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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktelements gemäß Patentanspruch 8.
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Elektrische Kontaktelemente zur Bestückung gedruckter Leiterbahnen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Kontaktelemente werden in Kontaktöffnungen oder -bohrungen der gedruckten Leiterbahn eingelötet und weisen einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Kontaktstifts eines elektrischen Bauelements auf. In diesem Aufnahmebereich ist mindestens eine Kontaktfeder des Kontaktelements angeordnet, die einen in den Aufnahmebereich eingesteckten Kontaktstift in dem Aufnahmebereich fixiert. Die Kontaktfeder liegt dabei unmittelbar an einer Wand eines Kontaktkörpers des Kontaktelements an. Das Kontaktelement weist eine verzinnte Oberfläche auf.
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Es hat sich gezeigt, dass es beim Einlöten eines derartigen herkömmlichen Kontaktelements in eine Kontaktöffnung einer gedruckten Leiterplatte zu einem unbeabsichtigten Verschmelzen der verzinnten Oberflächen von Kontaktkörper und Kontaktfeder des Kontaktelements kommen kann. Dadurch verändern sich die mechanischen Eigenschaften der Kontaktfeder, was eine vom Sollwert abweichende Kontaktbestückungskraft zur Folge hat. Außerdem kann es durch einen Kapillareffekt während des Einlötens des Kontaktelements zu einem Aufsteigen von Lot und dadurch zu einem Verkleben oder Verlöten von Kontaktfeder und Kontaktkörper und zu einem Verstopfen des Aufnahmebereichs kommen.
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Aus der
DE 101 31 225 A1 ist ein elektronisches Bauteil mit Kontaktstiften bekannt, die zur Vermeidung der Bildung unerwünschter Kontaktbrücken Lotstop-Abschnitte in Form eingeprägter Querrillen aufweisen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kontaktelement bereitzustellen, bei dem die Gefahr eines unbeabsichtigten Verlötens von Kontaktfeder und Kontaktkörper reduziert ist. Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Kontaktelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Es ist außerdem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchermaßen verbesserten elektrischen Kontaktelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktelement umfasst einen Kontaktkörper, der einen entlang einer Einsteckrichtung orientierten Aufnahmebereich aufweist. Das Kontaktelement umfasst außerdem eine Kontaktfeder, die in den Aufnahmebereich ragt, wobei die Kontaktfeder in einem Anlagebereich am Kontaktkörper anliegt. Außerdem weist der Kontaktkörper im Anlagebereich eine parallel zur Einsteckrichtung orientierte Kerbe auf, die der Kontaktfeder zugewandt ist.
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Vorteilhafterweise ist durch die Kerbe im Anlagebereich die Berührungsfläche zwischen Kontaktkörper und Kontaktfeder reduziert. Dadurch ist auch die Fläche des Bereichs, in dem es zu einem unbeabsichtigten Verlöten kommen kann, reduziert. Hieraus ergibt sich eine reduzierte Gefahr eines unbeabsichtigten Verlötens. Außerdem kann eine dennoch auftretende unbeabsichtigte Verlötung gegebenenfalls einfacher wieder aufgetrennt werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kontaktelements ist, dass durch die im Anlagebereich angeordnete Kerbe und ein in der Kerbe angeordnetes Luftpolster ein Kapillareffekt reduziert wird. Auch hierdurch sinkt die Gefahr eines unbeabsichtigten Verlötens von Kontaktelement und Kontaktfeder im Anlagebereich.
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Bevorzugt ist die Kontaktfeder einstückig mit dem Kontaktkörper ausgebildet. Vorteilhafterweise lässt sich ein solchermaßen ausgebildetes Kontaktelement einfach und kostengünstig herstellen.
