DE102006041978A1 - Metallisches Kontaktelement für eine elektrische Kontaktanordnung - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
- H01R12/50—Fixed connections
- H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
- H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
- H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
- H01R4/06—Riveted connections
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- Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
- Multi-Conductor Connections (AREA)
Abstract
Bei einem metallischen Kontaktelement (1) mit einem Kontaktierabschnitt (2) und mit einem Befestigungsabschnitt (3) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (16) weist der Befestigungsabschnitt (3) zwei unterschiedlich lange biegbare Schenkel (5, 6) auf, die sich im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung fort vom Kontaktierabschnitt (2) erstrecken, wobei der längere Schenkel (5) derart ausgebildet ist, dass unter Druckbelastung seines den kürzeren Schenkel (6) überragenden Endabschnitts (10) in Richtung (21) Kontaktierabschnitt (2) der längere Schenkel (5) sich fort vom kürzeren Schenkel (6) umbiegt und mit seinem Endabschnitt (10) den kürzmbiegt.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem metallischen Kontaktelement nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
- Um Steckkontakte, z.B. Kontaktstifte, mit einer aus elektrisch isolierendem Material hergestellten Platine (auch Leiterplatte genannt) dauerhaft zu kontaktieren, wird Einpresstechnik eingesetzt. Ein runder, bolzenförmiger Befestigungsabschnitt des Kontaktelements wird in ein Leiterplattenloch gepresst, das durch eine in die Leiterplatte eingebrachte verzinnte Hülse gebildet ist. Die Einpresszone wird dabei plastisch und elastisch verformt, wodurch es an den Berührungsstellen zu einer dauerhaft festen Kaltverschweißung zwischen Metallteilen kommt. Beim Einpressen entstehen durch Abschälen Metallspäne, die Kurzschlüsse oder Nebenschlüsse (= hochohmige Kurzschlüsse) verursachen können. Außerdem kann durch die axiale Kraftbeaufschlagung während des Einpressprozesses die in die Leiterplatte eingebrachte verzinnte Hülse beschädigt werden, wodurch die Qualität der elektrischen Verbindung sofort oder erst nach langer Betriebszeit beeinträchtigt werden kann.
- Kaltverschweißung kann auch zwischen anderen Metallen auftreten, z.B. zwischen Gold-Gold und Kupfer-Kupfer. Wie auch Zinn, sind die zuletzt genannten Metalle im Zusammenhang mit der Herstellung von Leiterplatten bekannt. Der Ausdruck Zinn bedeutet in dieser Beschreibung eine Zinn enthaltende Legierung, die für elektrische Kontaktzwecke geeignet ist. Der Fachmann wählt eine für den gewünschten Anwendungsfall geeignete Zinnlegierung aus bekannten Legierungen aus.
- Offenbarung der Erfindung
- Bei dem erfindungsgemäßen Kontaktelement wird Spanbildung sicher vermieden, da das Kontaktelement mit seiner Vorderseite beim Einführen in das Loch nicht an der Lochwand schabt. Das Einführen des Kontaktelements ist mit keiner bzw. geringerer Kraftbeaufschlagung verbunden als bei bekannten Einpresstechniken. Eine Beschädigung der verzinnten Hülse durch das Einpressen wird daher vermieden. Die zum Erzeugen der für das Kaltverschweißen erforderliche Kraft erfolgt mithilfe umgebogener Schenkel und gegebenenfalls zusätzlich mithilfe einer Keilwirkung. Da keine Späne auftreten, ist die Gefahr von Kurz- oder Nebenschlüssen praktisch beseitigt. Es wird auch der Kontaktierprozess vereinfacht, da eine Schädigung der verzinnten Hülse in der Leiterplatte durch das Einpressen einer Einpressgeometrie konzeptionell entfällt. Auch wird die Leiterplatte im Bereich der Kontaktierung deutlich weniger gestresst. Es ist eine hohe Kontaktsicherheit mit gutem Langzeitverhalten zu erwarten. Weiterhin sind prinzipiell große Haltekräfte möglich, da die Kontaktierzone des Befestigungsabschnitts nach der plastischen Umformung einen Hinterschnitt bildet. Wenn auch mehrere Metalle sich für Kaltverschweißungen eignen, wird Zinn bevorzugt.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktelements ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren sind teilweise abgebrochen, schematisch und nicht maßstäblich. Es zeigen:
-
1 das erfindungsgemäße Kontaktelement; und -
