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Die Erfindung betrifft eine Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters mit einer Leiterplatte, sowie eine Leiteranordnung umfassend eine Durchkontaktierung, eine Leiterplatte und einen elektrischen Leiter, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung.
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Durchkontaktierungen werden herkömmlicherweise verwendet um eine Leiterplatte vertikal mit einem elektrischen Leiter, wie z.B. einem Kontaktpin oder einer elektrischen Leitung, elektrisch zu verbinden, um beispielsweise elektrische Signale von dem elektrischen Leiter zu Elektronikbauteilen, welche auf die Leiterplatte angeordnet sind, zu übertragen. Entsprechende Durchkontaktierungen müssen sowohl an der Leiterplatte als auch an dem elektrischen Leiter wirksam befestigt werden, um eine strukturell stabile Leiteranordnung sicherzustellen.
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Um eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen einer herkömmlichen Durchkontaktierung und einer herkömmlichen Leiterplatte bereitzustellen, werden entsprechende Durchkontaktierungen üblicherweise mit der jeweiligen Leiterplatte verlötet, insbesondere durch eine Zinn-Lötverbindung.
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Um eine elektrische Verbindung zwischen einer herkömmlichen Durchkontaktierung und einem herkömmlichen elektrischen Leiter bereitzustellen werden unterschiedliche Kontaktierungen in entsprechenden herkömmlichen Durchkontaktierungen verwendet, welche oftmals mit einem hohen Aufwand hergestellt werden müssen und eine aufwendige Montage erfordern.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchkontaktierung bereitzustellen, welche vorteilhaft herzustellen und zu montieren ist, und eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter und einer Leiterplatte sicherstellt.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, in der Durchkontaktierung zumindest einen Federarm, insbesondere elastisch verformbaren Federarm, zu formen, welcher einen einfach zu montierenden elektrischen Kontakt mit dem elektrischen Leiter bereitstellt und gleichzeitig einen wirksamen Toleranzausgleich sicherstellt, so dass die Durchkontaktierung mit einer Vielzahl von unterschiedlich geformten elektrischen Leitern und Leiterplatten verwendet werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Durchkontaktierung zum elektrischen Verbinden eines elektrischen Leiters mit einer Leiterplatte gelöst, umfassend eine zylinderförmige Buchse zum Aufnehmen des elektrischen Leiters, zumindest einem Kontaktelement, welches an der zylinderförmigen Buchse geformt ist, und welches ausgebildet ist, die zylinderförmige Buchse an der Leiterplatte zu befestigen, um eine elektrische Verbindung zwischen der zylinderförmigen Buchse und der Leiterplatte bereitzustellen, und zumindest einen Federarm, welcher an der zylinderförmigen Buchse geformt ist, und welcher ausgebildet ist den in der zylinderförmigen Buchse aufnehmbaren elektrischen Leiter elektrisch zu kontaktieren, um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der zylinderförmigen Buchse bereitzustellen.
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Durch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Durchkontaktierung eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Leiterplatte bereitstellt.
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Insbesondere umfasst der zumindest eine Federarm einen einzigen Federarm oder eine Mehrzahl von Federarmen, insbesondere zwei, drei, vier, fünf, oder sechs Federarme, welche an der zylinderförmigen Buchse geformt sind.
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Der zumindest eine Federarm ist insbesondere als ein reversibel verformbarer, insbesondere elastisch verformbarer, Federarm ausgebildet. Der zumindest eine Federarm, insbesondere der reversibel verformbare Federarm, insbesondere der elastisch verformbare Federarm, ist ausgebildet den in der zylinderförmigen Buchse aufnehmbaren elektrischen Leiter mit einer Federkraft zu beaufschlagen, um den elektrischen Leiter elektrisch zu kontaktieren.
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Hierbei wird insbesondere beim Einführen des elektrischen Leiters in die zylinderförmige Buchse der zumindest eine Federarm durch den Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und dem zumindest einen Federarm radial nach außen verlagert, so dass der zumindest eine Federarm dadurch den elektrischen Leiter mit einer Federkraft beaufschlagen und die elektrische Kontaktierung bereitstellen kann. Somit wird eine einfache Montage des elektrischen Leiters mit der Durchkontaktierung ermöglicht.
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Die Verwendung von zumindest einem Federarm ermöglicht einen Ausgleich von fertigungsbedingten Abweichungen, wie z.B. unterschiedliche Durchmesser von Öffnungen der Leiterplatte, bzw. unterschiedliche Positionen und/oder Dimensionen von unterschiedlichen elektrischen Leitern. Somit kann durch die Verwendung des zumindest einen Federarms die Durchkontaktierung mit einer Vielzahl von unterschiedlichen elektrischen Leitern und Leiterplatten verwendet werden, und der benötigte Bauraum kann vorteilhaft reduziert werden. Der zumindest eine Federarm stellt zudem einen wirksamen Schutz einer Beschichtung der Oberfläche der Durchkontaktierung und/oder des elektrischen Leiters sicher, so dass ein Abrieb der Beschichtung bei der Montage verhindert werden kann.
