe elastische Nachgiebigkeit der sich verjüngenden Lappen 18 gleicht die durch die Stanztoleranzen bedingten Größenabweichungen aus und bildet Druckkontakte ohne eine Überbeanspruchung der Lappen. Die elastisch nachgiebigen Lappen kompensieren auch Abweichungen im Stiftdurchmesser.
• Beim Einführen des Stiftes in das Einführungsende 46 der Klemme ergreifen die benachbarten Lappen 18 die Spitze des Stiftes und werden in Richtung der Einführung vorgespannt. Die Kontaktstreifen 16 und die Lappen 18 an dem entfernten Ende 48 der Klemme geben den Lappen an dem Einführungsende gegen eine axiale Verschiebung mit dem Stift Halt, so daß die geometrische Integrität der Klemme aufrecht erhalten wird.
• Der Montagekanal 12 umfaßt eine flache Basis 50, die über ein Verbindungsglied 52 mit dem Klemmenrückgrat 24 verbunden ist. Ein Paar Wände 54 erstrecken sich senkrecht von der Basis 50 nach oben. Oben auf den Wänden 54 sind einen Reibungswiderstand bildende Erhebungen 56 vorgesehen. Eine Lötfahne 14 ragt von einer Wand 54 nach hinten, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt.
• Das Klemmenelement 8 mit der Klemme, dem Verbindungsglied, dem Kanal und der Fahne, wird vorzugsweise in eine Klemmenleiste eingefügt, wobei die Klemme 10 in einem Hohlraum eingeschlossen ist, der eine Öffnung aufweist, die über das Einsteck 46 mit der inneren Öffnung 28 in Verbindung steht, der Kanal 12 in einem Hohlraum in der Leiste hinter der Klemme durch Reibung festgehalten wird und die Fahne 14 zum Anlöten oder für eine andere Verbindung mit einer Schaltungsleitung aus der Leiste herausragt. Eine Klemme 10 aus Berylliumkupferfolie mit einer Dicke von 0,0635 mm (0,0025 Inch) besitzt eine Gesamtbreite von etwa 0,813 mm (0,032 Inch) und eine Gesamthöhe von etwa 0,446 mm (0,0175 Inch). Diese kleinen Klemmen können in einzelne Aufnahmehohlräume innerhalb einer Isolierklemmenleiste in einem sehr dichten Raster eingefügt werden, in dem die Mittelachsen 60 benachbarter Klemmen in einem so geringen Abstand wie 1,02 mm (0,040 Inch) in Richtung der Höhe der Klemme und 1,27 mm (0,050 Inch) in Richtung der Breite der Klemme angeordnet sind. Wenn sie in dem Raster in Aufnahmen mit diesem Abstand angeordnet werden, sind etwa 450 Klemmenelemente auf einer Fläche von 645 mm² (einem Quadratinch) verfügbar. Diese Konfiguration von hoher Dichte ist für moderne schnelle Computer und elektronische Anwendungen erforderlich, besonders für Hochgeschwindigkeits-Supercomputer, wo ein Minimum an Platz verfügbar ist und kürzere elektrische Pfade erwünscht sind. Die drei linienförmigen Druckbzw. Klemmkontakte zwischen jedem Stift und der Klemme sind ebenfalls bei Hochgeschwindigkeitscomputeranwendungen sehr wünschenswert.
• Fig. 7 stellt einen ausgestanzten rechteckigen Zuschnitt 62 dar, der rundgebogen wird, um die Klemme 10 auszubilden. Bei der Beschreibung des Abschnitts 64 des Zuschnitts werden die Bezugszeichen, auf welche bei der Beschreibung der rundgebogenen hülsenförmigen Miniaturklemme 10 Bezug genommen wurde, verwendet, um die Merkmale des Zuschnitts zu beschreiben, die nach dem Rundbiegen die Klemmenmerkmale ausbilden.
• Ein Paar D-förmige Öffnungen 30 sind aus gegenüberliegenden Seiten des Zuschnitts ausgestanzt, um die Kontaktstreifen 16 und die vier sich verjüngenden Lappen 18 zu definieren. Die Öffnungen 30 sind von den Innenkanten 66 der Streifen 16 und den konkaven Innenkanten 68 der mit jedem Streifen verbundenen Lappen umgrenzt. Die Kanten 68 sind bogenförmig, gegebenenfalls Kreisbögen. Die Höhe der Öffnungen, der Abstand 66 von der Mitte des Rückgrats zur Mitte der gegenüberliegenden Kante, entspricht etwa der halben Länge des Streifens 16.
• Die Eckbereiche 70 zwischen den Kanten 66 und 68 sind weich gerundet, um das Ausstanzen aus der Folie zu erleichtern und um eine Spannungskonzentration zu vermeiden. Die Ecken 72 des Zuschnitts sind an dem Einführungsende 46 abgerundet und tragen Abfasungen 38, die mit der Abschrägung 40 in der Mitte des Endes zusammenwirken, um ein reibungsloses Einführen des Stiftes in die Klemme zu ermöglichen.
• Wenn der Zuschnitt rundgebogen ist, so daß er das Klemmenelement 8 bildet, besitzt die Klemme 10 eine axiale Länge von 1,57 mm (0,062) Inch und eine Höhe und Breite wie beschrieben. Das Ergebnis ist ein sehr kleines Klemmenelement mit einer axialen Gesamtlänge von etwa 3,75 mm (0,148 Tnch). Anders ausgedrückt, können sechzehn Klemmen 10 auf einer Länge von einem Inch hintereinander angeordnet werden.
• Es ist sehr schwierig, Miniaturklemmen dieser Größe zuverlässig in einem langen, kontinuierlichen Produktionsdurchlauf herzustellen. Die relativ große Größe der Öffnungen 30 erleichtert die Herstellung der Klemme 10. Nur zwei relativ große Stanzstempel sind erforderlich, um die Öffnungen 30 auszuschneiden. Diese Öffnungen sind fast so lang wie die Länge des Klemmenzuschnitts und entsprechen fast der halben Breite des Klemmenzuschnitts. Sie werden von relativ großen, kräftigen Stanzstempeln erzeugt, die den Belastungen bei der Produktion gut standhalten und sich für Langzeit- Produktionsdurchläufe eignen. Kleinere Stanzstempel, die erforderlich sind, um relativ kleinere Öffnungen bei anderen Arten von Miniaturklemmen auszubilden, splittern leicht ab und brechen, wodurch schadhafte Klemmen erzeugt werden und andere Stanzstempelteile der Gefahr einer Beschädigung ausgesetzt werden.

