DE102019112617A1

DE102019112617A1 - Verbindungsstift und Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsstiftes

Info

Publication number: DE102019112617A1
Application number: DE102019112617.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Brandt; Gerhard Gögelein; Andreas Zitz; Frank Schabert; Martin Bleicher; Isabell Buresch
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-11-19
Also published as: EP3970238A1; WO2020229341A1

Abstract

Offenbart ist ein Verbindungsstift zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen Verbindung zu der Durchkontaktierung mit einem Schaftabschnitt und einem Federabschnitt, wobei der Federabschnitt mindestens zwei Federelemente aufweist, wobei zwischen den mindestens zwei Federelementen mindestens ein Materialriss in Längsrichtung des Verbindungsstifts verlaufend angeordnet ist und wobei die Federelemente den Schaftabschnitt zumindest bereichsweise radial außenseitig überragen. Des Weiteren sind ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsstifts sowie eine Verbindungsanordnung offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungsstift zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen Verbindung zu einer Durchkontaktierung mit mindestens einem Schaftabschnitt und einem Federabschnitt, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsstifts sowie eine Verbindungsanordnung.
Es sind bereits als Steckverbinder ausgestaltete Kontakte bekannt, welche für eine kraftschlüssige Montage in einer Durchkontaktierung einer Leiterplatine vorgesehen sind. Derartige Steckverbinder bzw. Verbindungsstifte werden auch als sogenannte flexible Einpresskontakte bezeichnet und weisen einen üblicherweise gestanzten Federabschnitt aus zwei von einem Schaftabschnitt abstehenden Federelementen auf. In einem eingesetzten Zustand des Verbindungsstiftes üben die Federelemente eine seitlich zur Steckrichtung gerichtete Kraft gegen die Durchkontaktierung aus, verringern hierdurch den elektrischen Übergangswiderstand und ermöglichen eine mechanische Haltefunktion.
Aus der DE 27 42 716 A1 ist eine elektrische Verbindung eines Bauteils mit einer Durchkontaktierung einer Leiterplatine offenbart. Die elektronischen Anschlüsse bzw. Pins des Bauteils werden auf eine Klemmbreite der Durchkontaktierung vorgebogen und bilden in einem in die Durchkontaktierung eingesetzten Zustand gebogene Federabschnitte aus.
Aufgrund der begrenzten Anzahl an Federelementen und einer abweichenden rechteckigen Grundform der Stiftkontakte von einem zylinderförmigen Aufnahmeraum der Durchkontaktierung ist die maximal erreichbare Anpresskraft und die erreichbaren elektrischen Eigenschaften einer derartigen Verbindungsanordnung begrenzt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, einen Verbindungsstift und ein Verfahren zum Herstellen des Verbindungsstifts vorzuschlagen, welcher eine gleichmäßigere Verteilung der Federkraft und einen geringeren elektrischen Übergangswiderstand zu einer Durchkontaktierung aufweist.
Des Weiteren ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stiftkontakts vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verbindungsstift zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen Verbindung zu einer Durchkontaktierung bereitgestellt. Der Verbindungsstift weist hierzu mindestens einen Schaftabschnitt und einen Federabschnitt auf, wobei der Federabschnitt mindestens zwei Federelemente aufweist. Zwischen den mindestens zwei Federelementen ist mindestens ein Materialriss in Längsrichtung des Verbindungsstifts verlaufend angeordnet. Die Federelemente überragen den Schaftabschnitt zumindest bereichsweise radial außenseitig. Durch den Materialriss beabstandet dieser die mindestens zwei Federelemente des Federabschnitts voneinander und bildet einen Freiraum zur elastischen Verformung der Federelemente in radialer Richtung aus. Dadurch können sich die Federelemente besonders gut verformen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verbindungsanordnung bereitgestellt, welche mindestens eine Durchkontaktierung und mindestens einen Verbindungsstift aufweist.
Bevorzugterweise kann eine äußere Kontur der Federelemente abgerundet sein, wodurch die Auflagefläche zwischen dem Federabschnitt und einem Innenbereich der Durchkontaktierung erhöht wird.
Die übliche flexible Einpresskontaktierung besteht aus einem Federelement dessen Kraftrichtung senkrecht zur Stanzrichtung weist. Die hier vorliegende Anwendung ermöglicht die Ausformung von beliebig vielen Ebenen an Federelementen mit einer Federwirkung. Dadurch können größere Kräfte, gleichmäßiger und damit schonender über den gesamten Lochdurchmesser einer Durchkontaktierung übertragen werden.
Aufgrund der möglichen erhöhten Anzahl an Federelementen, wie beispielsweise mehr als drei, des Federabschnitts sind die jeweiligen Federelemente schmaler ausgeprägt und passen sich somit auch trotz einer optionalen rechteckigen Grundform geometrisch präziser an den Innenbereich der Durchkontaktierung an. Der Federabschnitt kann mindestens zwei Federelemente aufweisen.
Durch eine zunehmende Anzahl an eingesetzten Federelementen des Federabschnitts kann die von den Federelementen ausgeübte Federkraft auf die Durchkontaktierung gleichmäßig verteilt werden. Hierdurch kann eine mechanisch robuste Verbindungsanordnung mit einer erhöhten Reibkraft umgesetzt werden. Die Reibkraft bzw. der Reibschluss des Verbindungsstiftes kann durch eine zunehmende Anzahl an Federelementen weiter gesteigert werden.
Durch eine zunehmende Anzahl an Federelementen des Federabschnittes werden die jeweiligen Federelemente kleiner, wodurch eine Passgenauigkeit und die Kontaktfläche steigen.