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Das zumindest eine Kontaktelement, insbesondere eine Mehrzahl von Kontaktelementen, stellt ferner eine wirksame Befestigung der Durchkontaktierung an der Leiterplatte sicher. Um eine besonders wirksame elektrische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung und der Leiterplatte zu ermöglichen, kann das zumindest eine Kontaktelement insbesondere durch eine Lötverbindung mit der Leiterplatte, insbesondere mit einem Lötbereich der Leiterplatte, verbunden sein.
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Insbesondere ist die Durchkontaktierung, insbesondere die zylinderförmige Buchse, das zumindest eine Kontaktelement und/oder der zumindest eine Federarm, aus einer Kupferlegierung, Aluminiumlegierung oder Stahllegierung geformt.
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Erfindungsgemäß erstreckt sich die zylinderförmige Buchse entlang einer Buchsenmittelachse erstreckt, und der Federarm erstreckt sich gekrümmt um die Buchsenmittelachse. Durch die Krümmung des Federarms um die Buchsenmittelachse kann vorteilhafter Kontakt zwischen dem Federarm und dem elektrischen Leiter bereitgestellt werden.
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Insbesondere weist die zylinderförmige Buchse einen ersten Buchsenrand auf, welcher eine erste Buchsenöffnung begrenzt, und weist die zylinderförmige Buchse einen dem ersten Buchsenrand abgewandten zweiten Buchsenrand auf, welcher eine zweite Buchsenöffnung begrenzt, wobei sich die Buchsenmittelachse von einem ersten Mittelpunkt der ersten Buchsenöffnung zu einem zweiten Mittelpunkt der zweiten Buchsenöffnung erstreckt.
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In einer Ausführungsform weist die zylinderförmige Buchse einen Buchsengrundkörper auf, wobei der Federarm mit dem Buchsengrundkörper verbunden ist, wobei sich der Buchsengrundkörper und der Federarm um die Buchsenmittelachse gekrümmt erstrecken, wobei insbesondere eine Krümmung des Federarms um die Buchsenmittelachse größer als eine Krümmung des Buchsengrundkörpers um die Buchsenmittelachse ist.
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Dadurch, dass sich insbesondere der Federarm stärker gekrümmt als der Buchsengrundkörper um die Buchsenmittelachse erstreckt, verringert der in Richtung der Buchsenmittelachse radial nach innen gekrümmte Federarm den Durchmesser der zylinderförmigen Buchse im Vergleich zum Durchmesser des Buchsengrundkörpers. Dadurch kann sichergestellt, dass der elektrische Leiter durch den Buchsengrundkörper hindurchgeführt werden kann, den nach innen gekrümmten Federarm jedoch kontaktiert, um diesen dann radial nach außen zu verlagern, um den elektrischen Kontakt zu der zylinderförmigen Buchse bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform weist die Durchkontaktierung einen ersten Federarm und einen weiteren Federarm auf, wobei der erste Federarm und der weitere Federarm an einander abgewandten Seiten der zylinderförmigen Buchse geformt sind, und wobei sich die Federarme insbesondere symmetrisch zueinander erstrecken. Durch die beiden Federarme kann ein wirksamer beidseitiger Kontakt zwischen der Durchkontaktierung und dem elektrischen Leiter sichergestellt werden. Durch die insbesondere symmetrische Erstreckung der Federarme kann eine mittige Positionierung des elektrischen Leiters in der Durchkontaktierung sichergestellt werden.
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Insbesondere weist die Durchkontaktierung eine Mehrzahl von weiteren Federarmen auf, wobei der erste Federarm und die Mehrzahl der weiteren Federarme an einander abgewandten Seiten der zylinderförmigen Buchse geformt sind, und wobei sich die Federarme insbesondere symmetrisch zueinander erstrecken.
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Insbesondere erstrecken sich die Federarme rotationssymmetrisch zueinander in Bezug auf eine Buchsenmittelachse der zylinderförmigen Buchse.
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In einer Ausführungsform weist die zylinderförmige Buchse einen Buchsengrundkörper auf, wobei der Federarm ein Befestigungsbereich aufweist, welcher mit dem Buchsengrundkörper verbunden ist, und wobei der Federarm ein dem Befestigungsbereich abgewandtes verlagerbares Federende aufweist, welches ausgebildet ist, den in der zylinderförmigen Buchse aufnehmbaren elektrischen Leiter zu kontaktieren.
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Der Befestigungsbereich stellt hierbei eine feste und stabile Verbindung zwischen dem Federarm und dem Buchsengrundkörper sicher, während das verlagerbare Federende den elektrischen Kontakt zu dem elektrischen Leiter sicherstellt.
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Wird bei der Montage der elektrische Leiter in die zylinderförmige Buchse eingeführt, wird das verlagerbare Federende des Federarms nach außen verlagert, insbesondere in Bezug auf eine Buchsenmittelachse der zylinderförmigen Buchse entlang einer ersten Verlagerungsrichtung radial nach außen verlagert. Wird der elektrische Leiter aus der zylinderförmigen Buchse entnommen, wird der Federarm durch die gespeicherte Federkraft nach innen verlagert, insbesondere in Bezug auf eine Buchsenmittelachse der zylinderförmigen Hülse entlang einer der ersten Verlagerungsrichtung entgegengerichteten zweiten Verlagerungsrichtung radial nach innen verlagert.