2a ,2b das in ein Leiterplattenloch eingesetzte Kontaktelement der1 vor dem Verprägen (2a ) und nach dem Verprägen (2b ). - Ausführungsform der Erfindung
- Das in
1 gezeigte Kontaktelement1 ist aus verzinntem Blech (im Beispiel Messingblech) gestanzt und weist einen oberen Kontaktierabschnitt2 , einen unteren Befestigungsabschnitt3 und dazwischen zwei seitliche Vorsprünge4 auf. Der Kontaktierabschnitt2 ist zum Beispiel ein im Querschnitt etwa rechteckiger Kontaktstift oder ein Messerkontakt in Form eines Flachsteckers. Der Befestigungsabschnitt3 weist zwei nach unten ragende Schenkel5 ,6 mit unterschiedlicher Länge auf. Ausgehend von den Vorsprüngen4 weisen die beiden Schenkel5 ,6 auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils nach unten aufeinander zulaufende Keilflächen7 und daran anschließend zueinander parallele Außenflächen8 ,9 auf. Der längere Schenkel5 steht mit einem Endabschnitt10 über den kürzeren Schenkel6 vor, wobei der Endabschnitt10 hakenförmig zum kürzeren Schenkel6 umgebogen ist und eine nach unten gerichtete Spitze11 aufweist. Diese Spitze11 ist um den Betrag a außermittig zur Mittelebene12 des längeren Schenkels5 angeordnet. Der kürzere Schenkel6 weist eine zum längeren Schenkel5 weisende schräge Endfläche13 auf. - In
2a ist das Kontaktelement1 mithilfe eines Stempels14 , der von oben auf die Vorsprünge4 wirkt, in ein rundes Loch15 einer Leiterplatte16 eingeschoben worden, wobei der zugespitzte Endabschnitt10 des längeren Schenkels5 eine Einführhilfe darstellt. Mit Ausnahme ihrer Keilflächen7 hat der Befestigungsabschnitt3 einen Querschnitt hat, der allseits kleiner ist als der Durchmesser des Loches15 . Das Loch15 ist durch eine verzinnte Hülse17 gebildet, die in die Leiterplatte16 eingebracht ist. Der Einschiebevorgang verläuft nahezu kraftlos, weil die Schenkel5 ,6 mit Ausnahme ihrer Keilflächen7 ohne Widerstand in das Loch15 eingeschoben werden können. Erst wenn die Keilflächen7 mit der Wand18 des Lochs15 in Berührung kommen, ist eine merkliche Kraft (Fügekraft) durch den Stempel15 aufzubringen, damit die Keilflächen7 sich in die Lochwand18 eindrücken können, wodurch an der Leiterplattenoberseite im Bereich19 eine Kaltverschweißung, d.h. ein oberer Kontaktbereich, erzeugt wird. - Nun wird von unten her ein Gesenk
20 (Umformwerkzeug) gegen den Endabschnitt10 durch eine Antriebskraft gedrückt, wie durch den Pfeil21 angedeutet ist. Dadurch wird der längere Schenkel5 nach links gebogen und teilweise umgebogen, bis er schließlich mit seiner Endfläche (Hakenfläche)22 gegen die Endfläche13 des kürzeren Schenkels6 stößt und diesen nach rechts umbiegt und abstützt. Das speziell geformte Gesenk20 unterstützt diesen Prägevorgang oder Umformvorgang. Die Verprägung der Schenkel5 ,6 verursacht zum einen, bedingt durch die außermittige Belastung des längeren Schenkels5 und die speziell geformte Gesenkgeometrie, ein Einrollen des längeren Schenkels5 , zum anderen wird hierdurch der kürzere Schenkel6 nach außen verdrängt. Wesentlich für die Verprägung ist das Aufweiten der beiden Schenkel5 ,6 in Relation zum Loch15 . Hierdurch entsteht im Bereich des Loches15 an der Leiterplattenunterseite ein Formschluss, der jede Relativbewegung zwischen dem Kontaktelement1 und der Lochwand18 verhindert. Dadurch wird, wie in2b gezeigt, an der Leiterplattenunterseite im Bereich23 eine Kaltverschweißung, d.h. ein unterer Kontaktbereich, erzeugt. Eine axiale Belastung der verzinnten Hülse17 oder ihrer metallischen Hülseninnenwand18 wie bei der bekannten Einpresstechnik entfällt. Eine Spanbildung tritt entweder nicht auf, oder, sofern durch die Keilflächen7 doch Späne abgespant werden, sind diese unverlierbar zwischen den Vorsprüngen4 und den verprägten Schenkeln5 ,6 gehalten. In2b ist die Kontaktanordnung aus Leiterplatte16 , Hülse17 und verprägtem Kontaktelement1 insgesamt mit24 bezeichnet. - Alternativ oder zusätzlich zur außermittigen Anordnung der Spitze
11 bzw. des Endabschnitts10 des längeren Schenkels5 kann dieser auch auf seiner dem kürzeren Schenkel6 zugewandten Seite eine in1 gestrichelt dargestellte Kerbe25 aufweisen. Diese Kerbe25 bewirkt, dass der längere Schenkels5 sich unter Druckbelastung nach links biegt und mit seinem Endabschnitt10 den kürzeren Schenkel6 nach links umbiegt.
