Rohrförmige Auskleidung für ein im Querschnitt kreisförmiges Loch in einer Leiterplatte
Bei der Herstellung von Platten für gedruckte Schaltungen ist es üblich, in den Platten Löcher vorzusehen, die Zuleitungsdrähte von auf der Platte montierten Bauteilen aufnehmen. Danach werden die Leiter an den auf der Platte befindlichen Leitern angelötet, um diese mit den Bauteilen elektrisch zu verbinden. Wenn die Drähte durch Tauchlöten mit den Leitern der Leiterplatte verbunden werden sollen, sieht man in den Löchern der Leiterplatte zweckmässig metallische Auskleidungen vor, welche den Tauchlötvorgang fördern, indem sie durch Kapillarwirkung den Eintritt des Lötmetalls in das Loch unterstützen, so dass zwischen den Drähten und den Leitern der Leiterplatte eine zuverlässige Verbindung erzielt wird.
Es ist ferner zweckmässig, die Auskleidungen für die Löcher in der Leiterplatte so auszubilden, dass sie vor und während des Lötvorganges einen Zuleitungsdraht vorübergehend festhalten, so dass die Leiterplatte während des Lötens in der erforderlichen Weise manipuliert werden kann.
Es ist bekannt, Auskleidungen in Löchern in gedruckten Leiterplatten mit Hilfe von üblichen Einsetzmaschinen einzusetzen, die Öseneinsetzmaschinen ähneln. Dieses Verfahren ist jedoch relativ langsam und teuer, weil die Löcher in den Platten unregelmässig angeordnet sind und jede Leiterplatte gewöhnlich eine grosse Anzahl von Löchern enthält.
Gemäss der Erfindung wird eine rohrförmige Auskleidung für ein im Querschnitt kreisförmiges Loch in einer Leiterplatte vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Auskleidung von einem im Querschnitt grösseren, unrunden Ende zu einem im Querschnitt kleineren, bogenförmigen Ende verjüngt und das grössere Ende so ausgebildet ist, um zu einem kreisförmigen Querschnitt verformt zu werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die kleinste Querabmessung des grösseren Endes der Auskleidung kleiner als das Doppelte des Radius des kleineren Endes der Auskleidung.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung in der Richtung ihrer Achse von einem im Querschnitt ovalen, grösseren Ende zu einem im Querschnitt bogenförmigen, kleineren Ende verjüngt, ist, wobei die Hauptachse des grösseren Endes grösser ist als das Doppelte des Radius des kleineren Endes, die Nebenachse des grösseren Endes kleiner ist als das Doppelte des Radius des kleinreren Endes und das grössere Ende zu einem kreisförmigen Querschnitt verformbar ist.
Solche Auskleidungen eignen sich besonders zum Einsetzen in im Querschnitt kreisförmige Löcher in einer Leiterplatte in einem Rüttelverfahren, weil durch die Verwendung dieser Auskleidungen die in einem derartigen Verfahren gewöhnlich auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden. Diese Schwierigkeiten bestehen beispielsweise in einem Ineinanderschachteln mehrerer Auskleidungen in einem Loch, in einem unvollständigen Ausfüllen der Löcher und in einer falschen Orientierung der Auskleidungen in den Löchern.
Jede Auskleidung soll zweckmässig imstande sein, einen eingeführten Zuleitungsdraht eines Bestandteils vorübergehend festzuhalten, bis der Zuleitungsdraht an der Auskleidung und einem Leiter der Leiterplatte angelötet wird, so dass diese während des Montagevorganges und des Lötvorganges manipuliert werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung besitzt daher ein Halteelement, das aus dem Mantel der Auskleidung herausgedrückt ist und ein mit einem Mantel der Auskleidung einstückiges, festliegendes Ende und ein freies Ende besitzt, wobei sich das Halteelement gegen über der Achse der Auskleidung von seinem festliegenden Ende aus schräg einwärts erstreckt, an seinem freien Ende unter Bildung eines seitwärtsgerichteten Lappens seitlich abgebogen und zum Festhalten eines eingeführten Drahtes zwischen der Fläche des Halteelements und der Innenfläche der Auskleidung geeignet und der Lappen geeignet ist, sich über den Rand eines Loches in einer Leiterplatte hinaus zu erstrecken und die Auskleidung in dem Loch festzuhalten.
