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Verfahren zur Befestigung von elektrischen Bauelementen u. dgl. auf
einem thermoplastischen Bauteil Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Befestigungsverfahren
von elektrischen Bauelementen, wie z. B. Widerstände, Kondensatoren, Gleichrichter
usw., sowie diese Bauelemente unter sich und mit Endkontakten verbindende Verdrahtungsmittel
auf einem thermoplastischen Bauteil. Dieses thermoplastische Bauteil kann z. B.
die Form einer Platte haben.
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Es ist schon ein Befestigungsverfahren für solche Bauelemente bekanntgeworden,
bei denen die Bauelemente mit axial zu ihnen ausgerichteten Anschlußdrahtenden parallel
nebeneinander angeordnet sind und die Anschlußdrahtenden in geringem Abstand vom
Bauelement selbst auf einer Leiste aus thermoplastischem Werkstoff durch ein erhitztes
Werkzeug in die Leiste eingedrückt und damit befestigt werden. Dieses Verfahren
zur Befestigung von Bauelementen eignet sich jedoch nicht für die Anordnung solcher
Bauelemente auf den insbesondere in der Fernmeldeindustrie üblichen Isolierplatten,
die die Schaltung tragen.
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Es ist zwar auch ein Verfahren zur Befestigung von Bauelementen bekanntgeworden,
das die Anordnung der Bauelemente auf Isolierplatten ermöglicht. Nach diesem Verfahren
werden die Bauelemente mit ihren Anschlußdrahtenden durch in der Platte vorgesehene
Löcher hindurchgesteckt, und die Anschlußdrahtenden werden auf der anderen Seite
der Schaltung durch gegossene Metallbrücken miteinander verbunden. Dieses Verfahren
erfordert einen erheblichen Aufwand an Einrichtungen und benötigt auch mehrere Arbeitsgänge.
Es ist schließlich auch noch ein Verfahren zur Befestigung von Bauelementen auf
Isolierstoffplatten bekanntgeworden; bei dem die Anschlußdrahtenden ebenfalls durch
die vorgebohrten Löcher der Platte hindurchgesteckt werden, bei dem jedoch auf der
Rückseite der Platte die herausstehenden Anschlußdrahtenden zu einer aus etwa drei
Windungen bestehenden Drahtwendel gerollt werden, um das Herausfallen des Bauelementes
aus der Platte zu verhindern und einen Lötanschluß für die Verbindungsleitungen
zwischen den Bauelementen zu bieten.
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Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß sich mit ihnen Isolierplatten
nur in sehr umständlicher Weise mit Bauelementen und deren Verdrahtung bestücken
lassen. Es ergeben sich bei ihnen die getrennten Arbeitsgänge: Vorlochen der Platten,
Herstellung der Befestigungswendeln auf der Rückseite, das Gießen der Verbindungsleitungen
auf der Rückseite oder die Anordnung von auf Isolierstoffleisten zusammengefaßten
Bauelementen auf den eigentlichen, die Gesamtschaltung tragenden Platten. Alle diese
Befestigungsverfahren sind weder für große Stückzahlen geeignet noch bieten sie
die Möglichkeit, Bauelemente oder deren Verdrahtungsmittel insgesamt durch einen
einzigen Arbeitsgang auf einer Isolierplatte zu befestigen. Die angeführten Nachteile
der bekannten Befestigungsverfahren vermeidet die Erfindung durch ein Verfahren
zur Befestigung von mit Anschlußdrähten od. dgl. versehenen elektrischen Bauelementen,
wie Widerstände, Kondensatoren u. dgl. sowie deren Verdrahtungsmittel auf einem
isolierenden thermoplastischen tragenden Bauteil, wie z. B. einer Platte, durch
Einschmelzung der in Richtung zur Plattenoberfläche abgebogenen Enden der Anschlußdrähte
oder Verdrahtungsmittel unter Zuführung von Wärme, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß die in dem tragengen thermoplastischen Bauteil durch Schmelzwirkung erfolgende
und Form und Eigenschaften des Bauteils außerhalb der Befestigungsstelle nicht verändernde
Lochbildung durch die erwärmten, in.- Richtung zur Bauteiloberfläche bewegten Enden
der Anschlußdrähte und/oder Verdrahtungsmittel oder/und durch ein dem Einsetzen
dieser Enden dienendes ebenfalls erwärmtes Hilfswerkzeug erfolgt.