Claims (10)

1. Hülsenförmige Miniatur-Buchsenklemme mit einem Paar eng beabstandeter, sich in Längsrichtung der Klemme erstreckender Kontaktstreifen (16), gekennzeichnet durch zwei C-förmige, sich verjüngende Lappen (18) an jedem Ende der Klemme, wobei jeder Lappen ein Ende (20) geringster Breite, das mit einem Streifen verbunden ist, und ein Ende (22) größter Breite aufweist, das mit dem Ende größter Breite des anderen Lappens am Ende der Klemme verbunden ist, wobei diese Lappen ausgehend von dem Ende geringster Breite in Richtung auf das Ende größter Breite an Breite zunehmen, sich die miteinander verbundenen Enden größter Breite (22) zum anderen Ende der Klemme hin erstrecken und mit den Enden größter Breite der Lappen an dem anderen Ende der Klemme verbunden sind, so daß sie ein Rückgrat (24) bilden, das sich in Längsrichtung der Klemme erstreckt und von den Kontaktstreifen beabstandet ist, und gekennzeichnet durch ein Paar zu beiden Seiten des Rückgrats in der Klemme ausgebildete Durchbrechungen (30), wobei jede Durchbrechung von der Innenkante eines Kontaktstreifens und den Innenkanten der mit dem Kontaktstreifen verbundenen Lappen definiert ist, wobei die Lappen die Kontaktstreifen über dem Rückgrat zwecks Aufnahme eines Kontaktstiftes zwischen diesen anordnen.

2. Klemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Streifen (16) und das Rückgrat (24) im wesentlichen parallel in Längsrichtung der Klemme erstrecken.

3. Klemme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten der Lappen, welche mit jedem Kontaktstreifen verbunden sind, bogenförmig sind.

4. Klemme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen im wesentlichen D-förmig sind.

5. Klemme nach Anspruch 3, die aus einem flachen Zuschnitt hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten des Zuschnitts auf einem Kreisbogen liegen.

6. Klemme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (22) größter Breite der Lappen (18) an jedem Ende der Klemme in der Mitte des Rückgrats miteinander verbunden sind.

7. Klemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten der Kontaktstreifen gerade sind und die Innenkanten der mit jedem Kontaktstreifen verbundenen Lappen bogenförmig sind.

8. Klemme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Rückgrat (24) und den Streifen (16) geringer ist als der Abstand zwischen den Lappenmitten (18) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Klemme, wodurch ein zwischen Rückgrat und Streifen in die Klemme eingeführter runder Stift das Rückgrat und die Streifen auseinanderdrückt, so daß zwischen ihnen drei linienförmige Druckkontakte ausgebildet werden.

9. Klemme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme aus einem Streifenmaterial einheitlicher Stärke ausgebildet ist und die Innenflächen der Streifen auf einer ersten Ebene liegen, die Innenfläche des Rückgrates auf einer zweiten, zur ersten Ebene parallelen Ebene liegt und der Abstand zwischen den Ebenen geringer ist als der größte Innenabstand zwischen benachbarten Lappen an jedem Ende der Klemme.

10. Klemme nach Anspruch 2, hergestellt aus einer Metallfolie.