Nach dem Einsetzen einer derartigen Auskleidung in ein Loch in einer Leiterplatte kann ein Zuleitungsdraht eines auf der Platte zu montierenden Bestandteils durch die Auskleidung hindurch eingesetzt werden, wobei deren Halteelement auswärtsgebogen wird und elastisch an dem Zuleitungsdraht angreift und ihn vorübergehend in dem Loch in der Leiterplatte festhält. Der Zuleitungsdraht bewegt ferner den Lappen am Ende des Halteelementes über den Rand des Loches hinaus auswärts, so dass der Lappen die Auskleidung bis nach dem Lötvorgang in dem Loch hält.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer Auskleidung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
Fig. 1 die Auskleidung im Schaubild,
Fig. 2 die Auskleidung nach Fig. 1 in einem Vertikallängsschnitt,
Fig. 3 die Auskleidung in einer Stirnansicht, in der Richtung des Pfeiles 3-3 in Fig. 2 gesehen,
Fig. 4 in einer Draufsicht einen Blechzuschnitt, aus dem die Auskleidung hergestellt wird,
Fig. 5 im Vertikallängsschnitt das Einsetzen von Auskleidungen in Löcher in einer Schablone,
Fig. 6 eine Darstellung von der Linie 6-6 in Fig. 5 gesehen und
Fig. 7 in einem Vertikallängsschnitt einen Teil einer in Fig. 5 dargestellten Schablone, die oberhalb einer Leiterplatte montiert ist, sowie eine oberhalb der Schablone montierte Stempelplatte, wobei sich die Teile in der Stellung unmittelbar vor dem Einsetzen der Auskleidungen in die Löcher in der Leiterplatte befinden.
Fig. 8 zeigt in einer der Fig. 7 ähnlichen Darstellung die Stellung der Teile nach dem Einsetzen der Auskleidungen in die Löcher in der Leiterplatte,
Fig. 9 zeigt in einer Draufsicht einen Teil der Oberfläche einer Leiterplatte mit einem Loch, in dem eine Auskleidung montiert ist.
Fig. 10 zeigt im Vertikallängsschnitt einen Teil einer Leiterplatte, mit einem Loch, in dem eine Auskleidung montiert ist, wobei in der Auskleidung ein Zuleitungsdraht eines Bestandteils eingesetzt ist.
Fig. 11 zeigt in einer der Fig. 10 ähnlichen Darstellung das Aussehen der Teile nach dem Durchführen eines Tauchlötvorganges.
Fig. 12 zeigt schaubildlich und mit auseinandergezogenen Teilen eine Leiterplatte, eine für die Verwendung mit der Leiterplatte geeignete Schablone, mit deren Hilfe Auskleidungen in Löcher in der Leiterplatte geschoben werden können, und eine Stempelplatte mit Stempeln, die zum Schieben der Auskleidungen aus der Schablone in die Leiterplatte dienen.
Gemäss den Figuren 1 bis 4 besteht die Auskleidung für ein Loch in einer Leiterplatte aus einem allgemein rohrförmigen Metallglied 2, das in der Richtung seiner Achse verjüngt ist und ein relativ grosses Ende 4 mit einem ovalen Querschnitt und ein relativ kleines Ende 6 mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat. Die grösste Querabmessung des ovalen Endes 4 ist beträchtlich grösser als der Durchmesser des kreisförmigen Endes 6. Diese Auskleidung wird aus Blech hergestellt, das eine relativ geringe Dicke von;beispiels- weise 0,13 mm hat, und besitzt eine axiale Naht 8, die vorzugsweise einen Schlitz bildet, dessen Breite aus nachstehend angegebenen Gründen ebensogross oder kleiner ist als die Dicke des Bleches. An einer dem ovalen Ende 4 benachbarten Stelle 12 ist ein fingerförmiges Halteelement 10 einstückig an die Auskleidung angesetzt.
