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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement zur Befestigung
eines Bauteils an einer Leiterplatte. Die Erfindung betrifft ebenfalls
ein Verfahren zum Befestigen eines Bauteils an einer Leiterplatte.
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Ein
derartiges Befestigungselement ist beispielsweise aus der
DE 298 18 135 U1 bekannt.
Dort ist die Außenfläche eines Einpressabschnitts
eines Kontaktelements mit einer Verrippung versehen. Innen weist
das Kontaktelement eine Buchse auf, in die ein Klemmelement eingesteckt
ist. Das Kontaktelement wird dann in eine durchkontaktierte Bohrung
einer Leiterplatte eingepresst. Dadurch entsteht ein feste mechanische
Verbindung sowie eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktelement
und der Leiterplatte. Danach kann ein Stecker in die durch eine
Längsbohrung in dem Kontaktelement gebildete Buchse eingesteckt
werden. Der eingesteckte Stecker wird von dem Klemmelement mechanisch gehalten
und elektrisch mit dem Kontaktelement verbunden.
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Der
Nachteil des bekannten Befestigungselements besteht darin, dass
das Kontaktelement in die Leiterplatte eingepresst werden muss.
Dies ist mit einer üblichen Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile (SMD = surface mounted device) nicht möglich.
Statt dessen muss dies entweder manuell durchgeführt werden
oder es sind hierzu spezielle zusätzliche aufwendige Pressvorrichtungen
erforderlich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, ein Befestigungselement der eingangs
genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass es
auf einfache Weise, insbesondere mittels einer üblichen
Bestückungsvorrichtung für SMD-Bauteile, befestigt
werden kann und dass trotzdem eine sichere und zuverlässige
mechanische Verbindung zwischen dem Befestigungselement und der
Leiterplatte ermöglicht wird.
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Die
vorliegenden Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Befestigungselement
nach dem Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach dem Anspruch
14.
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Das
erfindungsgemäße Befestigungselement weist im
Ausgangszustand einen Durchmesser auf, der geringer ist als der
Durchmesser der Bohrung in der Leiterplatte. Das Befestigungselement wird
in die Bohrung der Leiterplatte eingesetzt und anschließend
durch ein Schraubenelement in der eingesetzten Position an der Leiterplatte
gesichert. Ein Einpressen des Befestigungselements ist nicht erforderlich.
Das Befestigungselement wird so weit in die Bohrung der Leiterplatte
eingeführt, bis ein Anschlags- oder Auflageabschnitt des
Befestigungselements an der die Bohrung der Leiterplatte umgebenden
Leiterplattenoberfläche aufliegt. Das Schraubenelement
wird von oben in eine Längsbohrung, die entlang der Längsachse
in dem Befestigungselement ausgebildet ist, in das Befestigungselement
eingedreht. Dabei tritt ein Außengewinde des Schraubenelements
mit einem Eingriffsabschnitt des Befestigungselements in Eingriff.
Der Eingriffsabschnitt ist an dem dem Auflageabschnitt gegenüber
liegenden Ende des Befestigungselements ausgebildet. Zwischen dem
Auflageabschnitt und dem Eingriffsabschnitt weist das Befestigungselement
einen Ausdehnungsabschnitt auf.
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Das
Schraubenelement kann so weit in das Befestigungselement eingeschraubt
werden, bis der Schraubenkopf oder ein anders ausgebildetes Anschlagelement
des Schraubenelements an der Oberseite des Auflageabschnitts des
Befestigungselements aufliegt. Durch das Eindrehen des Schraubenelements
in den Eingriffsabschnitt des Befestigungselements kommt es noch
nicht zu einer Befestigung des Befestigungselements an der Leiterplatte.
Erst wenn das Schraubenelement noch weiter (über eine Auflage
des Schraubenkopfes oder eines anders ausgebildeten Anschlagelements
auf dem Auflageabschnitt hinaus) in Einschraubrichtung gedreht wird, kommt
es zu einer Befestigung des Befestigungselements an der Leiterplatte.