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Es ist zweckmäßig, dass die Kerbe durch Einprägen hergestellt ist. Vorteilhafterweise stellt Prägen ein für die Massenproduktion geeignetes kostengünstiges Herstellungsverfahren dar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Kontaktelements weist der Kontaktkörper im Anlagebereich eine Mehrzahl paralleler Kerben auf. Vorteilhafterweise wird dadurch die Kontaktfläche zwischen Kontaktkörper und Kontaktfeder im Anlagebereich weiter reduziert.
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In einer Weiterbildung weist das Kontaktelement eine weitere Kontaktfeder auf. Vorteilhafterweise kann ein mit zwei Kontaktfedern ausgestattetes Kontaktelement einen Kontaktstift besonders wirkungsvoll im Aufnahmebereich halten.
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Es ist zweckmäßig, dass eine Oberfläche des Kontaktelements verzinnt ist. Vorteilhafterweise lässt sich das Kontaktelement dann besonders einfach an einer gedruckten Leiterplatte anlöten.
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Bevorzugt ist das Kontaktelement aus einem Stanz-Biegeteil hergestellt. Vorteilhafterweise kann das Kontaktelement dann kostengünstig und in großen Stückzahlen hergestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktelements weist Schritte auf zum Herstellen eines Stanz-Biegeteils, zum Einprägen einer Kerbe in einem Anlagebereich des Stanz-Biegeteils, zum Verzinnen einer Oberfläche des Stanz-Biegeteils und zum Falten des Stanz-Biegeteils, um ein Kontaktelement mit einem Kontaktkörper und einer Kontaktfeder zu erhalten, wobei die Kontaktfeder in dem Anlagebereich am Kontaktkörper anliegt. Vorteilhafterweise besteht bei einem nach diesem Verfahren hergestellten elektrischen Kontaktelement eine reduzierte Gefahr eines versehentlichen Verlötens von Kontaktkörper und Kontaktfeder im Anlagebereich zwischen Kontaktkörper und Kontaktfeder.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine geschnittene Darstellung eines elektrischen Kontaktelements; und
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2 eine Ansicht eines Halbzeugs zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Kontaktelements 100. Das Kontaktelement 100 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt aus einem Metall. Das Kontaktelement 100 ist dazu vorgesehen, in einer Kontaktöffnung oder -bohrung einer gedruckten Leiterplatte angeordnet und verlötet zu werden. Das Kontaktelement 100 dient zur Aufnahme eines Kontaktstifts eines elektrischen Bauelements, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement des elektrischen Bauelements und einer Leiterbahn der gedruckten Leiterplatte herzustellen.
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Das Kontaktelement 100 weist einen Kontaktkörper 400 auf, der in etwa die Form eines länglichen Hohlzylinders mit rechteckigem Querschnitt aufweist. In einem an einem Längsende des Kontaktkörpers 400 angeordneten Bereich weist das Kontaktelement 100 einen Steckabschnitt 140 auf, der parallel zur Längserstreckungsrichtung des Kontaktkörpers 400 orientiert ist und an seinem vom Kontaktkörper 400 abgewandten Ende konisch zuläuft. Der Steckabschnitt 140 ist dazu vorgesehen, in eine Kontaktöffnung oder Kontaktbohrung einer gedruckten Leiterplatte eingesetzt und dort angelötet zu werden. Die Längserstreckungsrichtung des Kontaktelements 100 ist dann senkrecht zur Ebene der Leiterplatte orientiert. Die konisch zulaufende Ausgestaltung des Steckabschnitts 140 erleichtert ein Einführen des Steckabschnitts 140 in die Kontaktöffnung oder -bohrung der Leiterplatte.