Insbesondere kann durch den erfindungsgemäßen Verbindungsstift eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Federabschnitt und der Durchkontaktierung hergestellt werden, welche definierte Steckkräfte und definierte Haltekräfte aufweist.
Die jeweiligen Federelemente des Federabschnittes können insbesondere durch aufgespaltene oder auseinandergerissene Sollbruchstellen voneinander beabstandet sein. Die Sollbruchstellen werden durch Einkerbungen bzw. eingebrachte Materialschwächung eingebracht. Hierdurch kann eine technisch einfache Herstellung des Federabschnitts realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich die mindestens zwei Federelemente des Federabschnittes in Längsrichtung des Verbindungsstiftes entlang einer Achse. Die Federelemente weisen vorzugsweise einen im Wesentlichen gleichen radialen Abstand zu der Achse auf. Die Federelemente sind zumindest einseitig am Schaftabschnitt miteinander verbunden, wobei der radiale Abstand zwischen den Federelementen und der Achse ausgehend vom Schaftabschnitt zumindest bereichsweise zunimmt. Aufgrund einer gewölbten Form der Federelemente sind die Federelemente in einem zusammengedrückten Zustand verlängert gegenüber einem initialen und unbelasteten Zustand des Verbindungsstiftes. Die Federelemente laufen zumindest einseitig am Schaftabschnitt zusammen und nehmen bis zu einem definierten Abstand entlang der Achse einen zunehmend größeren radialen Abstand zueinander ein. An einem dem Schaftabschnitt entgegengesetzten Ende des Federabschnitts können die Federelemente erneut radial zusammenlaufen bzw. einen Abstand zueinander verringern. Die Federelemente können beispielsweise durch ein Stiftende miteinander verbunden sein.
Die Federkraft des Federabschnittes des Verbindungsstiftes resultiert somit in einer Längenveränderung des Federabschnittes und einer damit einhergehenden Abstandsveränderung zwischen den beiden Schaftabschnitten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die mindestens zwei Federelemente des Federabschnittes einen gleichen Abstand zueinander auf, wobei die Federelemente im Bereich des mindestens einen Schaftabschnittes miteinander verbunden sind und in einem vom Schaftabschnitt entfernten Bereich voneinander getrennt ausgestaltet sind. Hierdurch kann eine in einem in einer Durchkontaktierung eingesetzten Zustand des Verbindungsstiftes eine symmetrische bzw. gleichmäßige Kraftverteilung der Federelemente realisiert werden. Darüber hinaus können die Federelemente von einem oder zwei Schaftabschnitten mechanisch stabilisiert werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel stehen die mindestens zwei Federelemente des Federabschnittes ausgehend von der in Längsrichtung des Verbindungsstifts verlaufenden Achse des Verbindungsstiftes radial über einen äußeren Rand des mindestens einen Schaftabschnittes hinaus ab. Insbesondere können die Federelemente gewölbt oder gebogen ausgestaltet sein. Durch ein Zusammenpressen der Federelemente entsteht anschließend eine Längenänderung des Federabschnittes, welche in definierten Grenzen von einem Druck bzw. einer radial auf die Federelemente wirkenden Kraft abhängt. Hierdurch kann ein Federabschnitt hergestellt werden, welcher eine präzise einstellbare radial auf die Durchkontaktierung wirkende Federkraft aufweist.
Durch eine Begrenzung einer möglichen Längenausdehnung des Verbindungsstiftes kann somit eine Federkraft eingestellt werden und die Verbindungsanordnung an Anforderungen anpassbar ausgestaltet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mündet der Federabschnitt an einem dem Schaftabschnitt entgegengesetzten Ende in einem Stiftende, wobei das Stiftende eine sich verjüngende Form aufweist. Hierdurch kann ein Einsetzen des Verbindungsstiftes in einer Durchkontaktierung einer Leiterplatine vereinfacht werden.
Insbesondere kann eine notwendige Steckkraft zum Einsetzen des Verbindungsstiftes durch die Form des Stiftendes definiert ansteigend eingestellt werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsstift im Bereich des Federabschnitts eine Querschnittsform auf, wobei die Querschnittsform im Wesentlichen einer Querschnittsform des Schaftabschnitts entspricht und zum Ausbilden der Federelemente gesprengt ausgestaltet ist. Hierdurch kann der Federabschnitt als eine Vielzahl an Teilabschnitten der Grundform bzw. des Profils der Schaftabschnitte ausgestaltet sein, welche vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsstift zumindest im Bereich des Federelements eine abgerundete äußere Querschnittsform auf. Die Querschnittsform entspricht vorzugsweise im Wesentlichen einem Profil bzw. einem Querschnittsprofil des Verbindungsstiftes. Hierdurch kann der Umformungsaufwand bei der Herstellung des Verbindungsstiftes reduziert werden. Die umfangsseitige Kontur der Querschnittsform des Federabschnitts kann durch ein Einbringen der Materialrisse und ein entsprechendes umfangsseitiges Gegenhalten abgerundet werden.
Aufgrund der möglichen Querschnittsformen kann der Verbindungsstift vielseitig und an Verwendungsanforderungen angepasst ausgeprägt sein.
Technisch besonders einfach kann beispielsweise aus einem Rohling mit einem viereckigen Profil ein Federabschnitt mit vier Federelementen hergestellt werden. Hierbei können an jeder der vier Seitenflächen Werkzeugköpfe bzw. Stempelwerkzeuge positioniert werden, welche radial in den Rohling eingedrückt werden und hineinschneiden, bis eine Beabstandung entsteht und Federelemente ausgebildet werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Schaftabschnitt des Verbindungsstifts als ein Draht oder ein Kontaktstift oder eine Profilstange ausgestaltet. Der Verbindungsstift der Verbindungsanordnung kann somit in einem automatisierten Prozess preiswert hergestellt werden.