Dabei wird der Eingriffsabschnitt durch das drehende, mit dem Eingriffsabschnitt
in Eingriff stehende Gewinde des Schraubenelements in Richtung Auflageabschnitt
gezogen, so dass der Ausdehnungsabschnitt mit einer axialen Druckkraft
beaufschlagt wird. Die axiale Druckbeaufschlagung führt
zu einer radialen Aufweitung des Ausdehnungsabschnittes.
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Dabei
wird das Befestigungselement zumindest mittels Kraftschluss in der
Bohrung der Leiterplatte gehalten, da die Außenseite des
Befestigungselements im Bereich des Ausdehnungsabschnitts bis zur
Auflage an der Innenwandung der Bohrung der Leiterplatte radial
aufgeweitet ist und gegen diese drückt. Zwischen der Außenseite
des Befestigungselements im Bereich des Ausdehnungsabschnitts und der
Innenumfangsfläche der Bohrung der Leiterplatte wirkt also
ein Reibschluss. Die Wirkung des Reibschlusses kann durch geeignete
Maßnahmen, beispielsweise eine Aufrauung oder Strukturierung
der sich berührenden Oberflächen verbessert werden. Zusätzlich
kann sich der Ausdehnungsabschnitt auch unterhalb der Leiterplatte über
den Umfang der Bohrung der Leiterplatte hinaus radial aufweiten,
wobei die Leiterplatte dann zwischen dem Auflageabschnitt und dem
radial nach außen gewölbten Teil des Ausdehnungsabschnittes
eingespannt ist. Dabei ist das Befestigungselement mittels Formschluss
an der Leiterplatte befestigt. Das erfindungsgemäße
Befestigungselement ermöglicht also nach der Art einer
Niet durch plastisches Verformen der Wandung des Befestigungselements
im Bereich des Ausdehnungsabschnitts eine sichere und zuverlässige
mechanische Befestigung an der Leiterplatte und eine zuverlässige elektrische
Kontaktierung des Befestigungselements mit Leiterbahnen auf der
Leiterplatte.
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Beim
Eindrehen des Schraubenelements in das Befestigungselement tritt
das Außengewinde des Schraubenelements mit dem Eingriffsabschnitt des
Befestigungselements in Eingriff. Dies kann beispielsweise dadurch
erfolgen, dass das Gewinde des Schraubenelements derart ausgebildet
ist, dass beim Eindrehen in das Befestigungselement ein entsprechendes
Gewinde in den Eingriffsabschnitt geschnitten wird. Alternativ ist
es denkbar, dass in dem Eingriffsabschnitt bereits ein dem Außengewinde
entsprechendes Innengewinde vorgesehen ist, mit dem das Außengewinde
des Schraubenelements in Eingriff treten kann. Dabei muss kein Gewinde
in den Eingriffsabschnitt geschnitten werden. Durch den Verzicht
auf ein Gewindeschneiden im Bereich des Eingriffsabschnitts des Befestigungselements
ist eine spanlose Befestigung des Befestigungselements an der Leiterplatte
möglich. Vorzugsweise handelt es sich bei den im Schraubenelement
und im Eingriffsabschnitt ausgebildeten Gewinden um metrische Gewinde.
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Über
die erläuterte mechanische Verbindung mittels Reibschluss
und/oder mittels Kraftschluss kann eine hohe Kraft von dem Befestigungselement auf
die Leiterplatte übertragen werden. Dies kann dazu genutzt
werden, dass beliebige Bauteile mit Hilfe des Befestigungselements
an der Leiterplatte befestigt werden. Dies kann auch eine rein mechanische
Befestigung sein, ohne jegliche elektrische Verbindung zwischen
dem Befestigungselement und Leiterbahnen der Leiterplatte.