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Das Kontaktelement 100 weist weiter einen Aufnahmebereich 110 auf. Der Aufnahmebereich 110 erstreckt sich von einer Öffnung an einem dem Steckabschnitt 140 gegenüberliegenden Längsende des Kontaktkörpers 400 in eine zur Längserstreckungsrichtung des Kontaktelements 100 parallele Einsteckrichtung 120 in den durch den zylindrischen Kontaktkörper 400 umgrenzten Bereich des Kontaktelements 100. Der Aufnahmebereich 110 ist dazu vorgesehen, einen in die Einsteckrichtung 120 in den Aufnahmebereich 110 eingesteckten Kontaktstift aufzunehmen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Kontaktstift eines elektrischen Bauelements, beispielsweise um einen Kontaktstift eines integrierten Schaltkreises handeln.
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Im Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 sind eine erste Kontaktfeder 200 und eine zweite Kontaktfeder 300 angeordnet. Die Kontaktfedern 200, 300 sind dabei so im Aufnahmebereich 110 angeordnet, dass ein in den Aufnahmebereich 110 eingesteckter Kontaktstift zwischen der ersten Kontaktfeder 200 und der zweiten Kontaktfeder 300 verläuft. Die erste Kontaktfeder 200 und die zweite Kontaktfeder 300 verlaufen im Wesentlichen parallel zu den Wänden des Kontaktkörpers 400, weisen jedoch jeweils eine Mehrzahl von Knicken auf, an denen sich die Erstreckungsrichtungen der Kontaktfedern 200, 300 jeweils leicht ändern. Die Kontaktfedern 200, 300 begrenzen eine senkrecht zur Einsteckrichtung 120 gemessene Lochgröße 130 des Aufnahmebereichs 110. Außerdem sind die Kontaktfedern 200, 300 derart elastisch verformbar, dass ein in den Aufnahmebereich 110 eingesteckter Kontaktstift, dessen Durchmesser etwa der Lochgröße 130 entspricht, federelastisch im Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 gehalten wird. Auf diese Weise entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem im Aufnahmebereich 110 angeordneten Kontaktstift und den Kontaktfedern 200, 300 des Kontaktelements 100.
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Der Kontaktkörper 400 des Kontaktelements 100 und die Kontaktfedern 200, 300 des Kontaktelements 100 sind bevorzugt einstückig ausgebildet. Die erste Kontaktfeder 200 ist in einem ersten Verbindungsbereich 220 mit dem Kontaktkörper 400 verbunden. Die zweite Kontaktfeder 300 ist in einem zweiten Verbindungsbereich 320 mit dem Kontaktkörper 400 verbunden. Der erste Verbindungsbereich 220 und der zweite Verbindungsbereich 320 sind in der radialen Umgebung der Öffnung des Aufnahmebereichs 110 am Längsende des Kontaktelements 100 angeordnet. Aufgrund der einstückigen Ausgestaltung des Kontaktelements 100 bewirkt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem in den Aufnahmebereich 110 eingesteckten Kontaktstift und den Kontaktfedern 200, 300 auch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem Kontaktkörper 400 des Kontaktelements 100 und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem Steckabschnitt 140 des Kontaktelements 100. Auf diese Weise vermittelt das Kontaktelement 100 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem in den Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 eingesteckten Kontaktstift und einer Kontaktöffnung oder -bohrung einer Leiterplatte, in die der Steckabschnitt 140 des Kontaktelements 100 eingesteckt ist.
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Im Inneren des Kontaktkörpers 400 berührt die erste Kontaktfeder 200 den Kontaktkörper 400 in einem ersten Anlagebereich 210. Anders ausgedrückt stützt sich die erste Kontaktfeder 200 im ersten Anlagebereich 210 am Kontaktkörper 400 ab. Außerdem berührt die zweite Kontaktfeder 300 den Kontaktkörper 400 im Inneren des Kontaktkörpers 400 in einem zweiten Anlagebereich 310. Die zweite Kontaktfeder 300 stützt sich im zweiten Anlagebereich 310 am Kontaktkörper 400 ab.