Insbesondere kann der Draht oder der Kontaktstift oder die Profilstange Maße aufweisen, welche zumindest bereichsweise den Maßen der Schaftabschnitte entsprechen. Hierdurch kann ein nachträglicher Bearbeitungsaufwand reduziert und die Anzahl an notwendigen Schritten für die Herstellung des Verbindungsstiftes minimiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der mindestens eine Schaftabschnitt und der Federabschnitt des Verbindungsstifts integral ausgestaltet. Durch eine integrale Ausgestaltung der Bestandteile des Verbindungsstifts kann dieser mechanisch besonders robust ausgestaltet sein. Des Weiteren können hierdurch weitere Schritte, welche ein nachträgliches Zusammenfügen beinhalten, entfallen. Durch eine integrale Ausgestaltung des Verbindungsstifts kann dieser einteilig und ohne Verbindungsstellen hergestellt sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Federabschnitt, in welchem die Materialtrennung durch gezielte Risseinleitung erfolgt insbesondere seitlich angrenzend an den Materialriss, eine erste mittlere Korngröße eines Materials des Verbindungsstifts unterschiedlich zu einer zweiten mittleren Korngröße des Materials im Schaftabschnitt. Zusätzlich oder alternativ und/oder ist der Materialriss als Sprödbruch ausgebildet.
Von besonderem Vorteil ist, wenn in dem Federabschnitt, insbesondere seitlich angrenzend an den in welchem der Materialriss eingeleitet wird, die erste mittlere Korngröße von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 80 Prozent, vorzugsweise von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent, der zweiten mittleren Korngröße im Schaftabschnitt (im nicht verformten Bereich) beträgt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungsstifts bereitgestellt.
In einem Schritt wird ein Draht oder ein Kontaktstift oder eine Profilstange bereitgestellt. Der Draht oder der Kontaktstift oder die Profilstange kann bevorzugterweise als ein Rohling ausgestaltet sein. Der Draht oder der Kontaktstift oder die Profilstange weisen dabei vorteilhafterweise ein elektrisch leitfähiges Material auf.
In zumindest einem Abschnitt des bereitgestellten Drahts oder Kontaktstifts oder die Profilstange kann anschließend eine Querschnittsform des Abschnitts verändert werden. Dieser Schritt kann abhängig von einem Rohling und dem herzustellenden Verbindungsstift auch entfallen. Der Schritt kann insbesondere zum Einhalten von vorgegebenen Maßen und zum Reduzieren von Toleranzschwankungen dienen.
Es werden mindestens zwei radial in Richtung einer Achse ausgerichtete Werkzeugabschnitte seitlich an dem mindestens einen Abschnitt des bereitgestellten Drahtes oder Kontaktstiftes oder der Profilstange angeordnet. Die Anzahl an Werkzeugabschnitten hängt insbesondere von einer Anzahl an herzustellenden Federelementen ab. Alternativ oder zusätzlich können bei einer reduzierten Anzahl an Werkzeugabschnitten die Federelemente in mehreren aufeinander folgenden Schritten ausgebildet werden.
Anschließend werden die mindestens zwei Werkzeugabschnitte zum Ausbilden von mindestens einer Einkerbung als Sollbruchstelle radial in Richtung der Achse in den Draht oder Kontaktstift oder Profilstange hineingeschoben.
Der Abschnitt wird zum Aufbrechen der Sollbruchstellen zur Ausbildung eines Materialrisses und zum Ausbilden der mindestens zwei voneinander durch den Materialriss beabstandeten Federelementen entlang der Achse gestaucht oder gezogen. Die Federelemente werden vorzugsweise durch den Materialriss voneinander beabstandet, der im Bereich der aufgebrochenen Sollbruchstelle verläuft.
Die Werkzeugabschnitte können insbesondere Werkzeugköpfe einer Stanz- und Biegemaschine oder eines Schneidwerkzeugs sein. Die Werkzeugabschnitte werden solange in den Draht oder den Kontaktstift oder Profilstange
hineingepresst bis mindestens zwei voneinander beabstandete Federelemente ausgebildet sind.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die bereitgestellte Profilstange oder der Draht oder Kontaktstift zum Ausbilden einer Querschnittsform im Bereich des Abschnitts umgeformt, insbesondere geprägt und/oder geschmiedet und/oder gewalzt und/oder gezogen, wird und vorzugsweise mittels des Umformens die Sollbruchstelle ausgeformt wird. Mittels der Sollbruchstelle kann durch das Stauchen oder Ziehen der Materialriss definiert in die Profilstange oder den Draht oder den Kontaktstift eingebracht und das Rissverhalten definiert festgelegt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine mittlere Korngröße im Federabschnitt, insbesondere im Bereich der Sollbruchstelle und/oder an dem Materialriss durch das Umformen des Drahts oder der Profilstange oder des Kontaktstifts bereichsweise verfeinert und eingestellt, wobei vorzugsweise nach Umformen eine erste mittlere Korngröße von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 80 Prozent, insbesondere von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent, einer zweiten mittleren Korngröße des Schaftabschnitts beträgt. Im Schaftabschnitt weist das Material im Wesentlichen die ursprünglichen, unverfeinerte (zweite mittlere) Korngröße -auf.