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Der
Ausdehnungsabschnitt des Befestigungselements ist vorzugsweise derart
ausgebildet, dass die axiale Druckbeaufschlagung zu einer gezielten
radialen Aufweitung an definierten Stellen des Ausdehnungsabschnitts
nach außen führt. Dies kann beispielsweise dadurch
erzielt werden, dass das Befestigungselement im Bereich des Ausdehnungsabschnitts
in geeigneter Weise positionierte und ausgestaltete Materialverjüngungen,
insbesondere in Form von Einkerbungen, aufweist. Die Einkerbungen
haben vorzugsweise eine Längserstreckung und eine quer
dazu verlaufende Querschnittsfläche. Die Querschnittsfläche
ist beispielsweise halbkreisförmig oder dreiecksförmig.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche ein spritzwinkliges
Dreieck, bspw. mit unterschiedlich langen Schenkeln. Die Materialverjüngungen
können an der Innenseite und/oder an der Außenseite
der zylinderförmigen Wandung des Befestigungselements ausgebildet
sein. Es ist sogar eine Materialverjüngung auf Null denkbar,
das heißt die Materialverjüngung ist in Form von
Schlitzen in der Zylinderwand realisiert. Die Längserstreckung
der Materialverjüngungen kann tangential, das heißt
in Richtung des Umfangs, oder aber auch axial, das heißt
im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Befestigungselements,
verlaufen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die
Längserstreckung der Materialverjüngungen schräg,
also gewissermaßen zumindest um einen Teil der Zylinderwand
des Ausdehnungsabschnitts des Befestigungselements gewunden, verläuft.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Befestigungselement im Bereich des Ausdehnungsabschnitts
derart ausgebildet ist, dass sich der an den Auflageabschnitt angrenzende
Teil des Ausdehnungsabschnitts bei axialer Druckbeaufschlagung früher
aufweitet, als der an den Eingriffsabschnitt angrenzende Teil des
Ausdehnungsabschnitts. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einer
axialen Druckkraftbeaufschlagung des Ausdehnungsabschnitts zunächst
der Teil des Ausdehnungsabschnitts nach außen gewölbt
wird, der an den Auflageabschnitt angrenzt. Dadurch wird das Befestigungselement
zunächst mittels Kraftschluss zwischen dem nach außen
gewölbten Teil des Ausdehnungsabschnitts und der Innenwandung
der Bohrung an der Leiterplatte gehalten. Erst danach wölbt
sich – wenn das Schraubenelement in der Längsbohrung weiter
gedreht wird – der Teil des Ausdehnungsabschnitts nach
außen, der weiter weg von dem Auflageabschnitt angeordnet
ist, vorzugsweise an den Eingriffsabschnitt angrenzt. Dieser Teil
des Ausdehnungsabschnitts liegt vorzugsweise auf der dem Auflageabschnitt
gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte. Durch ein radiales
Aufweiten dieses Teils des Ausdehnungsabschnitts wird die Leiterplatte
formschlüssig zwischen dem Auflageabschnitt und dem radial
nach außen aufgeweiteten Ausdehnungsabschnitt eingespannt.
Dieses stufenweise Aufweiten des Ausdehnungsabschnitts kann beispielsweise
dadurch erzielt werden, dass an dem Ausdehnungsabschnitt, der an
den Auflageabschnitt angrenzt, mehr, größere und/oder
tiefere Materialverjüngungen ausgebildet sind als an dem
Teil des Ausdehnungsabschnitts, der an den Eingriffsabschnitt angrenzt.
Alternativ oder zusätzlich kann auch einfach die Wandstärke
der Zylinderwand des Befestigungselements im Bereich des Ausdehnungsabschnitts
zu dem Auflageabschnitt hin geringer ausgebildet sein als zu dem
Eingriffsabschnitt hin.