Das Halteelement 10 erstreckt sich schräg zu der Achse der Auskleidung und ist im Bereich des Endes 6 bis 14 derart umgebogen, dass es dort einen seitwärtsgerichteten Lappen 16 bildet. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, ist die Länge der Abwicklung des Halteelementes 10 grösser als die Länge der Auskleidung und wird das Halteelement 10 durch Ausstanzen von Material aus dem Blech ausgebildet. Dies ist in Fig. 4 bis 13 angedeutet. Auf beiden Seiten des Halteelements 10 wird eine beträchtliche Materialmenge bei 18 weggenommen, so dass sich das Halteelement 10 frei auswärts bewegen kann, wenn die Auskleidung in einem Loch in einer Leiterplatte montiert ist und ein Zuleitungsdraht eines Bestandteils eingesetzt wird, wie nachstehend erläutert wird.
Gemäss den Figuren 5 bis 12 werden Auskleidungen gemäss den Figuren 1 bis 3 vorteilhafterweise in Löcher in einer aus Kunststoff, z. B. einem Epoxydharz, bestehenden Leiterplatte 20 vorzugsweise mit Hilfe einer Schablone 22 angebracht, die Löcher 28 an Stellen hat, die den Stellen entsprechen, an denen sich die Löcher 26 in der Leiterplatte 20 befinden, sowie mit Hilfe einer Stempelplatte 24 mit Stempeln 32 an Stellen, die den Stellen entsprechen, an denen die Löcher in der Schablone 22 bzw. der Leiterplatte 20 angeordnet sind. Die Löcher 28 in der Schablone 22 sind gemäss Fig. 5 an ihren oberen Enden abgeschrägt und haben einen Durchmesser, welcher der grössten Querabmessung bzw.
der Hauptachse des ovalen Endes 4 der Auskleidung 2 im wesentlichen entspricht. Die Löcher 26 in der Leiterplatte sind im wesentlichen kreisförmig, können jedoch auch gemäss Fig. 7 an ihren oberen Enden erweitert sein. Die in Fig. 7 gezeigte Querschnittform der Löcher 26 in der Leiterplatte ergibt sich aus dem Ausstanzvorang. durch den am oberen Ende jedes Loches etwas Material entfernt bzw. herausgerissen wird. Der Durchmesser der Löcher 26 in der Leiterpiat- te 20 ist so gewählt, dass das grössere Ende 4 einer in das Loch hineingedrückten Auskleidung 2 in einer Presspassung in dem Loch sitzt.
Zum Einsetzen von Auskleidungen 2 in alle Löcher 26 in der Leiterplatte 20 wird die Schablone 22 zunächst in eine geeignete Trageinrichtung 34 (Fig. 5) eingesetzt, die Seitenwände 36 besitzt. Oben auf der oberen-Fläche der Schablone 22 werden Auskleidungen 2 im Über- schuss angeordnet. Zum Rütteln kann man jeden geeigneten Rüttler verwenden, wie er gewöhnlich für Speisevorgänge herangezogen wird. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass ein nur 20 Sekunden dauernden Rüttelvorgang zum Einsetzen von Auskleidungen 2 in alle Löcher 28 in der Schablone 22 genügt. Danach wird die Platte 34 mit einer Frequenz von etwa 60 Schwingungen pro Sekunde gerüttelt, bis jedes Loch 28 in der Schablone 22 eine Auskleidung 2 enthält.
Infolge der Form der Auskleidungen und insbesondere der relativ grossen Querabmessung der Enden 4 der Auskleidungen 2 treten diese derart in die Löcher 28 ein, dass die kreisförmigen Enden 6 abwärtsgekehrt sind, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Wenn eine Auskleidung 2 trachtet, in eines der Löcher 28 in der Schablone in der entgegengesetzten Orientierung einzutreten, wie dies für die in Fig. 5 am weitesten rechts befindliche Auskleidung gezeigt ist, kann die Auskleidung infolge ihrer grossen Querabmessung nicht in das Loch 28 eintreten, und wird von dem Loch 28 weggesohleudert.