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In einer Ausführungsform weist der Federarm eine zumindest abschnittsweise abgerundete Federarmoberseite auf, welche insbesondere auf einer einem ersten Buchsenrand der zylinderförmigen Buchse zugewandten Seite des Federarms angeordnet ist.
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Wenn der elektrische Leiter durch eine durch den ersten Buchsenrand begrenzte erste Buchsenöffnung in die zylinderförmige Buchse eingeführt wird, kontaktiert der elektrische Leiter die zumindest abschnittsweise abgerundete Federarmoberseite des Federarms und verlagert den Federarm dadurch radial nach außen. Die zumindest abschnittsweise abgerundete Federarmoberseite stellt hierbei eine wirksame Kraftübertragung von dem elektrischen Leiter auf den Federarm sicher.
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In einer Ausführungsform weist die zylinderförmige Buchse einen Buchsengrundkörper auf, wobei der Federarm mit dem Buchsengrundkörper verbunden ist, wobei die zylinderförmige Buchse einen Buchsendurchbruch aufweist, welcher den Federarm von dem Buchsengrundkörper abgrenzt, wobei der Buchsendurchbruch insbesondere eine L-Form, V-Form oder U-Form aufweist. Der Buchsendurchbruch stellt sicher, dass der Federarm in Bezug auf den Buchsengrundkörper radial nach innen oder radial nach außen verlagert werden kann.
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In einer Ausführungsform weist die zylinderförmige Buchse einen ersten Buchsenrand und einem dem ersten Buchsenrand abgewandten zweiten Buchsenrand auf, wobei der Buchsendurchbruch einen dem ersten Buchsenrand zugewandten ersten Durchbruchsabschnitt und einem dem zweiten Buchsenrand zugewandten zweiten Durchbruchsabschnitt aufweist, wobei sich der zweite Durchbruchsabschnitt insbesondere parallel zu dem zweiten Buchsenrand erstreckt, und/oder wobei sich der erste Durchbruchsabschnitt insbesondere winklig zu dem ersten Buchsenrand erstreckt.
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Durch die geometrische Ausgestaltung des ersten und zweiten Durchbruchsabschnitts des Buchsendurchbruchs lassen sich die Federeigenschaften des durch den Buchsendurchbruchs begrenzten Federarms vorteilhaft einstellen. Durch ein beispielsweise winkliges Erstrecken des ersten Durchbruchsabschnitts zu dem ersten Buchsenrand wird ein Verkanten beim Einführen des elektrischen Leiters in die zylinderförmige Buchse verhindert, und ein konstanter Spannungsverlauf über den Federarm wird sichergestellt.
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In einer Ausführungsform weist die Durchkontaktierung, insbesondere die zylinderförmige Buchse, der zumindest eine Federarm und/oder das zumindest eine Kontaktelement, eine Beschichtung der Oberfläche auf, wobei die Beschichtung insbesondere eine auf die Oberfläche aufgebrachte Nickelschicht und eine auf die Nickelschicht aufgebrachte Silberschicht umfasst. Durch die Beschichtung kann eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung und dem elektrischen Leiter, bzw. der Leiterplatte sichergestellt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Kontaktelement eine Mehrzahl von Laschen oder einen die zylinderförmige Buchse zumindest abschnittsweise umlaufenden Bund. Sowohl durch die Laschen als auch durch den umlaufenden Bund kann ein vorteilhafter Kontakt zwischen Durchkontaktierung und Leiterplatte bereitgestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement an einem ersten Buchsenrand der zylinderförmigen Buchse angeordnet, und/oder weist das Kontaktelement eine Kontaktelementunterseite auf, welche ausgebildet ist, die Leiterplatte, insbesondere einen Lötbereich der Leiterplatte, zu kontaktieren. Dadurch, dass das Kontaktelement an dem ersten Buchsenrand der zylinderförmigen Buchse angeordnet ist, kann die zylinderförmige Buchse vorteilhaft durch eine Öffnung der Leiterplatte geführt werden. Durch das Aufliegen der Kontaktelementunterseite des Kontaktelements auf der Leiterplatte, kann insbesondere im Lötbereich der Leiterplatte, eine wirksame Lötverbindung zwischen Leiterplatte und Kontaktelement hergestellt werden.
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In einer Ausführungsform ist in der zylinderförmigen Buchse ein Toleranzspalt geformt, wobei der Toleranzspalt insbesondere die zylinderförmige Buchse parallel zu einer Buchsenmittelachse durchbricht. Das Einbringen des Toleranzspalts führt dazu, dass die zylinderförmige Buchse umlaufend nicht vollständig geschlossen ist, so dass eine Anpassung des Durchmessers der zylinderförmigen Buchse an unterschiedliche Durchmesser von unterschiedlichen Leiterplattenöffnungen, bzw. an unterschiedliche Durchmesser von unterschiedlichen elektrischen Leitern möglich ist.