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Das
Befestigungselement besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere
aus Beryllium Kupfer, Messing oder einer anderen Legierung. Insbesondere
wenn das Befestigungselement zur elektrischen Kontaktierung eines
elektrischen Kabels an einer oder mehreren Leiterbahnen der Leiterplatte dient,
sollte das Befestigungselement aus Metall bestehen oder zumindest
mit einem metallischen, elektrisch leitfähigen Überzug
oder einer entsprechenden Beschichtung versehen sein. Das Kabel
wird vorzugsweise mit Hilfe des Schraubenelements an dem Befestigungselement
befestigt.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bohrung
in der Leiterplatte mit einer Durchkontaktierung versehen, und mit
dem Schraubenelement ist ein elektrisches Kabel an dem Befestigungselement
befestigt. Mit dem Einsetzen und Befestigen des Befestigungselements
in der Bohrung und damit auch in der Durchkontaktierung entsteht eine
elektrische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung der Leiterplatte
und dem Befestigungselement. Damit kann das Befestigungselement
als Stromzuführungselement eingesetzt werden, mit dem ein
elektrisches Kabel an die Leiterplatte angeschlossen wird.
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Die
Montage des erfindungsgemäßen Befestigungselements
mittels einer üblichen Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile kann dadurch erleichtert werden, dass
das Schraubenelement vor dem Eindrehen in die Längsbohrung
des Befestigungselements verliersicher mit dem Befestigungselement verbunden
ist. Das kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Schraubenelement
einstückig mit dem Befestigungselement ausgebildet und über Materialbrücken,
die Sollbruchstellen darstellen, mit dem Befestigungselement verbunden
ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Schraubenelement und
das Befestigungselement zwei separate Bauteile sind, wobei das Schraubenelement
vor der Montage des Befestigungselements in der Bohrung der Leiterplatte
ein wenig in die Längsbohrung des Befestigungselements
eingedreht ist und somit das Außengewinde des Schraubenelements
geringfügig mit dem Eingriffsabschnitt in Eingriff tritt.
Dies ist problemlos möglich, da das Befestigungselement
selbst bei vollständig eingedrehtem Schraubenelement noch
problemlos in die Bohrung der Leiterplatte eingesetzt werden kann,
da allein das Eindrehen des Schraubenelements in die Längsbohrung
des Befestigungselements nicht zu einer Aufweitung des Befestigungselements
radial nach außen, das heißt nicht zu einer Vergrößerung
des Durchmessers des Befestigungselements führt. Vielmehr
bleibt der Durchmesser des Befestigungselements selbst dann noch
im Wesentlichen auf dem ursprünglichen Wert, wenn das Außengewinde
des Schraubenelements mit dem Eingriffsabschnitt des Befestigungselements in
Eingriff tritt. Erst durch ein Weiterdrehen des Schraubenelements über
die eingedrehte Position hinaus kommt es zu einer axialen Druckkraftbeaufschlagung
des Ausdehnungsabschnitts des Befestigungselements, der zu einer
radialen Aufweitung des Ausdehnungsabschnitts nach außen
führt.
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Vorzugsweise
wird das Befestigungselement nach dem Einsetzen in die Bohrung der
Leiterplatte und vor dem Eindrehen des Schraubenelements in die
Längsbohrung bzw. (bei verliersicher am Befestigungselement
vormontiertem Schraubenelement) vor dem Weiterdrehen des Schraubenelements über die
eingedrehte Position hinaus an der Leiterplatte fixiert, insbesondere mittels
eines Klebstoffs oder mittels mindestens einer Lötverbindung.