Bei einer Ausbildung der Federelemente können vorzugsweise Sollbruchstellen in Form von dünnen Wandstärken oder von Materialrissen entstehen bzw. die Werkzeugabschnitte können im Bereich der Achse des Verbindungsstiftes aufeinander treffen. Die Werkzeugabschnitte können zentriert in der Achse oder dezentriert im Bereich der Achse aufeinander treffen. Die Achse kann als eine Symmetrieachse ausgestaltet sein und verläuft in Längsrichtung des Verbindungsstiftes.
Die Federelemente können auch ohne die Sollbruchstellen ausgebildet werden, wobei diese eine höhere Federkraft aufweisen, als Federelemente, welche durch Sollbruchstellen voneinander beabstandet sind.
Durch die Sollbruchstellen kann ein geringfügiges Zusammenstauchen des Abschnittes dazu führen, dass die Sollbruchstellen reißen und somit ein Abstand zwischen den jeweiligen Federelementen entsteht. Hierdurch kann insbesondere ein Aufschneiden des Abschnittes und ein nachträgliches bereichsweises Zusammenfügen entfallen, wodurch der Federabschnitt schneller und technisch einfacher hergestellt werden kann. Ferner wird die Materialstruktur durch ein spanendes Aufschneiden nicht unterbrochen, sodass der Verbindungsstift besonders stabil ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der bereitgestellte Draht oder Kontaktstift oder Profilstange zum Ausbilden einer Querschnittsform im Bereich des Abschnittes umgeformt, insbesondere geprägt und/oder gewalzt und/oder gestaucht und/oder geschmiedet und/oder gezogen. Hierdurch wird ein vorbereitender Schritt zum Herstellen von optimalen Maßen des herzustellenden Verbindungsstiftes bereitgestellt, welcher die Maßhaltigkeit des Verbindungsstiftes sicherstellen kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die mindestens zwei Werkzeugabschnitte nach einem Ausbilden der Sollbruchstellen um die Achse verdreht. Es entsteht somit eine zusätzliche Komponente der durch den Federabschnitt erzeugbaren Federkraft, welche aus einer zumindest bereichsweisen rotatorischen Verformung der Federelemente im Bereich der Achse resultiert. Es kann somit eine höhere Steckkraft und/oder eine Haltekraft realisiert werden.
Des Weiteren kann ein homogenerer Kraftanstieg in einem in eine Durchkontaktierung eingesetzten Zustand des Verbindungsstiftes durch eine Rotation einer inneren Kontur des Federabschnittes bzw. der Federelemente gewährleistet werden. Durch die zusätzliche zumindest bereichsweise Rotation der Federelemente kann ein größerer Federweg erzeugt werden, welcher Fertigungstoleranzen von Durchkontaktierungen ausgleichen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Draht oder Kontaktstift oder Profilstange in einer umfangseitig angeordneten Stützform positioniert, bevor die mindestens eine Einkerbung als Sollbruchstelle durch die Werkzeugabschnitte eingebracht wird. Bevorzugterweise kann die Stützform eine innere geometrische Kontur aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, durch das Herstellen der Sollbruchstelle eine umfangsseitige Kontur des Federabschnitts zu formen. Durch das Einpressen der Werkzeugabschnitte in den Abschnitt wird das Material des herzustellenden Federabschnitts gegen die Stützform gepresst. Hierdurch kann beispielsweise ein Federabschnitt mit einer gerundeten Außenkontur hergestellt werden, welche eine größere Kontaktfläche in einer Durchkontaktierung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der zwischen zwei Schaftabschnitten ausgebildete Federabschnitt nach Entfernen der Werkzeugabschnitte in Richtung der Achse gestaucht oder gestreckt. Hierdurch kann ein weiterer Verarbeitungsschritt zum Einstellen von Endmaßen des Federabschnitts umgesetzt werden. Durch ein Stauchen der Schaftabschnitte kann der Federabschnitt an Durchkontaktierungen mit einem größeren Durchmesser angepasst werden. Ein Strecken der Federabschnitte kann zu einem verringern einer Querschnittsfläche bzw. einer Profilfläche eingesetzt werden.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
3 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsstiftes der Verbindungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
4 - 7 schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsstiftes aus 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 - 13 schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsstiftes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
14 - 17 schematische Schnittdarstellungen B-B aus 3 zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsstiftes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
18 - 22 schematische Darstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsstiftes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform.
Die Verbindungsanordnung 1 weist einen Verbindungsstift 2 auf, welcher in einer Durchkontaktierung 4 eingesetzt ist.
Der Verbindungstift 2 weist einen Federabschnitt 6 auf, welcher zwischen einem Schaftabschnitt 8 und einem Stiftenge 16 ausgebildet ist. Der Federabschnitt 6 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel vier Federelemente 10 auf. Der Schaftabschnitt 8, der Federabschnitt 6 und das Stiftenge 16 sind in Längsrichtung entlang einer Achse S angeordnet. Die Achse S ist hierbei als Symmetrieachse ausgestaltet und verläuft durch einen geometrischen Mittelpunkt des Verbindungsstifts 2.
Die Durchkontaktierung 4 ist in einer Leiterplatine 12 eingebracht und weist einen zylinderförmigen Innenbereich 14 auf. Die zylinderförmige Mantelfläche bzw. einen Innenbereich 14 dient zum Aufnehmen des Verbindungsstiftes 2. Die Durchkontaktierung 4 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, einer Legierung und dergleichen, hergestellt und verbindet zwei gegenüberliegende Seiten S1 und S2 der Leiterplatine 12 elektrisch miteinander. Dabei kann die Seite S1 als eine Oberseite und die Seite S2 als eine Unterseite der Leiterplatine 12 ausgestaltet sein.