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Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch eine Leiteranordnung gelöst, umfassend eine Durchkontaktierung gemäß dem ersten Aspekt, einer Leiterplatte, welche an dem zumindest einen Kontaktelement der Durchkontaktierung befestigt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der zylinderförmigen Buchse der Durchkontaktierung und der Leiterplatte bereitzustellen, und einem elektrischen Leiter, welcher in der zylinderförmigen Buchse der Durchkontaktierung aufgenommen ist, wobei der zumindest eine Federarm der Durchkontaktierung den elektrischen Leiter elektrisch kontaktiert, um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der zylinderförmigen Buchse bereitzustellen.
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Alle in Bezug auf die Durchkontaktierung gemäß dem ersten Aspekt angeführten Ausführungsformen gelten ebenso als Ausführungsformen für die Leiteranordnung gemäß dem zweiten Aspekt.
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Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung gelöst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte, Bereitstellen eines Halbzeuges, Formen zumindest eines Federarms an der zylinderförmigen Buchse, um die Durchkontaktierung bereitzustellen, Formen zumindest eines Kontaktelements an der zylinderförmigen Buchse, und Formen einer zylinderförmigen Buchse aus dem Halbzeug.
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In einer Ausführungsform umfasst das Formen der zylinderförmigen Buchse einen Stanzvorgang oder einen Tiefziehvorgang.
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Wird ein Stanzvorgang durchgeführt, wird in einem ersten Verfahrensschritt das Halbzeug in einer für unterschiedliche Durchmesser geeignete Kontur gestanzt, wobei als Ausgangswerkstoffe insbesondere beschichtete oder unbeschichtete Kupfer-, Aluminum-, oder Stahllegierungen verwendet werden, wobei insbesondere auf das Ausgangshalbzeug oder auf die am Ende erhaltenen Durchkontaktierung eine Beschichtung der Oberfläche aufgetragen wird.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird der zumindest eine Federarm aufgebogen, um die Durchkontaktierung zu erhalten. In einem dritten Verfahrensschritt werden die erhaltenen endlosen gestanzten Bänder individuell abgelängt, so dass unterschiedliche Durchmesser gefertigt werden können.
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In einem vierten Verfahrensschritt werden die abgelängten Bänder entsprechend dem gewünschten Zieldurchmesser gebogen, so dass eine zylinderförmige Buchse erhalten wird. Insbesondere wird ein Toleranzspalt in der zylinderförmigen Buchse belassen.
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In einem fünften Verfahrensschritt wird das zumindest eine Kontaktelement, insbesondere die Mehrzahl von Laschen, umgebogen.
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Wird die zylinderförmige Buchse hingegen im Rahmen eines Tiefziehvorgangs geformt, wird die zylinderförmige Buchse zusammen mit dem zumindest einen Kontaktelement, insbesondere mit einem die zylinderförmige Buchse zumindest abschnittsweise umlaufenden Bund, in einem Schritt mit einer Presse aus dem Halbzeug geformt, und der zumindest eine Federarm anschließend an der zylinderförmigen Buchse geformt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Leiteranordnung mit einer Durchkontaktierung gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine Aufsicht auf eine Durchkontaktierung gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem elektrischen Leiter;
- 5 eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem elektrischen Leiter; und
- 6 ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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Die Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die in 1 dargestellte Durchkontaktierung 100 ermöglicht eine vertikale elektrische Verbindung zwischen einer in 1 nicht dargestellten Leiterplatte und einem in 1 nicht dargestellten elektrischen Leiter.
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Eine entsprechende Leiterplatte ist hierbei ein Träger für elektronische Bauteile und besteht aus elektrisch isolierendem Material mit daran angebrachten elektrisch leitenden Leiterbahnen, wobei die Leiterbahnen insbesondere mit elektronischen Bauteilen auf der Leiterplatte verbunden sind.
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Ein entsprechender elektrischen Leiter umfasst insbesondere einen Kontaktpin oder eine elektrische Leitung und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer. Beispielsweise kann ein elektrisches Signal von dem elektrischen Leiter durch die Durchkontaktierung zu der Leiterplatte geleitet werden. Für weitere Details in Bezug auf die Leiterplatte und den elektrischen Leiter wird auf die detaillierten Ausführungen hierzu in der 3 verwiesen.
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Die in der 1 dargestellte Durchkontaktierung 100 umfasst eine zylinderförmige Buchse 101, welche ausgebildet ist einen elektrischen Leiter aufzunehmen. Die zylinderförmige Buchse 101 umfasst hierbei insbesondere einen ersten Buchsenrand 103-1, welcher eine erste Buchsenöffnung 105-1 begrenzt, und einen dem ersten Buchsenrand 103-1 abgewandten zweiten Buchsenrand 103-2, welcher eine zweite Buchsenöffnung 103-2 begrenzt. Hierbei erstreckt sich die zylinderförmige Buchse 101 insbesondere entlang einer Buchsenmittelachse 107 von der ersten Buchsenöffnung 105-1 zu der zweiten Buchsenöffnung 105-2. Die Buchsenmittelachse 107 erstreckt sich hierbei insbesondere von einem ersten Mittelpunkt 108-1 der ersten Buchsenöffnung 105-1 zu einem zweiten Mittelpunkt 108-2 der zweiten Buchsenöffnung 105-2.