Auf diese Weise wird das Befestigungselement nach dem Einsetzen
in die Bohrung provisorisch an der Leiterplatte gehalten, bis das
Schraubenelement so weit in die Längsbohrung eingedreht
ist, dass sich der Ausdehnungsabschnitt infolge der Druckkraft radial
aufweitet. Zudem wird sichergestellt, dass sich das Befestigungselement
beim Eindrehen des Schraubenelements in die Längsbohrung
nicht einfach in der Bohrung der Leiterplatte dreht. Erst durch
das provisorische Befestigen des Befestigungselements in der Leiterplatte
ist es möglich, das Befestigungselement mit einem Drehmoment
zu beaufschlagen und so das Schraubenelement in die Längsbohrung
einzudrehen, insbesondere das Schraubenelement über die eingedrehte
Position hinaus weiterzudrehen und den Ausdehnungsabschnitt mit
der Druckkraft zu beaufschlagen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass
das eigentliche Einsetzen des Befestigungselements in die Bohrung
der Leiterplatte keinen wesentlichen Kraftaufwand erfordert und
durch eine übliche Bestückungsvorrichtung für
SMD-Bauteile ausgeführt werden kann. Die feste mechanische Verbindung
zwischen dem Befestigungselement und der Leiterplatte wird erst
durch das Einschrauben des Schraubenelements über einen
bestimmten Punkt hinaus und das damit verbundene Aufweiten der Zylinderwand
des Befestigungselements im Bereich des Ausdehnungsabschnitts erreicht.
Die Kraft des Schraubvorgangs wird letztlich für die mechanische Verankerung
des Befestigungselements in der Leiterplatte genutzt.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder
deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer
Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise
in der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Befestigungselements
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen
Befestigungselements aus 1 in der Ausgangsstellung (in
eine Bohrung der Leiterplatte eingesetzt, aber noch nicht an der
Leiterplatte befestigt); und
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3 das
erfindungsgemäße Befestigungselement aus 2 in
der Endstellung (an der Leiterplatte befestigt).
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In
den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes
Befestigungselement in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
Das Befestigungselement 10 ist im Wesentlichen als ein
zu einer Längsachse 11 symmetrischer Hohlzylinder
ausgebildet. Das Befestigungselement 10 ist entlang der Achse 11 in
drei Abschnitte unterteilt, die von oben nach unten die folgenden
Abschnitte umfassen: einen Auflageabschnitt 12, einen Ausdehnungsabschnitt 13 und
einen Eingriffsabschnitt 14. Im Inneren des Befestigungselements 10 ist
im Wesentlichen parallel zur Längsachse 11 eine
Längsbohrung 15 eingebracht. Die Bohrung 15 kann
sich von oben durch die gesamte Länge des Befestigungselements 10 hindurch
erstrecken (vergleiche das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel) oder aber von oben kommend vor dem
Erreichen des unteren Endes des Befestigungselements 10 aufhören,
so dass sich eine Sackbohrung ergibt. Entscheidend ist, dass sich die
Längsbohrung 15 zumindest durch einen Teil des Eingriffsabschnitts 14 erstreckt.
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In 1 gut
zu erkennen sind in der Zylinderwand des Befestigungselements 10 im
Bereich des Ausdehnungsabschnitts 13 ausgebildete Materialverjüngungen 16 in
Form von ringförmigen Einkerbungen. Durch die Materialverjüngungen 16 wird
erreicht, dass bei einer axialen Druckkraftbeaufschlagung des Ausdehnungsabschnitts 13 die
Zylinderwand in dem Ausdehnungsabschnitt 13 radial aufgeweitet
wird. Die Materialverjüngungen 16 sind zumindest
abschnittsweise am Außenumfang des Ausdehnungsabschnitts 13 ausgebildet.
Die Längserstreckung der Einkerbungen verläuft
tangential oder entlang des Umfangs der Zylinderwand des Ausdehnungsabschnitts 13.
Die Querschnittsfläche der Einkerbungen ist dreieckig, wobei
das Dreieck vorzugsweise ein spitzwinkliges Dreieck mit ungleich
langen Schenkeln ist. Die Materialverjüngungen 16 können in
Abweichung von dem in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel nahezu beliebig ausgebildet sein. Insbesondere
ist eine Variation hinsichtlich der Anzahl, der Fläche,
der Tiefe, des Verlaufs und der Ausgestaltung der Materialverjüngungen 16 denkbar.