Zum Vereinfachen einer Montage des Verbindungsstiftes 2 in der Mantelfläche 14 der Durchkontaktierung 4 weist der Verbindungsstift 2 endseitig ein Stiftende 16 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel verjüngt sich das Stiftenge 16 konisch.
Im in dem Innenbereich 14 der Durchkontaktierung 4 eingesetzten Zustand ist der Federabschnitt 6 des Verbindungsstiftes 2 radial gegenüber der Achse S zusammengepresst. Es entsteht hierdurch eine Stauchung der Federelemente 10 in radialer Richtung gegenüber der Achse S, welche einen Abstand zwischen dem Schaftabschnitt 8 und dem Stiftende 16 vergrößert.
Die Pfeile verdeutlichen die Längenausdehnung des Verbindungsstiftes 2 im in der Mantelfläche 14 eingesetzten Zustand.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Verbindungsanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Gegensatz zur in 1 dargestellten Verbindungsanordnung 1, weist hier der Verbindungsstift 2 einen Federabschnitt 6 mit zwei Federelementen 10 auf, welche symmetrisch relativ zur Achse S geformt sind. Der Schaftabschnitt 8 endet einseitig in einem breiter geformten Bereich 9, welcher beispielsweise als Lötfläche oder Crimpabschnitt einsetzbar ist.
In der 3 ist eine perspektivische Darstellung des Verbindungsstiftes 2 aus der in der 1 veranschaulichten Verbindungsanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt.
Der Verbindungsstift 2 weist den Federabschnitt 6 mit vier gleich ausgeprägten Federelementen 10 auf. Die Federelemente 10 sind hier gleichartig voneinander beabstandet und weisen einen gleichen Abstand zu der Achse S des Verbindungsstiftes 2 auf. In Umfangsrichtung zwischen den Federelementen 10 erstreckt sich jeweils in Längsrichtung ein Materialriss 32, der beispielhaft als Sprödbruch ausgebildet ist.
Die Schaftabschnitte 8, der Federabschnitt 6 und das Stiftende 16 sind integral bzw. einstückig und materialeinheitlich ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus einem Metall. Das Metall kann hier beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium oder Legierungen hieraus und dergleichen aufweisen. Eine erste mittlere Korngröße ist im Federabschnitt 6, insbesondere angrenzend an den Materialriss 32 unterschiedlich zu einer zweiten mittleren Korngröße im Schaftabschnitt 8 . Die mittlere Korngröße kann beispielsweise gemäß EN ISO 2624 bestimmt werden. Dabei kann die mittlere Korngröße in einem Linienschnittverfahren (vgl. EN ISO 2624 4.2) oder in einem planimetrischen Verfahren (vgl. EN ISO 2624 4.3) bestimmt werden.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn Federabschnitt 6, insbesondere direkt am Materialriss 32 und/oder an der Sollbruchstelle 30, die erste mittlere Korngröße von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 80 Prozent, vorzugsweise von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent, der zweiten mittleren Korngröße im Schaftabschnitt 8 aufweist.
Der Verbindungsstift 2 kann dabei beschichtet oder unbeschichtet ausgestaltet sein. Eine Beschichtung kann beispielsweise die elektrischen Eigenschaften des Verbindungsstiftes 2 verbessern oder ein Einsetzverhalten in den Innenbereich 14 der Durchkontaktierung 4 optimieren. Die Beschichtung kann beispielsweise Gold, Silber, Zinn, Zink und dergleichen aufweisen.
Es wird verdeutlicht, dass der Verbindungsstift 2 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform mit abgerundeten Ecken aufweist. Durch die abgerundeten Kanten kann eine Passform des Verbindungsstiftes 2 an dem zylindrisch geformten Innenbereich 14 angepasst werden, wodurch ein elektrischer Übergangswiderstand reduziert werden kann.
Die Federelemente 10 des Federabschnittes 6 sind seitlich quer zu der Symmetrieachse S abstehend ausgeformt. Hierdurch spannen die Federelemente 10 des Federabschnittes 6 eine größere Querschnittsfläche auf als die Schaftabschnitte 8.
In den 4 - 7 sind schematische Schnittdarstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen des Verbindungsstiftes 2 aus 2 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. In 4 ist ein bereitgestellter Rohling 20 zwischen zwei Werkzeugabschnitten 40 angeordnet. Der Rohling 20 kann als Draht, Drahtstift oder Profilstange ausgebildet sein. Die Pfeile verdeutlichen die Bewegung bzw. die Einwirkung der Werkzeugabschnitte 40 auf den Rohling 20, welcher als ein Kontaktstift ausgeführt ist. Die Werkzeugabschnitte 40 erzeugen jeweils eine Einkerbung 42 in den Rohling 20, wodurch eine Sollbruchstelle 30 entsteht. Insbesondere werden die Einkerbungen 42 im herzustellenden Federabschnitt 6 in das Material des Rohlings 20 eingebracht. Die Werkzeugabschnitte 40 weisen jeweils eine spitz zulaufende Form auf, durch welche die Einkerbungen 42 in das Material des Rohlings 20 eingeformt, insbesondere gepresst, geschmiedet, geprägt und/oder gestanzt wird. Insbesondere eignet sich Schmieden, da dadurch das Material des Rohlings 20 dabei plastifiziert wird. Durch die Einformung/Umformung wird im Bereich der Sollbruchstelle 30 das Material verfeinert.