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Durch dieses Verfahren können die Anschlußdrahtenden der Bauelemente
wie auch die Verdrahtungsmittel an beliebigen Stellen der Oberfläche einer Platte
aus thermoplastischem Isolierstoff befestigt werden. Es wird dabei jeder Draht,
der entweder dem Bauelement oder den Verdrahtungsmitteln angehört, mit dem Ende
voraus unter Wärmeeinwirkung in die
Platte hinein oder auch durch
sie hindurchgesteckt, wobei das Material der Platte an der Eintrittsstelle des Drahtes
erweicht wird und den ein- oder durchgeführten Draht nach dem Erkalten festhält.
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Unter Anschlußdrähten sind hier Drähte von beliebiger Querschnittsform,
wie z. B. runde, rechteckige, flache, verstanden, die aus den Bauelementen herausragen.
Beliebige Querschnittsform können auch die Verdrahtungsmittel besitzen, die die
Bauelemente auf der Isolierstoffplätte miteinander oder mit Endkontakten u. dgl.
verbinden.
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Die Isolierstoffplatte besteht aus einem thermoplastischen Material,
das durch Wärme erweicht wird und sich bei Erkalten wieder verfestigt. Auch die
Materialien, die sich durch mehrfache Erwärmung wiederholt erweichen und durch Abkühlung
wieder erhärten lassen, sind für derartige Isolierstoffplatten gut geeignet. Als
Beispiel für geeignete Kunststoffe seien hier Polyvinylchlorid und Acrylpolymerisate,
darunter das Paly methylmethacrylat, das unter dem geschützten Warenzeichen »Plexiglas«
bekannt ist, genannt.
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An Hand der Zeichnungen werden nun einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben. Die Erfindung selbst wird dabei näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein typisches Schaltelement mit Drahtenden: Fig. 2, 4,
16, 17, 18, 19 und 20 zeigen verschiedene Formen vorbereiteter Drähte von Schaltelementen;
Fig. 3, 5, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 28 und 29 beziehen sich auf verschiedene
Ausführungen zum Befestigen von Schaltelementen sowie deren Verbindungsmitteln;
Fig. 6 und 10 zeigen Befestigungsanordnungen der Schaltelemente; Fig. 11 zeigt eine
Befestigungsplatte, die mit Bezeichnungen beschriftet ist; Fig. 24 zeigt in Grund-
und Aufriß einen Teil eines Werkzeuges, das zum Einziehen der Drahtenden benutzt
wird; Fig.25 zeigt eine Befestigungsplatte mit aufgezeichnetem Plan, der angibt,
wo die einzelnen Schaltelemente anzubringen und wie sie zusammenzuschalten sind;
Fig.26 zeigt eine abgedeckte Befestigungsanordnung; Fig.27 zeigt eine doppelseitige
Befestigungsanordnung; Fig. 28 zeigt eine Verankerung in Hakenform, während Fig.
29 eine Verankerung in Form eines steppstichartigen Sammelleiters darstellt.
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In Fig. 1 ist ein Schaltelement mit Drahtenden gezeigt. Es besteht
zunächst aus dem Block 1, der ein Kondensator, ein Widerstand oder ein anderes Schaltelement,
Netzwerk oder eine Schaltungskombination sein kann. Die Blöcke können in ihrer Länge
und in ihrem OOuerschnitt sehr unterschiedlich sein. Die Drahtenden, wie 2, 2',
liegen in einer Linie und erstrecken sich vom Block aus in zwei entgegengesetzte
Richtungen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Es können auch einander parallele Drähte
vorgesehen sein, die sich vom Block aus in dieselbe Richtung erstrecken.
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Zur Befestigung eines solchen Blockes werden die Drahtenden zunächst
auf eine von mehreren möglichen Arten vorbereitet. Es' können Ösen 3, 3' (Fig. 2)
in geeignetem Abstand vom Block gebildet werden. Ihre Enden 4, 4' bilden rechte
Winkel mit den Teilen 2, 2'. Die Enden 4, 4' können flach geformt und gerauht oder
geriffelt sein, wie es in Fig. 4gezeigt ist. Ferner können sie als Haken. ausgebildet
werden, wie es bei 25 in Fig. 16 gezeigt ist, oder als vollständige Ösen für Zwecke,
auf die weiter unten eingegangen wird.