Claims (10)
- Metallisches Kontaktelement (
1 ) mit einem Kontaktierabschnitt (2 ) und mit einem Befestigungsabschnitt (3 ) zum Verbinden mit einer Leiterplatte (6 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (3 ) zwei unterschiedlich lange biegbare Schenkel (5 ,6 ) aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung fort vom Kontaktierabschnitt (2 ) erstrecken, und dass der längere Schenkel (5 ) derart ausgebildet ist, dass unter Druckbelastung seines den kürzeren Schenkel (6 ) überragenden Endabschnitts (10 ) in Richtung (21 ) Kontaktierabschnitt (2 ) der längere Schenkel (5 ) sich fort vom kürzeren Schenkel (6 ) umbiegt und mit seinem Endabschnitt (10 ) den kürzeren Schenkel (6 ) fort vom längeren Schenkel (5 ) umbiegt. - Kontaktelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (
10 ) des längeren Schenkels (5 ) seitlich in Richtung auf den kürzeren Schenkel (6 ) vorsteht, insbesondere den kürzeren Schenkel (6 ) seitlich überragt. - Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (
10 ) des längeren Schenkels (5 ) hakenförmig zum kürzeren Schenkel (6 ), insbesondere zur Endfläche (13 ) des kürzeren Schenkels (6 ) hin, umgebogen ist. - Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußerste Ende (
11 ) des Endabschnitts (10 ) außermittig zum längeren Schenkel (5 ) angeordnet ist. - Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längere Schenkel (
5 ) an der dem kürzeren Schenkel (6 ) zugewandten Seite eine Kerbe (25 ) aufweist. - Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ihren dem Kontaktierbereich (
2 ) zugewandten Enden die beiden Schenkel (5 ,6 ) auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils Keilflächen (7 ) aufweisen, die in Richtung auf die freien Schenkelenden aufeinander zulaufen. - Kontaktelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzere Schenkel (
6 ) eine zum längeren Schenkel (5 ) weisende schräge Endfläche (11 ) aufweist. - Elektrische Kontaktanordnung (
24 ) mit einer Leiterplatte (14 ) und mit einem damit verbundenen metallischen Kontaktelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Schenkel (5 ,6 ) des Kontaktelements (1 ) durch ein Loch (15 ) der Leiterplatte (16 ) hindurchgreifen und außerhalb des Loches (15 ) in Richtung voneinander fort unter Ausbildung einer Kaltschweißverbindung (23 ) mit der metallischen Lochwand (18 ) umgebogen sind und wobei die freien Enden der beiden Schenkel (5 ,6 ) aneinander anliegen. - Kontaktanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an ihren dem Kontaktierbereich (
2 ) zugewandten Enden die beiden Schenkel (5 ,6 ) auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils Keilflächen (7 ) aufweisen, die in Richtung auf die freien Schenkelenden (10 ,11 ) aufeinander zulaufen und in die metallische Lochwand (18 ) unter Ausbildung einer weiteren Kaltschweißverbindung (19 ) eingedrückt sind. - Kontaktanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (
15 ) der Leiterplatte (16 ) durch eine metallische, insbesondere verzinnte Hülse (17 ) gebildet ist.
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