Die durch die Einkerbungen 42 erzeugte Sollbruchstelle 30 trennt die auszubildenden Federabschnitte 10 voneinander.
Die 5 zeigt einen Querschnitt C-C aus 4, welcher die Einkerbungen 42 und die auszubildenden Federelemente 10 aufweist.
Die Sollbruchstelle 30 kann als eine reduzierte Materialstärke oder als ein Materialabschnitt mit einem Riss jeweils mit verfeinertem Korn gegenüber dem Schaftabschnitt 8 ausgeführt sein.
Die 6 zeigt einen weiteren Verfahrensschritt, bei dem die Sollbruchstelle 30 aufgebrochen wird. Die Sollbruchstelle 30 verläuft parallel zur Achse S in Längsrichtung des Verbindungsstiftes 2. Die Sollbruchstelle 30 wird durch ein Stauchen oder ziehen oder strecken des Verbindungsstiftes 2 aufgerissen bzw. aufgebrochen, wodurch die Federelemente 10 des Federabschnitts 6 ausgebildet und voneinander beabstandet werden. Insbesondere entsteht der Materialriss 32 an der Sollbruchstelle 30 zwischen den beiden Federelementen 10, der die Federelemente 10 zumindest in einer Richtung voneinander beabstandet. Durch das Stauchen wird der Materialriss 32 verbreitert, wodurch der Abstand zwischen den Federelementen 10 steigt. Die entsprechenden Bewegungsabläufe sind durch die Pfeile verdeutlicht.
In der 7 ist der Querschnitt D-D aus der 6 gezeigt, bei dem der hergestellte Verbindungsstift 2 mit dem Federabschnitt 6 mit zwei Federelementen 10 ausgebildet ist. Ein derartiger Verbindungsstift 2 wird auch in der 2 eingesetzt. Es wird der ausgebildete Materialriss 32 im Bereich der Sollbruchstelle 30 im Querschnitt verdeutlicht.
Die 8 - 13 veranschaulichen in schematischen Schnittdarstellungen das Verfahren zum Herstellen des Verbindungsstiftes 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Es wird in einem Schritt, welcher in 8 gezeigt ist, der Rohling 20 mit einem rechteckigen Querschnitt bereitgestellt und in einer Stützform 44 angeordnet.
Die Stützform 44 ist in der 9 dargestellt und weist eine gerundete Innenkontur auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Stützform 44 zwei Ausnehmungen zum Führen von Werkzeugabschnitten 40 auf. Die Werkzeugabschnitte 40 ragen symmetrisch von zwei Richtungen in den Rohling 20 hinein und verursachen ein Fließen des Werkstoffs und in der Folge eine plastische Verformung des Rohlings 20 im Federabschnitt 6. Durch den Fließvorgang und die plastische Verformung wird das Material des Rohlings verdrängt und gegen die Stützform 44 gepresst. Hierdurch können die somit hergestellten Federelemente 10 eine abgerundete Außenkontur aufweisen, wodurch die Passgenauigkeit und die Kontaktfläche in der Durchkontaktierung 4 gesteigert werden.
In der 10 ist der Rohling 20 mit den durch Werkzeugabschnitte 40 erzeugten Einkerbungen 42 gezeigt. Die Einkerbungen 42 bilden die Sollbruchstelle 30 aus. Anschließend erfolgt eine Stauchung der Sollbruchstelle 30 im Bereich des Federabschnitts 6, wodurch die Sollbruchstelle 30 geöffnet wird und der Materialriss 32 ausgebildet wird. Dieser Schritt ist als Schnittdarstellung in 12 und 13 veranschaulicht. Es wird nach der Stauchung des Federabschnitts 6 der Verbindungsstift 2 hergestellt. Es können weitere Schritte folgen, welche beispielsweise den Verbindungsstift 2 abkanten, eine Verjüngung in das Stiftende 16 einbringen, das Material beschichten und dergleichen.
In den 14 bis 17 sind schematische Schnittdarstellungen B-B aus 3 zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen des Verbindungsstiftes 2 gemäß einer Ausführungsform gezeigt.
In der 14 wird ein Rohling 20 als ein Verfahrensschritt bereitgestellt. Der Rohling 20 ist als ein Metalldraht mit einem rechteckigen Profil ausgeführt. Der Rohling 20 kann im Vorfeld gestreckt werden, wodurch dieser geradlinig entlang der Achse S verläuft.
In einem weiteren Schritt, welcher in der 15 gezeigt ist, wird im Bereich des herzustellenden Federabschnittes 6 ein Querschnitt angepasst. Die Anpassung des Querschnitts erfolgt durch ein Zusammenpressen der Kanten des Rohlings 20. Die Kanten werden radial in Richtung der Achse S zusammengepresst. Die Pfeile veranschaulichen die Krafteinwirkung von Werkzeugen auf den Rohling 20. Hierdurch entsteht der Abschnitt 22 des Rohlings 20.
Die 16 stellt einen weiteren Schritt dar, bei welchem die nicht dargestellten Werkzeugabschnitte 40 in die bearbeiteten Flächen bzw. den Abschnitt 22 des Rohlings 20 hineingepresst und/oder geprägt werden. Alternativ können die Werkzeugabschnitte den Abschnitt 22 schmieden. Die Werkzeugabschnitte 40 verformen das Material hierbei gemeinsam radial in Richtung der Achse S und erzeugen Einkerbungen 42 in die vier Flächen des Rohlings 20 im Bereich des auszubildenden Federabschnitts 6. Durch das Hineinpressen der Werkzeugabschnitte 40 in das Material entsteht eine plastische Verformung der Abschnitte 24, welche zum Ausbilden der Federelemente 10 voneinander radial beabstandet werden. Durch die plastische Verformung können die Abschnitte 24 eine runde Außenkontur annehmen. Das Prägen, Hineinpressen und/oder Schmieden hat den Vorteil, dass kein spanender Materialabtrag erfolgt und damit interne Kornstruktur nicht durch den Spanabtrag unterbrochen wird. Ferner wird dabei die Kornstruktur in der plastischen Verformung gegenüber dem Schaftabschnitt 8 verfeinert. Dadurch weist der mittels des Verfahrens hergestellte Verbindungsstift 2 eine besonders hohe Festigkeit auf.
