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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift mit einem – insbesondere zum Verbinden mit einem Draht oder Stecker – ausgebildeten eckigen Endabschnitt, wobei der eckige Endabschnitt einen eckigen Querschnitt aufweist.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktstiften, insbesondere Lötstift, wurde das Problem erkannt, dass drahtgezogene Kontaktstifte mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt bei sich verändernder Temperatur eines mit einer Leiterplatte verlöteten Kontaktstiftes, insbesondere durch Wärmeausdehnung zueinander verschiedener Materialien, durch ein Einkerben in das Lot im Bereich des Durchbruchs die Lötstelle schwächen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist der Kontaktstift der eingangs genannten Art einen zum Verlöten mit einer Leiterplatte ausgebildeten, dem Endabschnitt gegenüberliegenden runden, bevorzugt gerundeten Endabschnitt auf, wobei der Querschnitt des runden Endabschnitts wenigstens umfangsabschnittsweise rund ausgebildet ist. Durch den runden Endabschnitt kann vorteilhaft – im Vergleich zu einer Ecke im Endabschnitt, keine Kerbwirkung in das Lot entstehen. Weiter vorteilhaft kann eine Lötverbindung zwischen dem Kontaktstift und der Leiterplatte nicht geschädigt, insbesondere unterbrochen werden, was eine Erhöhung einer Zuverlässigkeit der Lötverbindung durch den Kontaktstift bewirkt.
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Bevorzugt ist der runde Endabschnitt durch Umformen, insbesondere durch Prägen, eines eckigen Endabschnittes, insbesondere eines eckigen Drahtes erzeugt. Der eckige Endabschnitt weist beispielsweise einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf.
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Durch das Umformen, insbesondere Prägen kann vorteilhaft ein Draht, welcher mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt als Stangen- oder Rollenmaterial vorliegt, in Kontaktstifte geschnitten werden, welche jeweils durch einen Längsabschnitt des Drahtes gebildet sind. Der Kontaktstift kann somit vorteilhaft aus einem eckigen Draht, beispielsweise aus stangenförmigem oder auf einer Spule gewickeltem Rohdraht erzeugt sein.
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Die Kontaktstifte können mit dem zum Verlöten vorgesehenen Endabschnitt rundgeprägt werden, was vorteilhaft nur einen Einsatz eines weiteren Werkzeugs erfordert. Vor dem Rundprägen kann ein Durchmesser des zuvor eckigen Endabschnitt durch Stanzen reduziert werden. Nach dem Rundprägen kann der Kontaktstift – beispielsweise von einem Bestückungsautomaten – in einen Durchbruch einer Leiterplatte eingesteckt werden.
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Der Durchbruch kann beispielsweise mittel spanerzeugendem Bohren, Laserbohren oder Stanzen erzeugt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kontaktstift einen durch einen Längsabschnitt des Kontaktstiftes gebildeten Verbindungsabschnitt auf, welcher den eckigen Endabschnitt mit dem runden Endabschnitt verbindet, wobei ein Durchmesser des Verbindungsabschnitts entlang einer Längserstreckung des Kontaktstifts von dem eckigen Endabschnitt zu dem runden Endabschnitt hin sich verkleinert. Der Kontaktstift weist so im Bereich des Verbindungsabschnitts einen sich verjüngenden Querschnitt zum runden Endabschnitt hin auf. Durch den sich verjüngenden Verbindungsabschnitt wird vorteilhaft eine scharfe Kante als Übergang von dem eckigen Endabschnitt zu dem runden, insbesondere gerundeten Endabschnitt vermieden.
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Der eckige, insbesondere rechteckige oder quadratische Endabschnitt ist bevorzugt ausgebildet, mit einem Stecker, insbesondere einer Steckerleiste oder einer Messerleiste verbunden zu werden. Der Stecker oder die Steckerleiste weist dazu wenigstens eine Buchse auf, welche ausgebildet ist, den Endabschnitt des Kontaktstifts wenigstens teilweise kraftschlüssig festzuhalten und berührend elektrisch zu kontaktieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt des runden Endabschnitts kreisrund ausgebildet. Durch die kreisrunde Prägung kann der runde Endabschnitt vorteilhaft einfach in den Durchbruch der Leiterplatte eingeführt werden.