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Der in 1 nicht dargestellte elektrische Leiter wird durch die erste Buchsenöffnung 105-1 entlang der Buchsenmittelachse 107 in die zylinderförmige Buchse 101 der Durchkontaktierung 100 eingeführt und dadurch in der zylinderförmigen Buchse 101 aufgenommen.
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Um eine elektrische leitfähige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der zylinderförmigen Buchse 101 bereitzustellen, weist die Durchkontaktierung 100 zumindest einen Federarm 109 auf, welcher an der zylinderförmigen Buchse 101 geformt ist, und welcher ausgebildet ist, den in der zylinderförmigen Buchse 101 aufnehmbaren elektrischen Leiter elektrisch zu kontaktieren.
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In dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist die Durchkontaktierung 100 insbesondere einen ersten Federarm 109-1 und einen weiteren Federarm 109-2 auf, wobei der erste Federarm 109-1 und der weitere Federarm 109-2 an einander angewandten Seiten der zylinderförmigen Buchse 101 geformt sind. Der erste und weitere Federarm 109-1, 109-2 erstrecken sich hierbei gekrümmt um die Buchsenmittelachse 107. Auch wenn dies aus der in der 1 dargestellten Perspektive nicht umfassend hervorgeht, erstrecken sich der erste und weitere Federarm 109-1, 109-2 symmetrisch zueinander, insbesondere rotationssymmetrisch zueinander in Bezug auf die Buchsenmittelachse 107.
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Die Federarme 109-1, 109-2 weisen hierbei jeweils insbesondere einen Befestigungsbereich 111 auf, welcher mit einem Buchsengrundkörper 113 der zylinderförmigen Buchse 101 verbunden ist. Die Federarme 109-1, 109-2 weisen hierbei jeweils ein dem Befestigungsbereich 111 abgewandtes verlagerbares Federende 115 auf. Während der Befestigungsbereich 111 fest mit dem Buchsengrundkörper 113 verbunden ist, ist das Federende 115 verlagerbar.
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Wird der elektrische Leiter entlang der Buchsenmittelachse 107 in die zylinderförmige Buchse 101 eingeführt kontaktiert der elektrische Leiter die Federarme 109-1, 109-2 und verlagert die Federarme 109-1, 109-2 entlang einer ersten Verlagerungsrichtung 117-1 radial nach außen. Die radial nach außen verlagerten Federarme 109-1, 109-2 beaufschlagen den in der zylinderförmige Buchse 101 aufnehmbaren elektrischen Leiter mit einer Federkraft und stellen dadurch eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Durchkontaktierung 100 sicher.
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Hierbei erstrecken sich der Buchsengrundkörper 113 und die Federarme 109-1, 109-2 gekrümmt um die Buchsenmittelachse 107. Hierbei ist insbesondere eine Krümmung des jeweiligen Federarms 109, 109-1, 109-2 um die Buchsenmittelachse 107 größer als eine Krümmung des Buchsengrundkörpers 113 um die Buchsenmittelachse 107. Durch die im Vergleich zur Krümmung des Buchsengrundkörpers 113 größere Krümmung der Federarme 109-1, 109-2 ist insbesondere der Abstand zwischen den jeweiligen Federenden 115 der einander abgewandten Federarme 109-1, 109-2 geringer als der Durchmesser des Buchsengrundkörpers 113. Somit werden die Federarme 109-1, 109-2 beim Einführen des elektrischen Leiters kontaktiert und entlang einer ersten Verlagerungsrichtung 117-1 radial nach außen verlagert.
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Wird der elektrische Leiter wieder aus der zylinderförmigen Buchse 101 entnommen, werden die Federarme 109-1, 109-2 durch die gespeicherte Federkraft entlang einer der ersten Verlagerungsrichtung 117-1 entgegengesetzten zweiten Verlagerungsrichtung 117-2 wieder nach innen verlagert.
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Wie aus der 1 ferner hervorgeht, weist die zylinderförmige Buchse 101 einen Buchsendurchbruch 121 auf, welcher den zumindest einen Federarm 109, 109-1, 109-2 von dem Buchsengrundkörper 113 der zylinderförmigen Buchse 101 abgrenzt. Somit wird durch den Buchsendurchbruch 121 die Verlagerbarkeit des zumindest einen Federarms 109, 109-1, 109-2 sichergestellt. Auch wenn der in 1 dargestellte Buchsendurchbruch 121 eine annähernde L-Form aufweist, kann der Buchsendurchbruch 121 insbesondere auch alternativ eine V-Form oder eine U-Form aufweisen.