Die Einwirkung der Werkzeuge wird in 16 durch die Pfeile veranschaulicht.
Durch die Einwirkung der vier Werkzeugabschnitte 40 entstehen vier Teilbereiche 24, welche aufgefächert sind. Dabei kann der Rohling 20 im Querschnitt eine Form nach Art eines vierblättrigen Kleeblatts annehmen.
Die Teilbereiche 24 weisen durch die verdrängende Einwirkung von Werkzeugen eine größere und abgerundete Außenkontur auf, die zum elektrischen und mechanischen Kontaktieren eingesetzt werden kann. Durch die gerundete Form kann eine Kontaktfläche des Federabschnitts 6, insbesondere zu einer zylindrischen Durchkontaktierungen 4 vergrößert werden.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden die Teilbereiche 24 aufgetrennt bzw. separiert und radial voneinander beabstandet.
In 17 wird ein weiterer Schritt zum Herstellen des Verbindungsstiftes 2 dargestellt.
Insbesondere werden hierbei die Teilbereiche 24 in kombinierten tangentialer und radialer Richtung bezogen auf die Achse S gestaucht. Hierbei wirken die Kräfte auf die Teilbereiche 24 bzw. die auszubildenden Federelemente 10 seitlich an der Achse S vorbei. Die langen Pfeile in 17 illustrieren eine Ausweichbewegung (Materialfluß) der Teilbereichen 24 auf Grund der Kräfte. Durch die Ausweichbewegung werden die Teilbereiche 24 in einem innenseitig angeordneten Abschnitt 25 verdreht.
In einem weiteren Schritt kann der im Bereich des Federabschnitts 6 bearbeitete Rohling 20 in axialer Richtung entlang der Achse S in einem definierten Abstand beidseitig des Federabschnitts 6 geschnitten und ein Verbindungsstift 2 hergestellt werden. An einem Ende kann hierbei eine Kontaktspitze bzw. ein Stiftende 16 eingepresst werden.
In den 18 bis 22 sind schematische Darstellungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungsstiftes 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt.
In der 20 wird ein Rohling 20 mit einem rechteckigen Querschnitt bereitgestellt. Es wird in den 18, 19 und 21 der Querschnitt B-B aus 3 gezeigt.
Durch den Einsatz von vier Werkzeugabschnitten werden in der 19 vier Teilabschnitte 24 ausgebildet. Die Teilabschnitte 24 werden durch die in Richtung der Symmetrieachse S den Rohling 20 umformender Werkzeugabschnitte geformt. Dies entspricht den in 14 - 16 gezeigten Verfahrensschritten.
Im Bereich der Symmetrieachse S treffen die Teilabschnitte 24 aufeinander und sind zumindest bereichsweise miteinander verbunden. In dieser Sollbruchstelle 30 weist der Abschnitt 22 bzw. der auszubildende Federabschnitt 6 geringe Wandstärken, niedrigere mittlerer Korngröße (verfeinert gegenüber dem Schaftabschnitt 8) oder bereits Risse zwischen den Teilabschnitten 24 auf. Die Sollbruchstelle 30 weist eine erhöhte Materialbeschädigung auf, welche einer einfachen Rissinitiierung dient.
In den 21 und 22 wurde der Rohling 20 bzw. der Abschnitt 22 um eine Strecke ST entlang der Symmetrieachse S gestaucht. Durch das Stauchen werden die Teilabschnitte 24 derart gespreizt, dass die Sollbruchstelle 30 in einem Sprödbruch/Trennbruch aufreißt. Hierdurch werden die Teilabschnitte 24 durch die Materialrisse 32 voneinander beabstandet und Federelemente 10 ausgeprägt. Es wird so lange gestaucht bis an mindestens zwei Stellen der Materialriss 32 ausgebildet wird, der die Federelemente 10 voneinander beabstandet. Die Materialauftrennungen bzw. Materialrisse 32 beabstanden jeweils zumindest zwei Federelemente 10 voneinander. Durch die mindestens zwei Materialrisse 32 entstehen bei diesem Ausführungsbeispiel vier durch ausgebildete Risse beabstandete Federelemente 10. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird zum Ausbilden der Federelemente 10 eine entlang der Achse S gerichtete Stauchung vorgenommen. Hierbei können die Federelemente 10, wie dies in 21 dargestellt ist, auch ungleichmäßig voneinander beabstandet werden oder eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen.
Die in den Figuren beschriebenen Schritte bewirken, dass ausgehend von der ersten mittleren Korngröße, die zu Beginn der Schritte über den Rohling 20 im Wesentlichen vorliegt, zu der zweiten mittleren Korngröße im Federabschnitt 6 verfeinert wird. Die Verfeinerung tritt dabei zumindest angrenzend an den Materialriss 32, vorzugsweise im Bereich der Sollbruchstelle auf.