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In einer anderen Ausführungsform ist der Querschnitt des runden Endabschnitts ellipsenförmig ausgebildet. Durch die ellipsenförmige Ausbildung kann bei einem Durchbruch mit einem runden Querschnitt vorteilhaft an zwei zueinander gegenüberliegenden Flächenbereichen des runden Endabschnitts, welche einen größeren Krümmungsradius aufweisen als zwei dazu benachbart in Umfangsrichtung angeordnete Flächenabschnitte mit einem kleineren Krümmungsradius, ein Spalt zwischen dem runden Endabschnitt des Kontaktstifts und einer Wand des Durchbruchs gebildet sein, in den ein Lot im flüssigen Zustand eindringen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verlauf eines Querschnittsumfangs des runden Endabschnitts wellenförmig ausgebildet. Bevorzugt sind entlang der Längserstreckung in Umfangsrichtung gerundete Stege ausgebildet, zwischen denen jeweils eine sich radial nach innen erstreckende Nut ausgebildet ist. Dadurch kann vorteilhaft im Bereich der Nut zwischen zwei Stegen ein vorbestimmtes Spaltmaß zwischen dem Kontaktstift und einer Zylinderwand des Durchbruchs gebildet sein. Die Stege können dabei jeweils mit ihrer Rundung die Zylinderwand berühren. Zwischen den Stegen kann im Bereich der Nut flüssiges Lot durch Kapillarwirkung in den zwischen den Stegen ausgebildeten Spalt eingesaugt werden.
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Das Spaltmaß zwischen dem Kontaktstift und einer Zylinderwand des Durchbruchs der Leiterplatte kann somit genau festgelegt sein. Ein optimales Spaltmaß kann abhängig vom verwendeten Lot beispielsweise empirisch ermittelt werden.
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Das Spaltmaß ist weiter vorteilhaft von einer Positionierung des Kontaktstiftes in dem Durchbruch weitgehend unabhängig, da durch die Stege jeweils ein Anschlag gegen die Wand des Durchbruchs gebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind entlang der Längserstreckung des runden Endabschnitts wenigstens drei Stege und drei Nuten ausgebildet. Dadurch kann der Kontaktstift in dem Durchbruch vorteilhaft genau zentriert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nuten jeweils ausgebildet, gegen eine die Stege berührende Wand eines kreiszylinderförmigen Durchbruchs der Leiterplatte eine Kapillarwirkung für flüssiges Lot zu erzeugen. Dadurch kann vorteilhaft flüssiges Lot in den Spalt im Bereich der Nut gesaugt werden. So kann eine sichere Lötverbindung und somit auch ein sicherer elektrischer Kontakt von dem Kontaktstift zu der Leiterplatte hergestellt sein. Der Durchbruch weist dazu beispielsweise im Bereich der Wand des Durchbruches eine Metallschicht auf. Die Metallschicht kann beispielsweise durch Galvanisieren gebildet sein. Die Metallschicht kann in einer anderen Ausführungsform durch eine Hülse oder Niete gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch eine Leiterplatte mit wenigstens einem Kontaktstift der vorbeschriebenen Art. Bevorzugt weist die Leiterplatte wenigstens einen Durchbruch mit kreisrundem Querschnitt auf, in dem der Kontaktstift mit dem runden Endabschnitt angeordnet ist. Weiter bevorzugt ist der Kontaktstift mit der Leiterplatte wenigstens im Bereich des runden Endabschnittes verlötet. Die Verlötung kann beispielsweise mittels eines Lotwellenbades erzeugt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktstiftes, insbesondere eines Kontaktstiftes gemäß der vorbeschriebenen Art mit einer Leiterplatte. Bei dem Verfahren zum Verbinden eines Kontaktstiftes, insbesondere eines Kontaktstiftes gemäß der vorbeschriebenen Art mit einer Leiterplatte, wird an einem Endabschnitt eines den Kontaktstift bildenden Drahtes mit eckigem, insbesondere viereckigen Querschnitt mittels Umformen des eckigen Endabschnitts ein wenigstens auf einem Umfangsabschnitt rund ausgebildeter Querschnitt erzeugt. Bei dem Verfahren wird bevorzugt wenigstens ein durch die Ecke des Querschnitts ausgebildeter Steg rund umgeformt. Weiter bevorzugt wird der Kontaktstift mit dem umgeformten Endabschnitt in einen Durchbruch der Leiterplatte eingeführt und dort verlötet.