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Um eine elektrische Verbindung zwischen der zylinderförmigen Buchse 101 und der in 1 nicht dargestellten Leiterplatte bereitzustellen, weist die Durchkontaktierung 100 zumindest ein Kontaktelement 123 auf, welches in der zylinderförmigen Buchse 101 geformt ist, und ausgebildet ist, die zylinderförmige Buchse 101 an der Leiterplatte zu befestigen, um eine elektrische Verbindung zwischen der zylinderförmigen Buchse 101 und der Leiterplatte bereitzustellen. Die elektrische Verbindung zwischen der zylinderförmigen Buchse 101 und der Leiterplatte wird insbesondere durch eine Lötverbindung zwischen dem Kontaktelement 123 und der Leiterplatte bereitgestellt.
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In dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel umfasst das zumindest eine Kontaktelement 123 eine Mehrzahl von Laschen 123-1. Die Laschen 123-1 sind insbesondere an dem ersten Buchsenrand 103-1 der zylinderförmigen Buchse 101 angeordnet und umlaufen insbesondere die erste Buchsenöffnung 105-1 der zylinderförmigen Buchse 101. Insbesondere erstrecken sich die Laschen 123-1 in Bezug auf die Buchsenmittelachse 107 radial nach außen. Insbesondere ragen die Laschen 123-1 über den Buchsengrundkörper 113 der zylinderförmigen Buchse 101 hinaus.
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Hierbei liegen die Laschen 132-1 insbesondere jeweils mit einer Kontaktelementunterseite 123-2 auf der in 1 nicht dargestellten Leiterplatte auf.
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Ferner ist in der zylinderförmigen Buchse 101 ein Toleranzspalt 125 geformt, welcher die zylinderförmige Buchse 101 insbesondere parallel zu der Buchsenmittelachse 107 durchbricht. Der Toleranzspalt 125 ermöglicht eine Anpassung des Durchmessers der zylinderförmigen Buchse 101 an einen Durchmesser einer Öffnung der Leiterplatte, in welche die Durchkontaktierung 100 eingeführt wird, bzw. an einem Durchmesser des elektrischen Leiters.
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Durchkontaktierung 100 weist eine zylinderförmige Buchse 101, zumindest einen Federarm 109, 109-1, 109-2, welcher an der zylinderförmigen Buchse 101 geformt ist, und zumindest ein Kontaktelement 123 auf.
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Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel umfasst das zumindest eine Kontaktelement 123 des in der 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels jedoch einen umlaufenden Bund 123-3, welcher insbesondere an dem ersten Buchsenrand 103-1 der zylinderförmigen Buchse 101 angeordnet und insbesondere die erste Buchsenöffnung 105-1 der zylinderförmigen Buchse 101 umläuft. Insbesondere erstreckt sich der umlaufende Bund 123-3 in Bezug auf die Buchsenmittelachse 107 radial nach außen. Insbesondere ragt der umlaufende Bund 123-3 über den Buchsengrundkörper 113 der zylinderförmigen Buchse 101 hinaus. Hierbei liegt der umlaufende Bund 123-3 insbesondere mit einer Kontaktelementunterseite 123-2 auf der in 2 nicht dargestellten Leiterplatte auf.
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Insbesondere weist die in 2 dargestellte Durchkontaktierung 100 keinen Toleranzspalt 125 auf.
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Für weitere Details der in 2 dargestellten Durchkontaktierung 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird auf die detaillierten Ausführungen in Bezug auf die in 1 dargestellte Durchkontaktierung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Leiteranordnung 300 mit einer Durchkontaktierung 100 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die Leiteranordnung 300 umfasst einen elektrischen Leiter 301, eine Leiterplatte 303 und die Durchkontaktierung 100.
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Die Leiterplatte 303 weist eine Leiterplattenöffnung 305 auf, in welche die Durchkontaktierung 100 eingeführt ist. Hierbei kontaktiert das zumindest eine Kontaktelement 123, insbesondere die Mehrzahl von Laschen 123-1, die Leiterplatte 303, um die zylinderförmige Buchse 101 der Durchkontaktierung 100 an der Leiterplatte 303 zu befestigen.
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Insbesondere liegt eine Kontaktelementunterseite 123-2 des zumindest einen Kontaktelements 123, insbesondere der Mehrzahl von Laschen 123-1, auf einer Leiterplattenoberseite 307 der Leiterplatte 303 auf, um eine wirksame Befestigung der Durchkontaktierung 100 an der Leiterplatte 303 sicherzustellen.
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Um eine wirksame elektrische Verbindung zwischen der Durchkontaktierung 100 und der Leiterplatte 303 bereitzustellen, ist das zumindest eine Kontaktelement 123, insbesondere die Mehrzahl von Laschen 123-1, durch eine Lötverbindung mit der Leiterplatte 303 verbunden. Insbesondere weist die Leiterplatte 303 an der Leiterplattenoberseite 307 einen die Leiterplattenöffnung 305 umlaufenden Lötbereich 309 auf, wobei das zumindest eine Kontaktelement 123, insbesondere die Mehrzahl von Laschen 123-1, mit dem Lötbereich 309 verlötet sind.