Die Passgenauigkeit der Federelemente 10 in der Durchkontaktierung 4 sowie die elastischen Eigenschaften der Federelemente 10 können dennoch für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2742716 A1 [0003]

Claims

Verbindungsstift (2) zum Herstellen einer elektrischen und mechanischen Verbindung zu einer Durchkontaktierung (4) mit einem Schaftabschnitt (8) und einem Federabschnitt (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (6) mindestens zwei Federelemente (10) aufweist, wobei zwischen den mindestens zwei Federelementen (10) mindestens ein Materialriss (32) in Längsrichtung des Verbindungsstifts (2) verlaufend angeordnet ist und wobei die Federelemente (10) den Schaftabschnitt (8) zumindest bereichsweise radial außenseitig überragen.
Verbindungsstift (2) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Federelemente (10) des Federabschnittes (6) sich in Längsrichtung des Verbindungsstiftes (2) entlang einer Achse (S) erstrecken und die Federelemente (10) einen gleichen radialen Abstand zu der Achse (S) aufweisen, wobei die Federelemente (10) zumindest einseitig am Schaftabschnitt (8) miteinander verbunden sind, wobei der radiale Abstand zwischen den Federelementen (10) und der Achse (S) ausgehend vom Schaftabschnitt (8) zumindest bereichsweise zunimmt.
Verbindungsstift (2) nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei Federelemente (10) des Federabschnittes (6) ausgehend von der in Längsrichtung des Verbindungsstifts (2) verlaufenden Achse (S) des Verbindungsstiftes (2) radial über einen äußeren Rand des mindestens einen Schaftabschnittes (8) hinaus abstehen.
Verbindungsstift (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Federabschnitt (6) an einem dem Schaftabschnitt (8) entgegengesetzten Ende in einem Stiftende (16) mündet, wobei das Stiftende (16) eine sich radial verjüngende Form aufweist.
Verbindungsstift (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verbindungsstift (2) im Bereich des Federabschnitts (6) eine Querschnittsform aufweist, wobei die Querschnittsform im Wesentlichen einer Querschnittsform des Schaftabschnitts (8) entspricht und zum Ausbilden der Federelemente (10) gesprengt ausgestaltet ist.
Verbindungsstift (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbindungsstift (2) zumindest im Bereich des Federelements (6) eine abgerundete äußere Querschnittsform aufweist.
Verbindungsstift (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Schaftabschnitt (8) und der Federabschnitt (6) des Verbindungsstiftes (2) integral ausgestaltet sind.
Verbindungsstift (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Federabschnitt (6), insbesondere seitlich angrenzend an den Materialriss (32), eine erste mittlere Korngröße eines Materials des Verbindungsstifts unterschiedlich zu einer zweiten mittleren Korngröße des Materials im Schaftabschnitt (8) ist und/oder wobei der Materialriss (32) als Sprödbruch ausgebildet ist.
Verbindungsstift (2) nach Anspruch 8, wobei in dem Federabschnitt (6), insbesondere seitlich angrenzend an den Materialriss (32), die erste mittlere Korngröße von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 80 Prozent, vorzugsweise von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent, der zweiten mittleren Korngröße im Schaftabschnitt (8) beträgt.
Verfahren (18) zum Herstellen eines Verbindungsstiftes (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - ein Draht oder eine Profilstange (20) oder ein Kontaktstift bereitgestellt wird, - mindestens zwei in Richtung einer Achse (S) ausgerichtete Werkzeugabschnitte (40) seitlich an zumindest einem Abschnitt (22) des bereitgestellten Drahtes (20) angeordnet werden, - die mindestens zwei Werkzeugabschnitte (40) zum Ausbilden von mindestens einer Einkerbung (42) als Sollbruchstelle (30) radial in Richtung der Achse (S) in den Draht, die Profilstange (20) oder Kontaktstift hineingeschoben werden und - der Abschnitt (22) zum Aufbrechen der Sollbruchstelle (30) zur Ausbildung eines Materialrisses (32) und zum Ausbilden der mindestens zwei durch mindestens den Materialriss (32) voneinander beabstandeten Federelemente (10) entlang der Achse (S) gestaucht oder gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der bereitgestellte die Profilstange oder der Draht (20) oder Kontaktstift zum Ausbilden einer Querschnittsform im Bereich des Abschnitts (22) umgeformt, insbesondere geprägt und/oder geschmiedet und/oder gewalzt und/oder gezogen, wird und vorzugsweise mittels des Umformens die Sollbruchstelle (30) ausgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine erste mittlere Korngröße im Federabschnitt (10), insbesondere an dem Materialriss (32) und/oder an der Sollbruchstelle (30) durch ein Umformen des Drahts oder der Profilstange (20) oder des Kontaktstifts bereichsweise verfeinert wird, wobei vorzugsweise nach dem Umformen eine erste mittlere Korngröße von einschließlich 20 Prozent bis einschließlich 80 Prozent, insbesondere von einschließlich 30 Prozent bis einschließlich 70 Prozent, einer zweiten mittleren Korngröße des Schaftabschnitts (8) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die mindestens zwei Werkzeugabschnitte (40) nach einem Ausbilden der Sollbruchstellen (30) um die Achse (S) verdreht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei nach Entfernen der Werkzeugabschnitte (40) ein Federabschnitt (6) durch Stauchen oder Strecken des Abschnitts (22) zwischen einem Schaftabschnitt (8) und einem Stiftende (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Draht, die Profilstange (20) oder Kontaktstift in einer umfangseitig angeordneten Stützform (44) positioniert wird, bevor die mindestens einer Einkerbung (42) als Sollbruchstelle (30) durch die Werkzeugabschnitte (40) eingebracht wird.