Gemäss Fig. 6 besitzen die in den Löchern 28 in der Schablone sitzenden Auskleidungen an ihrem oberen Ende 4 noch ihren ovalen Querschnitt und werden die Auskleidungen in den Löchern 28 mit einer leichten Presspassung so festgehalten, dass die Schablone 22 für die folgenden Arbeitsvorgänge manipuliert werden kann.
Die Leiterplatte 20 wird gemäss Fig. 7 und 8 auf eine Tragplatte 38 gelegt, von deren oberer Fläche sich auf entgegengesetzten Enden Führungszapfen 40 erstrecken. Die Leiterplatte 20 und die Schablone 22 sind mit Löchern versehen, die zur Aufnahme der Zapfen 40 dienen, so dass beim Anbringen der Leiterplatte 20 und der Schablone 22 auf der Tragplatte 38 gemäss Fig. 7 die Löcher in der Schablone 22 genau mit den Löchern 26 in der Leiterplatte 20 fluchten. Danach wird die Stempelplatte 24 so auf den Zapfen 40 montiert, dass die Stempel 32 auf der Unterseite der Platte 24 mit den Löchern 28 in der Schablone und den Löchern 26 in der Leiterplatte fluchten.
Danach wird die Stempelplatte 24 aus der in Fig. 7 gezeigten Stellung in die Stellung nach Fig. 8 bewegt, wobei die Stempel 32 je eine Auskleidung 2 aus einem Loch 28 in der Schablone in ein Loch 26 in der Leiterplatte schieben. Dabei werden die einzelnen Auskleidungen 2 elastisch derart verformt, dass ihre ovalen Enden 4 im wesentlichen kreisförmig werden (Fig. 9). Die offene Naht 8 kann jetzt vollständig geschlossen werden, wenn sie nicht schon beim Einsetzen der Auskleidungen 2 in die Löcher 28 in der Schablone geschlossen wurde. Die Presspassung zwischen dem oberen Ende 6 jeder Auskleidung 2 und dem oberen Ende des Loches 26 in der Leiterplatte genügt nicht nur zum Festhalten der Auskleidung 2 in den Löchern 26, sondern auch zum Einsetzen eines Zuleitungsdrahtes 46 eines Bestandteils 48. wie nachstehend erläutert wird.
Danach werden die Schablone 22, die Stempelplatte 24 und die Leiterplatte 20 von der Tragplatte 38 abgenommen und werden Bestandteile 48, die Leiter 46 besitzen, dadurch auf der Platte 20 montiert, dass die Zuleitungen 46 durch die gewünschten Löcher 26 und die in ihnen befindlichen Auskleidungen 2 eingeführt werden. Gemäss Fig. 1 kreuzen diese Löcher 26 gewöhnlich einen Leiter 50 auf der Unterseite der Leiterplatte 20, so dass beim anschliessenden Tauchlöten der Platte 20 die Drähte 46 elektrisch mit den Leitern 50 verbunden werden. Aus der Fig. 10 geht ferner hervor, dass ein Draht 46 bei seinem Einsetzen in eine Auskleidung 2 den Lappen 16 des Halteelements 10 um ein beträchtliches Stück seitwärts bewegt, so dass der Lappen 16 über den Rand des Loches 26 hinaus bewegt wird.
Nach dieser Verschiebung des Halteelements 10 ist die Auskleidung 2 gegen eine Aufwärtsbewegung gesichert, wie aus der Fig. 10 hervorgeht. Wie vorstehend angegeben wurde, sind die Auskleidungen 2 in den Löchern 26 mit einer Presspassung angeordnet, die zusammen mit der schwachen Konizität der oberen Endteile der Löcher 26 in der Leiterplatte eine Abwärtsbewegung der Auskleidung in der Leiterplatte verhindert.
Infolge der Federkraft der Halteelemente 10, die an den eingeführten Zuleitungsdrähten 46 angreifen und sie gegen die Mäntel der Auskleidungen 2 drücken, werden die Zuleitungsdrähte 46 in den Auskleidungen festgehalten. Nach dem anschliessenden Tauchlöten der Leiterplatte 20 ist zwischen den Drähten 46 und den Leitern 50 eine bleibende elektrische Verbindung vorhanden, wie aus Fig. 11 hervorgeht.