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Ist die Durchkontaktierung 100 mit der Leiterplatte 303 verbunden, wird anschließend insbesondere der elektrische Leiter 301 in die Durchkontaktierung 100 eingeführt. Hierbei wird der elektrische Leiter 301 insbesondere entlang einer Einführungsrichtung 127 in die zylinderförmige Buchse 101 der Durchkontaktierung 100 eingeführt, wobei sich die Einführungsrichtung 127 insbesondere parallel zur Buchsenmittelachse 107 von dem ersten Buchsenrand 103-1 zu dem zweiten Buchsenrand 103-2 erstreckt.
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Der an der zylinderförmigen Buchse 101 geformte zumindest eine Federarm 109, insbesondere die beiden Federarme 109-1, 109-2, werden durch den eingeführten elektrischen Leiter 301 entlang einer ersten Verlagerungsrichtung 117-1 radial nach außen verlagert. Durch die in den radial nach außen verlagerten Federarmen 109-1, 109-2 gespeicherte Federkraft beaufschlagen die Federarme 109-1, 109-2 den in der zylinderförmige Buchse 101 aufnehmbaren elektrischen Leiter 301 mit der Federkraft und stellen eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 301 und der Durchkontaktierung 100 sicher.
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Insbesondere weist der zumindest eine Federarm 109, 109-1, 109-2 eine dem ersten Buchsenrand 103-1 zugewandte abgerundete Federarmoberseite 109-3 auf, um ein Einführen des elektrischen Leiters 301 vom ersten Buchsenrand 103-1 aus in die zylinderförmige Buchse 101 zu erleichtern. Dadurch kann ein Verkratzen des elektrischen Leiters 301 bei der Montage verhindert werden.
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Ferner sind die Federarme 109-1, 109-2 so gestaltet, dass ein großer Federweg bereitgestellt werden kann, so dass die Gefahr des Setzens, welche auf einer Relaxation der Federarme 109-1, 109-2 beruht, und welche mit einer Verschlechterung des elektrischen Kontakts verbunden wäre, ausgeschlossen wird.
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Um eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 301, der Durchkontaktierung 100 und der Leiterplatte 303 sicherzustellen, weist die Durchkontaktierung 100, insbesondere die zylinderförmige Buchse 101, der zumindest eine Federarm 109, 109-1, 109-2 und/oder das zumindest eine Kontaktelement 123, eine Beschichtung der Oberfläche auf, wobei die Beschichtung insbesondere eine auf die Oberfläche aufgebrachte Nickelschicht und eine auf die Nickelschicht aufgebrachte Silberschicht umfasst.
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Durch die erfindungsgemäße Durchkontaktierung 100 wird eine wirksame elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 301 und der Leiterplatte 303 sichergestellt. Gleichzeitig kann der benötigte Bauraum reduziert werden und es können Durchkontaktierungen 100 mit einer Vielzahl von Durchmessern und Produktvarianten bereitgestellt werden. Der zumindest eine Federarm 109, 109-1, 109-2, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Toleranzspalt 125 in der zylinderförmigen Buchse 101, ermöglicht einen wirksamen Ausgleich von fertigungsbedingten Abweichungen, wie z.B. den Durchmessern der Bohrung der Leiterplatte 303, und den Positionen des elektrischen Leiters 301.
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Durch den zumindest einen Federarm 109, 109-1, 109-2 der zylinderförmigen Buchse 101 wird ferner ein optimaler Schutz der Beschichtung der Oberfläche der Durchkontaktierung 100 sichergestellt, da ein Abrieb der Beschichtung bei der Montage reduziert werden kann, so dass eine vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit auch in korrosiven Medien sichergestellt werden kann.
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4 zeigt eine Aufsicht auf eine Durchkontaktierung 100 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem elektrischen Leiter 301. In 4 ist eine Leiterplatte 303 der Leiteranordnung 300 nicht dargestellt.
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In der 4 ist ein in der Durchkontaktierung 100, insbesondere in der zylinderförmigen Buchse 101, aufgenommener elektrischer Leiter 301 dargestellt. Die in der zylinderförmigen Buchse 101 geformten Federarme 109-1, 109-2 sind hierbei auf einander abgewandten Seiten der zylinderförmigen Buchse 101 symmetrisch zueinander angeordnet, insbesondere rotationssymmetrisch zueinander in Bezug auf die Buchsenmittelachse 107. Somit kann eine wirksame Kontaktierung des elektrischen Leiters 301 sichergestellt werden.
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Durch die im Vergleich zur Krümmung des Buchsengrundkörpers 113 größere Krümmung der Federarme 109-1, 109-2 um die Buchsenmittelachse 127 ist insbesondere der Abstand zwischen den jeweiligen Federenden 115 der einander abgewandten Federarme 109-1, 109-2 geringer als der Durchmesser des Buchsengrundkörpers 113. Somit werden die Federarme 109-1, 109-2 beim Einführen des elektrischen Leiters 301 in die zylinderförmige Hülse 101 in der ersten Verlagerungsrichtung 117-1 radial nach außen verlagert.