So könnten beispielsweise statt der in 1 dargestellten
ringförmigen Einkerbungen 16 in dem Ausdehnungsabschnitt 13 auch
mehrere nebeneinander angeordnete, sich im Wesentlichen in axialer
Richtung erstreckende Spalte ausgebildet sein.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
die Längsbohrung 15 im Bereich des Eingriffsabschnitts 14 einen
geringeren Durchmesser als beispielsweise im Bereich des Ausdehnungsabschnitts 13 und
des Auflageabschnitts 12 auf. Insbesondere umfasst die
Längsbohrung 15 im Bereich des Eingriffsabschnitts 14 ein
Innengewinde 17, vorzugsweise ein metrisches Innengewinde.
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Das
Befestigungselement 10 ist vorzugsweise einstückig
ausgebildet und besteht aus einem elektrisch leitfähigen
Material, vorzugsweise aus Kupfer Beryllium, Messing oder einer
anderen Legierung. Alternativ kann das Befestigungselement 10 auch
aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material
bestehen, wobei das Befestigungselement 10 dann ausschließlich
zur Befestigung eines Bauteils an einer Leiterplatte und nicht auch
zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils dienen kann. Selbst
ein Befestigungselement aus einem elektrisch isolierenden Material
kann zur elektrischen Kontaktierung eines Bauteils an der Leiterplatte
dienen, wenn das isolierende Material mit einer elektrisch leitfähigen
Ummantelung oder Beschichtung versehen ist.
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Das
Befestigungselement 10 weist im Bereich des Auflageabschnitts 12 einen
größeren Außendurchmesser als in dem
Ausdehnungsabschnitt 13 beziehungsweise in dem Eingriffsabschnitt 14 auf. Auf
diese Weise wird eine etwa lotrecht zur Achse 11 verlaufende
Schulter 18 gebildet, mit der der Auflageabschnitt 12 auf
einer Oberfläche einer Leiterplatte 20 (vergleiche 2)
aufsitzt.
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Das
Befestigungselement 10 wird, wie aus 2 ersichtlich,
zunächst in eine Bohrung 21 der Leiterplatte 20 eingesetzt
bis die Schulter 18 auf der die Bohrung 21 umgebenden
Oberfläche der Leiterplatte 20 aufliegt. In dem
in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bohrung 21 der Leiterplatte 20 mit einer
Durchkontaktierung 22 versehen, die aus einem elektrisch
leitfähigen Material besteht. An einer oder beiden Oberflächen
der Leiterplatte 20 ist um die Bohrung 21 herum
eine Kontaktfläche 23 vorhanden, die ebenfalls
aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht. Die Durchkontaktierung 22 und
die Kontaktflächen 23 gehen ineinander über.
Bei dem elektrisch leitfähigen Material der Durchkontaktierung 22 und
der Kontaktfläche 23 handelt es sich vorzugsweise
um Kupfer oder Gold. Die Abmessung des Ausdehnungsabschnitts 13 des Befestigungselements 10 in
Richtung der Längsachse 11 ist so bemessen, dass
sich der Abschnitt 13 bei in die Bohrung 21 eingesetztem
Befestigungselement 10 zumindest durch die gesamte Bohrung 21 hindurch
erstreckt, vorzugsweise sogar (in dem Ausführungsbeispiel
aus 2 nach unten) über die Bohrung 21 hinausragt.
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In
die Längsbohrung 15 des in die Bohrung 21 der
Leiterplatte 20 eingesetzten Befestigungselements 10 (vgl. 2)
wird ein Schraubenelement 30 eingeführt. Der Durchmesser
des Schraubenschafts 31 ist etwas kleiner gewählt
als der Innendurchmesser der Längsbohrung 15 im
Bereich des Auflageabschnitts 12 beziehungsweise des Ausdehnungsabschnitts 13,
jedoch etwas größer als der Innendurchmesser der
Längsbohrung 15 im Bereich des Eingriffsabschnitts 14.