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Bevorzugt wird der Endabschnitt vor dem Umformen durch Stanzen im Querschnitt reduziert. Dadurch kann der gerundete Endabschnitt einen kleineren Durchmesser aufweisen als ohne den Verarbeitungsschritt des Stanzens.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Kontaktstift mit einem runden Endabschnitt, der aus einem viereckigen Draht durch Pressen oder vorheriges Stanzen zur Reduzierung des Querschnitts erzeugt ist;
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2 zeigt – schematisch – ein Verfahren zum Erzeugen des in 1 dargestellten Kontaktstifts anhand von Querschnittsdarstellungen;
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3 zeigt – schematisch – den in 1 dargestellten Kontaktstift als Längsschnitt;
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4 zeigt – schematisch – eine Variante eines gerundeten Endabschnitts eines in 5 in einem Längsschnitt dargestellten Kontaktstifts;
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5 zeigt – schematisch – einen Kontaktstift in einem Längsschnitt, dessen Endabschnittsquerschnitt in 4 dargestellt ist;
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6 zeigt – schematisch – eine Variante für einen Querschnitt eines Endabschnitts eines Kontaktstifts mit entlang einer Längserstreckung ausgebildeten Stegen und Nuten;
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7 zeigt – schematisch – eine Variante für einen Querschnitt eines Endabschnitts eines Kontaktstifts mit entlang einer Längserstreckung ausgebildeten Stegen und Nuten, wobei die Nuten eine radial nach aussen konvexe Wölbung aufweisen.
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1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Kontaktstift 1. Der Kontaktstift 1 weist einen zum Verbinden mit einem Stecker, insbesondere einer Steckbuchse ausgebildeten Endabschnitt 3 auf. Der Endabschnitt 3 erstreckt sich entlang einer Längsachse 10 des Kontaktstifts 1. Der Kontaktstift 1 weist auch einen Endabschnitt 7 auf, welcher den in 1 teilweise dargestellten Endabschnitt 3 gegenüberliegt. Der Endabschnitt 7 geht in ein Ende 9 über, welches sich verjüngend abgerundet ausgebildet ist. Dadurch kann der Kontaktstift 1 mit dem Endabschnitt 7 in eine Leiterplatte 20, insbesondere in einen Durchbruch 25 der Leiterplatte eingeführt werden. Der Durchbruch 25 ist im Bereich einer Wand des Durchbruchs 25 mit einer Metallschicht 22 versehen. Die Metallschicht 22 kann beispielsweise durch eine Metallhülse oder eine mittels Galvanisieren erzeugte Metallschicht gebildet sein. Die sich zum Ende 9 hin verjüngende Ausbildung des Endabschnitts 7 erleichtert vorteilhaft ein Einführen des Endabschnitts 7 in den Durchbruch 25 der Leiterplatte 20.
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Der Kontaktstift 1 ist im Bereich des Endabschnitts 3 mit einem quadratischen Querschnitt ausgebildet. Zwischen dem Endabschnitt 3 und dem Endabschnitt 7 erstreckt sich ein Verbindungsabschnitt 5, in welchem ein Durchmesser des Kontaktstifts 1 zum Beginn des Endabschnitts 7 hin verjüngt. Der Kontaktstift 1 weist im Bereich des Endabschnitts 7 einen runden Querschnitt auf. Dargestellt sind zwei Schnittlinien 15 und 17.