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Zwischen dem Block 1 und der Ose 3 ist eine bestimmte, minimale Drahtlänge
vorgeschrieben, da die Öse 3 angewärmt wird, wie es noch weiter unten beschrieben
wird. Um aber die Öse 3 in einer Entfernung vom Block 1, die kleiner als die übliche
Drahtlänge 2 und 2' ist, anzuordnen, kann noch eine weitere Schleife oder Öse 26
eingeflochten werden, wie es in Fig. 17 gezeigt ist. In den Fällen, bei denen der
Durchmesser des Drahtes so klein ist, daß das Gewicht des Schaltelementes bei betriebsmäßigen
Erschütterungen die Öse deformiert, kann sie mit einer besonderen Drahtwindung versehen
sein, wie es bei 27 in Fig. 18 gezeigt ist. Weiter kann zur Präparierung der Drahtenden
ein Befestigungsdraht angebracht werden, wie es in Fig. 19 gezeigt ist. Dort ist
dicht bei der Öse 3 ein Draht 28 straff und eng um das Drahtende 4 gewickelt. Wie
in Fig. 20 gezeigt, kann das Ende 4, das . einen eng darum gewundenen Draht 29 trägt,
auch mit einem Haken 25 versehen sein. Bei vorherigen Ausführungen wurde das Ende
4 mit einem rechteckigen Querschnitt versehen.
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Nachdem nun die Drähte eines Schaltelementes auf eine der oben beschriebenen
Arten präpariert worden sind, wird das Schaltelement befestigt, indem die Drahtenden
durch eine thermoplastische Befestigungsplatte auf nachfolgend beschriebene Art
und Weise durchgestoßen oder durchgezogen werden.
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Drähte, wie sie in Fig. 2 oder 4 gezeigt sind, werden in die thermoplastische
Platte oder Leiste eingebracht, während das Material in der Umgebung des Befestigungspunktes
weich ist. Man hat festgestellt, daß beispielsweise bei Kupferdraht normalerweise
eine Behandlung der Öse 3 mit einem gewöhnlichen Lötkolben ausreicht, um das Drahtende
4 auf eine ausreichend hohe Temperatur zu bringen. Das Ende 4 wird dann in eine
Platte aus Acrylester-Kunststoff, z. B. Pölymethylmethacrylat, eingepreßt. Das Ende
4 wird auf die Oberfläche der Platte senkrecht aufgesetzt. Die Hitze vom Lötkolben
gelangt von der Öse 3 zum Ende 4 und erweicht die Platte an dieser Stelle. Mit dem
Lötkolben wird das Ende 4 dann in die Platte hineingedrückt, bis die Öse 3 die Platte
erreicht und ein weiteres Hineindrücken verhindert. Die direkte Erhitzung der Öse
3 kann vermieden werden, indem eine Führungsbohrung mit einem heißen Draht oder
Stift in den Kunststoff gebohrt wird und das Ende 4 in diese Führungsbohrung hineingesteckt
wird. DerDruck zum Einführen des Endes 4 in die Führungsbohrung braucht nicht hoch
zu sein, da die Umgebung der Bohrung von der Hitze des Drahtes noch weich ist. Bei
der Verfestigung zieht sich der Kunststoff um das Ende 4 zusammen und hält es sicher
in seiner Lage. Das andere Ende 4' wird in gleicher Weise behandelt, so daß das
Schaltelement mit seinen Enden eine Lage wie die in Fig. 3 gezeigte annimmt. Die
Bezugszeichen 5, 5' bezeichnen hier im Schnitt dargestellte Stücke aus wärmehärtbarem
Kunststoff, wie Acrylester. Sie können entweder aus zwei Platten bestehen, wie es
in Fig. 3 gezeigt ist, oder aus einem aus mehreren Teilen zusammengesetzten Stück.
Das Zusammensetzen kann vor oder nach der Befestigung der Schaltelemente erfolgen.
In Fig. 6 sind beispielsweise zwei Platten 5, 5' gezeigt, die zwischen zwei Stäben
oder Scheiben 6, 6' starr gehalten sind.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, können die Enden 4, 4' flach geformt und geriffelt
oder gerauht werden, um ihre Ankerwirkung in dem thermoplastischen Material zu verbessern.
Die Länge der Enden 4, 4' kann so bemessen
werden, daß sie gerade
durch die Kunststoffplatte hindurchgehen. Ein Beispiel für derartige flachgeformte
Enden ist in Fig. 5 gezeigt. Das Ende 4 hat eine Länge 21, die für elektrische Schaltungen
erforderlich ist. Das Ende 21 kann auch an der Unterseite der Platte zu einer Öse
geformt werden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die Ösen 3 und 21 können die Befestigungsplatte
5 einfassen, um als Befestigung zu dienen und die Lage des Drahtes in der Platte
aufrechtzuerhalten.
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Ein Draht, wie er in Verbindung mit Fig. 16 dargestellt wurde, kann
in einen thermoplastischen Kunststoff in der nun folgend beschriebenen Weise hineingezogen
werden. Ein erhitztes Eisen oder ein ähnliches Gerät mit einem spitzen ':Metallhaken,
wie es bei 30 in Fig. 24 gezeigt ist, wird etwa auf normale Löttemperatur aufgeheizt.