Somit kann also das Schraubenelement 13 auch ohne Drehung
um die Längsachse 11 so weit in die Längsbohrung 15 eingeführt
werden, bis das untere distale Ende des Schraubenschafts 31 den
Bereich der Längsbohrung 15 mit dem geringeren
Durchmesser im Eingriffsabschnitt 14 berührt. Danach
muss das Schraubenelement 13 durch eine Drehbewegung um
die Längsachse 11 in das Befestigungselement 10 eingedreht
werden. Dabei tritt ein am unteren distalen Ende des Schraubenschafts 31 ausgebildetes
Außengewinde 32 mit dem Bereich der Längsbohrung 15 mit
dem geringeren Durchmesser in Eingriff. Vorzugsweise tritt das Außengewinde 32 des
Schraubenelements 30 mit dem entsprechenden Innengewinde 17 des
Eingriffsabschnitts 14 des Befestigungselements 10 in
Eingriff. Um eine Spanbildung während des Einschraubens
des Schraubenelements 30 in das Befestigungselement 10 zu
verhindern, sind beide Gewinde 17, 32 vorzugsweise
als metrische Gewinde ausgebildet.
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Das
Schraubenelement 30 wird so weit in die Längsbohrung 15 des
Befestigungselements 10 eingedreht, bis eine durch die
Unterseite des Schraubenkopfes 33 gebildete Schulter 34 auf
einer Auflagefläche 24 an der Oberseite des Befestigungselements 10 bzw.
des Auflageabschnitts 12 zur Auflage kommt. Das ist dann
der sogenannte eingeschraubte Zustand des Schraubenelements 30.
Zum leichteren Eindrehen des Schraubenelements 30 in das
Befestigungselement 10 weist der Schraubenkopf 33 vorzugsweise
Betätigungsmittel, beispielsweise in Form eines Schlitzes 35 für
einen Schraubendreher oder eines Innen- oder Außensechskants
für ein entsprechendes Werkzeug, auf.
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In
dem beschriebenen eingeschraubten Zustand des Schraubenelements 30 ist
das Befestigungselement 10 noch nicht an der Leiterplatte 20 beziehungsweise
in der Bohrung 21 befestigt. Insofern stellt das Befestigungselement 10 mit
dem eingeschraubten Schraubenelement 30 eine gemeinsam
handhabbare Einheit dar, mit der eine übliche Bestückungsvorrichtung
für SMD-Bauteile versorgt werden kann. Die Bestückungsvorrichtung
kann dann auf besonders einfache Weise und ohne großen Kraftaufwand
die Einheiten 10, 30 in die entsprechenden Bohrungen 21 der
Leiterplatte 20 einsetzen.
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Das
in der Bohrung 21 eingesetzte Befestigungselement 10 kann
mittels Klebstoff oder mittels einer Lötverbindung oder
auf beliebig andere Weise an der Leiterplatte 20 gesichert
bzw. provisorisch befestigt werden. Dadurch wird verhindert, dass
das in die Bohrung 21 eingesetzte Befestigungselement 10 aus
der Bohrung 21 fällt, bevor es an der Leiterplatte 20 befestigt
ist. Darüber hinaus wird dadurch ein einfaches Eindrehen
des Schraubenelements 30 in das Befestigungselement 10 ermöglicht.
Die Mittel zur Sicherung des Befestigungselements 10 an
der Leiterplatte 20 sind in 2 mit dem
Bezugszeichen 25 bezeichnet.
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Um
nun das erfindungsgemäße Befestigungselement 10 in
der Bohrung 21 der Leiterplatte 20 sicher und
zuverlässig zu befestigen, wird das Schraubenelement 30 über
die eingeschraubte Position hinaus weiter um die Längsachse 11 in
Einschraubrichtung gedreht. Der Anschlag zwischen der Schulter 34 des
Schraubenkopfs 30 und der Auflagefläche 24 bildet
dabei einen in axialer Richtung unveränderbaren Bezugspunkt.
Da das Außengewinde 32 des Schraubenelements 30 mit
dem Innengewinde 17 des Eingriffsabschnitts 14 des
Befestigungselements 10 nach wie vor in Eingriff steht,
wird durch ein Weiterdrehen des Schraubenelements 30 der
Eingriffsabschnitt 14 nach oben, das heißt in
Richtung des Auflageabschnitts 12 gezogen. Das führt
zu einer Beaufschlagung des Ausdehnungsabschnitts 13 mit einer Druckkraft.