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2 zeigt – schematisch – ein Verfahren zum Erzeugen des in 1 dargestellten Kontaktstifts. Dargestellt ist einen Querschnitt des in 1 dargestellten Kontaktstiftes 1 im Bereich der Schnittlinie 15. Dargestellt ist auch der Rand des Durchbruchs 25 in einer Projektion. Der Durchbruch 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch eine kreiszylinderförmige Bohrung gebildet. Vor einem Umformen des Endabschnitts 7 zu einem Endabschnitt 7 mit einem runden Querschnitt weist der Endabschnitt 7 die Querschnittsform wie der Endabschnitt 3 auf. Nach einem Kaltumformen, beispielsweise einem Verprägen des Endabschnitts 7 weist der Endabschnitt eine runde Querschnittsform auf. Der Endabschnitt 7 kann vor dem Umformen zusätzlich zum Reduzieren eines Durchmessers durch Stanzen verschmälert werden. Durch das Rundprägen weist der Endabschnitt 7 einen kleineren Durchmesser auf als der Endabschnitt 3, insbesondere die Diagonale des Endabschnitts 3 von einem Eck zu einem diesem gegenüberliegenden Eck.
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Der Durchbruch der Leiterplatte 20 in 1 kann daher vorteilhaft kleiner gewählt werden als bei einem Endabschnitt mit eckigen Querschnitt. Dies ist durch den gestrichelten Durchbruch 26 dargestellt, welcher anstelle des Durchbruchs 25 in der Leiterplatte 20 ausgebildet sein kann. Dadurch kann vorteilhaft ein Leiterplattenlayout leichter entflechtet werden, da mit einem kleineren Durchbruch 26 mehr Leiterplattenfläche für Leiterbahnen zur Verfügung steht, im Vergleich zu einem Durchbruch 25 mit einem größeren Durchmesser.
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3 zeigt – schematisch – den in 1 bereits dargestellten Kontaktstift 1 in einer Längsschnittdarstellung. Dargestellt ist die Längsachse 10, der Endabschnitt 3 zum Verbinden mit einem Stecker, der Verbindungsabschnitt 5 und der Endabschnitt 7 zum Einführen in einen Durchbruch, insbesondere dem Durchbruch 25 der Leiterplatte 20 in 1. Der Kontaktstift 1 weist im Bereich des Endabschnitts 3 eine Kantenlänge 47 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens oder genau 0,5 Millimeter beträgt. Der Kontaktstift 1 weist im Bereich des Endabschnitts 7 einen Durchmesser 48 auf, welcher beispielsweise die Hälfte einer Diagonale des viereckigen Querschnitts des Endabschnitts 3 beträgt. Der Kontaktstift 1 ist im Bereich des Endes 9 sich verjüngend abgerundet ausgebildet.
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4 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Kontaktstift 2. Der Kontaktstift 2 weist – wie der Kontaktstift 1 – einen Endabschnitt 3 mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Der Kontaktstift 2 weist – anders als der Kontaktstift 1 – einen zum Verlöten in einem Durchbruch einer Leiterplatte, beispielsweise dem Durchbruch 25 der Leiterplatte 1 in 1, ausgebildeten Endabschnitt 8 auf. Der Endabschnitt 8 weist einen Querschnitt auf, welcher einen wellenförmigen Umfang aufweist. Dadurch sind in dem Endabschnitt 8 drei Stege, nämlich ein Steg 32, ein Steg 34 und ein Steg 36 ausgebildet, zwischen denen sich entlang der – in 5 näher dargestellten – Längsachse 10 Nuten erstrecken. Zwischen dem Steg 32 und dem Steg 36 erstreckt sich die Nut 31, zwischen dem Steg 32 und dem Steg 34 erstreckt sich die Nut 30 und zwischen dem Steg 34 und dem Steg 36 erstreckt sich die Nut 33. Wenn beispielsweise der Steg 32 und der Steg 34 im Bereich eines Endes an die Wand des Durchbruchs 25 stoßen, so verbleibt zwischen den Stegen 32 und 34 noch Raum in der Nut 30, in der durch Kapillarwirkung verflüssigtes Lot in den zwischen der Nut 30 und der Wand des Durchbruchs 35 ausgebildeten Spalt eingesaugt werden kann. Zueinander benachbarte Stege des Endabschnitts 8 weisen jeweils in einem Winkel von 120 Grad radial nach außen. Der Durchmesser eines die Stege 32, 34 und 36 kreisförmig umspannenden Umfangs beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 0,35 Millimeter. Eine Längsachse 10 bildet das Zentrum des Querschnitts des Endabschnitts 8.