Die grösste Abmessung des kleinen Endes 6 der Auskleidung 2 ist vorzugsweise kleiner als der Nenndurchmesser der Löcher 26 in der Leiterplatte und kleiner als der Durchmesser der Löcher 28 in der Schablone. Die grösste Querabmessung bzw. die Hauptachse des grossen Endes 4 der Auskleidung 2 soll grösser sein als der Durchmesser des Loches 26 in der Leiterplatte und so gewählt sein, dass der grösste Aussenumfang der Auskleidung 2 im wesentlichen ebensogross oder nur sehr wenig grösser ist als der Umfang des Loches 26 in der Leiterplatte. Wie vorstehend angegeben wurde, ist der Nenndurchmesser der Löcher 28 in der Schablone nur etwas grösser als der Durchmesser der Löcher 26 in der Leiterplatte. Wenn diese Beziehungen eingehalten werden, sitzen die Auskleidungen 2 mit einer Feinpassung in den Löchern 28 in der Schablone und mit einer Presspassung in den Löchern 26 in der Leiterplatte.
Beim Einsetzen der Drähte 46 in die Löcher 26 in der Leiterplatte werden die Halteelemente 10 auswärtsgeschwenkt, so dass die Auskleidungen 2 in den Löchern 26 in der Leiterplatte festgehalten werden.
Die vorstehend beschriebene Auskleidung für ein Loch in einer Leiterplatte hat den wichtigen Vorteil, dass sie mit Hilfe eines Rüttelvorganges mit der Leiterplatte vereinigt werden kann. Dies ist in den Figuren 5 bis 8 angedeutet. Die Auskleidung 2 kann in das Loch 28 in der Schablone nicht in einer falschen Orientierung, mit abwärtsgekehrtem grossem Ende 4, eintreten, weil die Enden 4 und 6 verschiedene Abmessungen haben.
Bei abwärtsgekehrtem kleinem Ende 6 kann die Auskleidung 2 dagegen leicht in das Loch 28 eintreten.
Infolge der grösseren Querabmessung oder der Hauptachse des Endes 4 wird die Auskleidung 2 in dem Loch 28 in der Schablone so festgehalten, dass diese zum Auflegen auf die Tragplatte 38 manipuliert werden kaum. Ferner ist das Halteelement 10 so lang, dass der Schwerpunkt der Auskleidung 2 näher bei dem Ende 6 liegt als bei dem Ende 4. Infolgedessen haben die in Fig.
5 gezeigten Auskleidungen eine starke Tendenz, mit abwärtsgekehrten kreisförmigen Enden 6 in die Löcher 28 in der Schablone zu fallen, während nur eine geringere Tendenz besteht, dass sie mit abwärtsgekehrtem grossen Ende 4, wie dies in Fig. 5 für die ganz rechts angeordnete Auskleidung gezeigt ist, in die Löcher fallen. Beim Rütteln erzielt man ferner den Vorteil, dass der seitwärtsgerichtete Lappen 16 des Halteelements 10 einem Ineinanderschachteln von Auskleidungen 2 in einem einzigen Loch 28 in der Schablone entgegenwirkt.
Die den Eintritt jeder Auskleidung 2 in ein Loch 28 in der Schablone beim Rüttelvorgang erleichternden Ausbildungsmerkmale der Auskleidungen 2 verbessern auch die Funktion der Auskleidung 2 nach deren Einsetzen in ein Loch 26 in der Leiterplatte. Beim Einsetzen der Drähte 46 in die Auskleidungen 2 werden die Lappen 16 auswärtsbewegt, so dass sie Anschläge bilden, die eine Aufwärtsbewegung der Auskleidungen 2 gegenüber den Löchern 26 verhindern, so dass die Auskleidungen 2 nicht herausgenommen werden können und bei ihrer Manipulation vor dem Tauchlöten nicht herausfallen. Die Zuleitungsdrähte 46 der Bestandteile werden ebenfalls in den Auskleidungen 2 festgehalten, weil die von den Zuleitungsdrähten 46 auswärtsgebogenen Halteelemente 10 eine Einspannwirkung aus üben.