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Durch die Radien der Federarme 109-1, 109-2 und die jeweilige abgerundete Federarmoberseite 109-3 wird die Beschichtung der Oberfläche der zylinderförmigen Buchse 101 und des elektrischen Leiters 301 geschützt.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Durchkontaktierung 100 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem elektrischen Leiter 301. In 5 ist eine Leiterplatte 303 der Leiteranordnung 300 nicht dargestellt.
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Die in 5 dargestellte Buchsenlänge 129 der zylinderförmigen Buchse 101 beträgt hierbei insbesondere zwischen 4 mm und 4,5 mm, insbesondere 4,3 mm, wodurch ein vorteilhaft reduzierter Bauraum sichergestellt werden kann.
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Die in 5 dargestellte Federarmlänge 131 des jeweiligen Federarms 109-1, 109-2 ist hierbei insbesondere größer als die Hälfte des Durchmessers des Buchsengrundkörpers 113 der zylinderförmigen Buchse 101, so dass große und beständige Kontaktnormalkräfte und ein vorteilhafter Toleranzausgleich sichergestellt werden können.
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Ferner geht aus der 5 hervor, dass der Buchsendurchbruch 121, welcher den jeweiligen Federarm 109-1, 109-2 von dem Buchsengrundkörper 113 abgrenzt, einen dem ersten Buchsenrand 103-1 zugewandten ersten Durchbruchsabschnitt 121-1 und einen dem zweiten Buchsenrand 103-2 zugewandten zweiten Durchbruchsabschnitt 121-2 aufweist.
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Hierbei erstreckt sich der erste Durchbruchsabschnitts 121-1 insbesondere parallel zu dem zweiten Buchsenrand 103-2 und erstreckt sich der zweite Durchbruchsabschnitt 121-2 insbesondere winklig zu dem ersten Buchsenrand 103-1. Durch die winklige Erstreckung, insbesondere Schräge, des zweiten Durchbruchsabschnitts 121-2 wird ein Verkanten bei der Montage des elektrischen Leiters 301 vorteilhaft ausgeschlossen, und ein konstanter Spannungsverlauf entlang der gesamten Federarmoberseite 109-3 des jeweiligen Federarms 109 kann sichergestellt werden.
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6 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren 600 zum Herstellen einer Durchkontaktierung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Das Verfahren 600 umfasst als ersten Verfahrensschritt das Bereitstellen 601 eines Halbzeuges. Das Verfahren 600 umfasst als zweiten Verfahrensschritt das Formen 603 zumindest eines Federarms 109, 109-1, 109-2 an der zylinderförmigen Buchse, um die Durchkontaktierung 100 bereitzustellen. Das Verfahren 600 umfasst als dritten Verfahrensschritt das Formen 605 zumindest eines Kontaktelements 123 an der zylinderförmigen Buchse 101. Das Verfahren 600 umfasst als vierten Verfahrensschritt das Formen 607 einer zylinderförmigen Buchse 101 aus dem Halbzeug.
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Insbesondere umfasst das Formen 607 der zylinderförmigen Buchse 100 ein Stanzverfahren oder ein Tiefziehverfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Durchkontaktierung
- 101
- Zylinderförmige Buchse
- 103-1
- Erster Buchsenrand
- 103-2
- Zweiter Buchsenrand
- 105-1
- Erste Buchsenöffnung
- 105-2
- Zweite Buchsenöffnung
- 107
- Buchsenmittelachse
- 108-1
- Erster Mittelpunkt der ersten Buchsenöffnung
- 108-2
- Zweiter Mittelpunkt der zweiten Buchsenöffnung
- 109
- Federarm
- 109-1
- Erster Federarm
- 109-2
- Weiterer Federarm
- 109-3
- Federarmoberseite
- 111
- Befestigungsbereich
- 113
- Buchsengrundkörper
- 115
- Federende
- 117-1
- Erste Verlagerungsrichtung
- 117-2
- Zweite Verlagerungsrichtung
- 121
- Buchsendurchbruch
- 121-1
- Erster Durchbruchsabschnitt
- 121-2
- Zweiter Durchbruchsabschnitt
- 123
- Kontaktelement
- 123-1
- Lasche
- 123-2
- Kontaktelementunterseite
- 123-3
- Umlaufender Bund
- 125
- Toleranzspalt
- 127
- Einführungsrichtung
- 129
- Buchsenlänge
- 131
- Federarmlänge
- 300
- Leiteranordnung
- 301
- Elektrischer Leiter
- 303
- Leiterplatte
- 305
- Leiterplattenöffnung
- 307
- Leiterplattenoberseite
- 309
- Lötbereich der Leiterplatte
- 600
- Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung
- 601
- Erster Verfahrensschritt: Bereitstellen eines Halbzeuges
- 603
- Zweiter Verfahrensschritt: Formen zumindest eines Federarms
- 605
- Dritter Verfahrensschritt: Formen zumindest eines Kontaktelements
- 607
- Vierter Verfahrensschritt: Formen einer zylinderförmigen Buchse