Aufgrund der in dem Ausdehnungsabschnitt 13 vorgesehenen
Mittel zur gezielten Deformation der Zylinderwand aufgrund der Druckkraftbeaufschlagung
in Form der Materialverjüngungen 16 ist die Stabilität
der Zylinderwandung des Befestigungselements 10 im Bereich
des Ausdehnungsabschnitts 13 geringer als beispielsweise
im Bereich des Auflageabschnitts 12 und im Bereich des
Eingriffsabschnitts 14. Die Zylinderwandung im Bereich des
Ausdehnungsabschnitts 13 versucht der Druckkraftbeaufschlagung
radial auszuweichen. Da im Inneren der Längsbohrung 15 der
Schaft 31 des Schraubenelements 30 angeordnet
ist, kann das Material der Zylinderwandung nicht nach innen ausweichen.
Aus diesem Grund weicht die Zylinderwandung radial nach außen
aus, was zu einer radialen Aufweitung des Ausdehnungsabschnitts 13 infolge
der Druckkraftbeaufschlagung führt. Der aufgeweitete Ausdehnungsabschnitt 13 ist
in 3 dargestellt. Der aufgeweitete Bereich der Zylinderwandung
kann sich sogar bis in den Eingriffsabschnitt 14 hinein
erstrecken. Die Wölbung des Materials der Zylinderwandung
radial nach außen kann auch durch eine geeignete Ausgestaltung
und Anordnung der Materialverjüngungen 16 initiiert
und unterstützt werden.
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Durch
die plastische Verformung des Materials der Zylinderwandung des
Befestigungselements 10 im Bereich des Ausdehnungsabschnitts 13 ist nach
der Art einer Niet eine sichere und zuverlässige Befestigung
des Befestigungselements 10 an der Leiterplatte 20 realisiert.
Die Leiterplatte 20 ist gewissermaßen zwischen
dem Auflageabschnitt 12 und dem aufgeweiteten Bereich des
Ausdehnungsabschnitts 13 eingespannt. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist vollständig automatisierbar und somit besonders
einfach und kostengünstig realisierbar. Zudem ist es für
den Einsatz in Rein- oder Reinsträumen geeignet, da es
zu keiner Spanbildung beim Einschrauben des Außengewindes 32 in
das Innengewinde 17 und/oder bei der Materialverformung
der Zylinderwandung des Ausdehnungsabschnitts 13 kommt.
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Mit
Hilfe des Schraubenelements 30 kann das zu befestigende
Bauteil an dem Befestigungselement 10 befestigt werden.
Dabei kann es sich grundsätzlich um jede Art einer rein
mechanischen Befestigung eines beliebigen Bauteils handeln. über
das Befestigungselement 10 können also jegliche
andere Bauteile an der Leiterplatte 20 angebracht werden oder
es kann mit Hilfe des Befestigungselements 10 auch die
Leiterplatte 20 an einem beliebigen anderen Bauteil gehalten
werden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem zu befestigenden Bauteil um ein elektrisches
Kabel (nicht dargestellt), mit dem die Leiterplatte 20 mit
Strom beziehungsweise Spannung versorgt wird. Dieses elektrische
Kabel weist an seinem Ende vorzugsweise einen Kabelschuh mit einer Öse
auf, durch die das Schraubenelement 30 hindurch gesteckt
wird. Das Schraubenelement 30 wird dann mit dem aufgesteckten
Kabelschuh in das Befestigungselement 10 eingeschraubt. über
das Befestigungselement 10 entsteht auf diese Weise eine
feste mechanische Verbindung sowie eine leitfähige Kontaktierung zwischen
dem elektrischen Kabel und einer oder mehreren Leiterbahnen auf
der Leiterplatte 20.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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