Wenn die Abmessungen einer Auskleidung 2 sorgfältig ausgewählt sind, können in diese Ausnehmung Drähte in einem relativ weiten Grössen- oder Durchmesserbereich eingeführt werden. Es hat sich gezeigt, dass mit den nachstehenden Abmessungen bei einer bestimmten Kombination des Durchmessers der Löcher in der Leiterplatte und eines Drahtdurchmesserbereiches mit den nachstehenden Abmessungen optimale Ergebnisse erzielt werden:
: Drahtdurchmesserbereich 0,38-0,89 mm Durchmesser des Loches in der Leiterplatte unten 1,22 mm oben 1,45 mm Durchmesser des Loches in der Schablone 1,47 mm Durchmesser der Schrägfläche am oberen Ende des Loches in der Schablone 1,65 mm Länge der Hauptachse des grossen Endes der Auskleidung 1,57 mm Länge der Nebenachse des grossen Endes 1,32 mm Durchmesser des kleinen Endes der Auskleidung 1,22 mm Blechstärke der Auskleidung 0,13 mm Stempeldurchmesser 1,40 mm
Aus der obigen Tabelle geht hervor, dass der Stempeldurchmesser von 1,4 mm etwas grösser ist als die Länge der Nebenachse (1,32 mm) der Auskleidung.
Infolge dieser Beziehung greift der Stempel zuverlässig an der in dem Loche in der Schablone befindlichen Auskleidung an und kann der Stempel die Auskleidung abwärts in das Loch in der Leiterplatte schieben. Das Loch in der Schablone hat einen Durchmesser von 1,47mm und kann den Stempel frei aufnehmen. Der Umfang des grossen Endes der Auskleidung ist etwas grösser als der Umfang des Loches in der Leiterplatte an dessen oberem Ende, so dass eine Presspassung erzielt wird, wenn die Auskleidung in das Loch in der Leiterplatte geschoben wird. Gleichzeitig wird verhindert, dass die Auskleidungen mit abwärtsgekehrten grossen Enden in die im Durchmesser grösseren Löcher in der Schablone eintreten, weil diese grösseren Enden der Auskleidungen oval sind.
Bei den oben angegebenen Beziehungen zwischen den Abmessungen und einer Schwingungsamplitude von etwa 1 mm und einer Frequenz von 60 Schwingungen pro Sekunde hat es sich gezeigt, dass innerhalb von zwanzig Sekunden oder weniger in alle Löcher in der Schablone je eine Auskleidung eingesetzt werden kann.
In manchen Fällen ist es zweckmässig, einen oder mehrere der Stempel 32 zu entfernen, damit in das entsprechende Loch in der Leiterplatte keine Auskleidung eingesetzt wird. Diese Massnahme des Entfernens von ausgewählten Stempeln ist besonders vorteilhaft bei Herstellungsvorgängen, bei denen eine genormte Leiterplatte für zahlreiche verschiedene Schaltungen verwendet wird. Derartige genormte Leiterplatten sind mit Löchern entsprechend einem vorherbestimmten Raster versehen. Bei der Herstellung einer bestimmten Schaltung werden Auskleidungen nur in jene Löcher eingesetzt, die einen Zuleitungsdraht eines Bestandteils aufnehmen sollen; die übrigen Löcher werden nicht verwendet.
Die Schablone kann in diesem Falle mit Löchern entsprechend einem Raster versehen sein, der dem Raster der Löcher in der Leiterplatte entspricht, und die Stempelplatte kann Stempel ebenfalls in einem entsprechenden Raster aufnehmen. Man rüttelt die Auskleidungen in der vorstehend beschriebenen Weise in die Löcher in der Schablone ein. Die Stempel werden an der Stempelplatte nur an den Stellen angebracht, die den Stellen entsprechen, an denen in der Leiterplatte Auskleidungen erforderlich sind.