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Die gesamte Oberfläche des Kontaktelements 100 ist bevorzugt verzinnt. Somit sind die Oberflächen des Kontaktkörpers 400, des Steckabschnitts 140 und der Kontaktfedern 200, 300 verzinnt. Wird das Kontaktelement 100 erwärmt, so könnte es zu einem Aufschmelzen der verzinnten Oberflächen der Kontaktfedern 200, 300 und des Kontaktkörpers 400 in den Anlagebereichen 210, 310 und zu einem anschließenden unbeabsichtigten Verlöten der Kontaktfedern 200, 300 mit dem Kontaktkörper 400 in den Anlagebereichen 210, 310 kommen. Ein solches Verlöten der Kontaktfedern 200, 300 mit dem Kontaktkörper 400 in den Anlagebereichen 210, 310 ist unerwünscht und nachteilig, da sich hierdurch die mechanischen Federeigenschaften der Federelemente 200, 300 ändern. Dadurch würde es auch zu einer Änderung der Kraft kommen, die notwendig ist, um einen Kontaktstift in den Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 einzustecken.
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Ist das Kontaktelement 100 mit dem Steckabschnitt 140 in eine Kontaktöffnung oder -bohrung einer Leiterplatte eingesteckt und wird der Steckabschnitt 140 mit der Kontaktöffnung oder -bohrung der Leiterplatte verlötet, so kann es außerdem aufgrund des Kapillareffekts zu einem Aufsteigen von Lot im zylindrischen Kontaktkörper 400 des Kontaktelements 100 kommen. Auch hierdurch kann es zu einem unbeabsichtigten Verlöten der Kontaktfedern 200, 300 mit dem Kontaktkörper 400 in den Anlagebereichen 210, 310 kommen. Außerdem kann durch den Kapillareffekt in den Kontaktkörper 400 aufgestiegenes Lot dort erhärten und den Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 blockieren. Dadurch wird ein Einstecken eines Kontaktstifts in den Aufnahmebereich 110 des Kontaktelements 100 verhindert.
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Um das unbeabsichtigte Verlöten der Kontaktfedern 200, 300 mit dem Kontaktkörper 400 in den Anlagebereichen 210, 310 und ein durch einen Kapillareffekt bewirktes Aufsteigen von Lot im Kontaktkörper 400 zu verhindern, weist der Kontaktkörper 400 auf der der ersten Kontaktfeder 200 zugewandten Oberfläche im ersten Anlagebereich 210 eine Mehrzahl parallel zur Einsteckrichtung 120 orientierter erster Kerben 420 auf. Es können beispielsweise neun parallele erste Kerben 420 vorgesehen sein. Außerdem weist eine der zweiten Kontaktfeder 300 zugewandte Oberfläche des Kontaktkörpers 400 im zweiten Anlagebereich 310 eine Mehrzahl parallel zur Einsteckrichtung 120 orientierter zweiter Kerben 430 auf. Es können beispielsweise neun parallele zweite Kerben 430 vorgesehen sein. Alternativ kann anstelle einer Mehrzahl von Kerben 420, 430 auch jeweils nur eine Kerbe 420, 430 vorgesehen sein.
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Die Kerben 420, 430 sind bevorzugt durch Einprägen hergestellt.
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Die Kerben 420, 430 verringern die Auflagefläche zwischen den Kontaktfedern 200, 300 und dem Kontaktkörper 400 in den Anlagebereichen 210, 310. Dadurch wird das Risiko einer unbeabsichtigten Verlötung reduziert. Außerdem sind dennoch entstehende unbeabsichtigte Lotverbindungen zwischen den Kontaktfedern 200, 300 und dem Kontaktkörper 400 leichter wieder aufzubrechen. Außerdem verhindern in den Kerben 420, 430 angeordnete Luftpolster ein durch den Kapillareffekt bewirktes Aufsteigen von Lot vom Steckabschnitt 140 in den Aufnahmebereich 110 des Kontaktkörpers 400.