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5 zeigt – schematisch – einen Kontaktstift 2 in einer Längsschnittdarstellung, dessen Endabschnitt 8 in 4 im Querschnitt gezeigt ist. Die Kantenlänge einer Kante des rechteckigen Querschnitts im Bereich eines Endabschnitts 3 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens oder genau 0,5 Millimeter. Der Endabschnitt 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mit einem Verbindungsabschnitt 5 durch prägendes Umformen erzeugt. Der Endabschnitt 3, der Verbindungsabschnitt 5 und der Endabschnitt 8 erstrecken eich jeweils entlang einer Längsachse 10 des Kontaktstifts 2.
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6 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Querschnitt eines Endabschnitts 11, welcher anstelle des Endabschnitts 8 den Endabschnitt zum Einführen in einen Durchbruch einer Leiterplatte des Kontaktstifts 2 bildet.
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Eine Längsachse 10 bildet das Zentrum des Querschnitts des Endabschnitts 11. Dargestellt ist der Durchbruch 25, in dem der Endabschnitt 11 angeordnet ist. Der Endabschnitt 11 weist eine wellenförmige Umfangskontur im Querschnitt auf. Dadurch sind entlang einer Längsachse 10 sich mit einer Rundung radial nach außen erstreckende Stege gebildet. Zwischen zueinander benachbarten Stegen erstreckt sich eine Nut entlang der Längsachse 10. Der Steg 45 und die Nut 43 sind beispielhaft bezeichnet. Dargestellt ist auch ein Abstand 40 von einer sich radial nach innen erstreckenden Nut, welche in Umfangsrichtung von zwei zueinander benachbarten Stegen eingeschlossen ist.
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Gestrichelt dargestellt ist die Wand des Durchbruchs 25, welche beispielsweise mit den zueinander benachbarten Stegen berühren kann. Dann ist der Abstand 40 gebildet, durch welchen ein Spalt gebildet ist, in dem flüssiges Lot eindringen kann. Der Endabschnitt 11 weist in diesem Ausführungsbeispiel sechs Stege und sechs Nuten auf.
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7 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für einen Endabschnitt 12, welcher anstelle des Endabschnitts 8 des Kontaktstifts 2 ausgebildet sein kann. Eine Längsachse 10 bildet das Zentrum des Querschnitts des Endabschnitts 12. Der Endabschnitt 12 weist 4 radial nach außen weisende Stege auf, von denen der Steg 39 beispielhaft bezeichnet ist. Zwischen zwei zueinander benachbarten Stegen in Umfangsrichtung erstreckt sich radial nach innen eine Nut. Die Nut weist in diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt eine sich konvex radial nach außen erstreckende Form auf. Die konvexe Form weist beispielsweise einen Krümmungsradius auf, welcher dem Krümmungsradius des kreiszylinderförmigen Durchbruchs 25 entspricht. So kann vorteilhaft eine Anordnung umfassend einer Leiterplatte mit wenigstens einem Durchbruch 25 und wenigstens einem Kontaktstift 2 gebildet sein, wobei der Endabschnitt 12 in dem Durchbruch 25 angeordnet ist. Dargestellt ist auch ein Abstand 41, welcher auf dem Umfangsabschnitt, auf den sich die Nut 38 erstreckt, zu einer gestrichelt dargestellten Wand des Durchbruchs 25, die zueinander benachbarte Stege berührt, gleich beabstandet ist. Dadurch ist ein Spalt mit einer vorbestimmten Spaltbreite entsprechend dem Abstand 41 gebildet, in den flüssiges Lot eindringen kann. Der Abstand 41 kann beispielsweise derart bemessen sein, dass eine Kapillarwirkung für ein flüssiges Lot bei einer vorbestimmten Lottemperatur am größten ist. Die Nut 38 kann nur so vorteilhaft entlang der Umfangsrichtung im Querschnitt vollständig mit Lot angefüllt werden. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass flüssiges Lot in zu große oder besonders feine Spalte aufgrund mangelnder Kapillarwirkung beziehungsweise seiner Oberflächenspannung nicht mehr eindringen kann. In besonders großen Spalten ist eine Kapillarwirkung im Vergleich zu dem Spalt mit dem optimalen Abstand 41 verringert.