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2 zeigt eine Aufsicht auf ein Halbzeug zur Herstellung des in 1 gezeigten Kontaktelements 100. Das Halbzeug ist ein Stanz-Biegeteil 500, das aus einem metallischen Blech ausgestanzt oder ausgeschnitten wurde.
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Das Stanz-Biegeteil 500 weist einen ersten Abschnitt 1140 und einen zweiten Abschnitt 1145 auf, aus denen gemeinsam der Steckabschnitt 140 des Kontaktelements 100 gebildet wird. Das Stanz-Biegeteil 500 weist außerdem einen dritten Abschnitt 1200 auf, aus dem die erste Kontaktfeder 200 gebildet wird. Das Stanz-Biegeteil 500 weist außerdem einen vierten Abschnitt 1300 auf, aus dem die zweite Kontaktfeder 300 gebildet wird. Außerdem weist das Stanz-Biegeteil 500 einen fünften Abschnitt 1400 auf, aus dem der Kontaktkörper 400 des Kontaktelements 100 gebildet wird. Der fünfte Abschnitt 1400 ist über den ersten Verbindungsbereich 220 mit dem dritten Abschnitt 1200 verbunden. Außerdem ist der fünfte Abschnitt 1400 ist über den zweiten Verbindungsbereich 320 mit dem vierten Abschnitt 1300 verbunden
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Der fünfte Abschnitt 1400 des Stanz-Biegeteils 500 weist die Anlagebereiche 210, 310 auf, in denen später die aus dem dritten Abschnitt 1200 und dem vierten Abschnitt 1300 gebildteten Kontaktfedern 200, 300 anliegen. In den Anlagebereichen 210, 310 weist der fünfte Abschnitt 1400 eine Mehrzahl erster Kerben 420 und eine Mehrzahl zweiter Kerben 430 auf. Die Kerben 420, 430 sind bevorzugt in das Stanz-Biegeteil 500 eingeprägt.
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Die Oberfläche des Stanz-Biegeteils 500 ist verzinnt.
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Das Kontaktelement 100 der 1 wird aus dem Stanz-Biegeteil 500 der 2 durch Falten oder Umbiegen hergestellt. Zu diesem Zweck weist das Stanz-Biegeteil 500 eine erste Faltlinie 510, eine zweite Faltlinie 520, eine dritte Faltlinie 530 und eine vierte Faltlinie 540 auf. An jeder dieser Faltlinien 510, 520, 530, 540 wird das Stanz-Biegeteil 500 um etwa 90° umgebogen.
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Ferner wird der dritte Abschnitt 1200 des Stanz-Biegeteils 500 in eine gewellte Form gebracht und im ersten Verbindungsbereich 220 um etwa 180° umgebogen, um die erste Kontaktfeder 200 zu bilden, die dann im ersten Anlagebereich 210 anliegt. Weiter wird der vierte Abschnitt 1300 in eine gewellte Form gebracht und im zweiten Verbindungsbereich 320 um etwa 180° umgebogen, um die zweite Kontaktfeder 300 zu bilden, die dann im zweiten Anlagebereich 310 anliegt.
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Anschließend wird der aus dem fünften Abschnitt 1400 entstehende Kontaktkörper 400 des Kontaktelements 100 mittels eines Zapfens 550 und einer Nut 560 verschlossen.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktelements 100 umfasst somit Verfahrensschritte zum Herstellen des Stanz-Biegeteils 500, zum Einprägen der Kerben 420, 430 in den Anlagebereichen 210, 310 des Stanz-Biegeteils 500, zum Verzinnen einer Oberfläche des Stanz-Biegeteils 500 und zum Falten des Stanz-Biegeteils 500, um das Kontaktelement 100 mit dem Kontaktkörper 400 und den Kontaktfedern 200, 300 zu erhalten, wobei die Kontaktfedern 200, 300 in den Anlagebereichen 210, 310 am Kontaktkörper 400 anliegen. Die Reihenfolge der genannten Verfahrensschritte kann dabei variieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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