Die Spitze des Hakens wird dann von der Rückseite aus durch die Kunststoffplatte
gestoßen. Der spitze Metallhaken ist auf beiden Seiten der Hakenöffnung mit einem
Rand versehen. Auf diese Weise wird jedem Eindringen des Materials in die Öffnung
vorgebeugt. Der Haken 25 (Fig. 16) wird von dem Haken 30 (Fig. 24) ergriffen und
durch die vom Haken 30 gestoßene Öffnung gezogen, während der Kunststoff in der
Umgebung der Öffnung noch immer weich ist. Der Haken 25 kann mit beiden Schenkeln
in der Platte gelassen werden, wie es bei 40 in Fig. 28 gezeigt ist, um den Draht
in der Platte zu verankern. Die Schleife 40 kann darüber hinaus auf der einen Seite
der Kunststoffplatte zur Verdrahtung benutzt werden. Die Öse 41 (Fig. 28) kann als
Testpunkt auf der Seite der Schaltelemente dienen.
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Eine geeignete Querplatte 31 (Fig. 24) kann an dem Haken 30 angebracht
werden, um die Bewegung des Hakens 30 beim Stoß durch die Kunststoffplatte zu begrenzen.
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In einer anderen Anordnung kann der Haken 25 (Fig. 16) zu einer Öse
geformt werden, wie es bei 21 in Fig. 7 gezeigt ist. Er kann auch glatt mit der
Oberfläche der Platte abgeschnitten werden. Weiter kann er in irgendeiner geeigneten
Weise zum Anbringen eines Verbindungs- oder Anschlußdrahtes benutzt werden. Der
anzuschließende Draht kann durch Verdrillen oder Löten oder durch beide Maßnahmen
befestigt werden. Während des Lötvorganges dient die Öse 3 zur Verlängerung des
Pfades, auf dem die Hitze zu dem Block gelangt. Die Öse 3 verringert so das Risiko
einer Hitzebeschädigung des Schaltelementes. Schaltelemente mit Bändern als Enden
können in ähnlicher Weise befestigt werden.
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Ein weiteres Verfahren besteht darin, einen Sammelleiter mit Ösen
zu versehen und diese so durch die Kunststoffplatte durchzustoßen oder durchzuziehen,
daß daran Schaltelemente angeschlossen werden können, wie es z. B. in Fig. 29 gezeigt
ist.
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Ein Schaltelement, welches in dieser Weise befestigt ist, kann, wie
ersichtlich, leicht ausgewechselt werden. Ein Schaltelement, das nach einem anderen
oben beschriebenen Verfahren befestigt wird, kann ausgewechselt werden, indem die
Drähte 2, 2' abgeschnitten werden und das neue Schaltelement an den Ösen 3, 3' mit
oder ohne Löten befestigt wird.
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Es soll nun das Zusammenschalten von Schaltelementen an Hand von Fig.
6 erläutert werden. Es sind Schaltelemente 1, 7, 8 und 9 gezeigt, wie sie auf thermoplastischen
Platten nach einem der oben beschriebenen Verfahren angebracht sind. Weiterhin sind
Zuführungen 10, 11, 12 und 13 gezeigt, welche die Drähte von anderen Schaltelementen
sein können. Verdrahtungen, die aus Bügeln oder Leitern 14, 15, 16 und 17 bestehen,
sind durch die verschiedenen Ösen der Drähte der verschiedenen Schaltelemente und
der Zuführungen durchgezogen, um die gewünschte Schaltung zu bilden. Sie können
mit den Ösen verlötet sein. Wie es in F ig. 8 im Schnitt gezeigt ist, können die
Ösen 3 mit einem durch sie hindurchgezogenen Verbindungsdraht 18 in die thermoplastische
Platte eingebettet werden. Dies erfolgt, wie oben bereits beschrieben, durch Erhitzen
und Hineindrücken der Öse 3 in die thermoplastische Platte 5. Der Sammei- oder Verbindungsdraht
18 kann dabei, braucht jedoch nicht mit der Öse 3 vorher verlötet zu werden. Man
erhält so eine gewissen Zwecken angemessene Schaltverbindung.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Ösen
3 erst gebildet, nachdem die Drähte durch die Befestigungsplatte durchgezogen sind.
Eine derartige Anordnung ist im Schnitt in Fig. 9 gezeigt. Hier wird ein Draht 2
in oben bereits beschriebener Weise durch die thermoplastische Platte 5 hindurchgezogen
und an der unteren Seite mit einer Öse 3 versehen. In diese Öse 3 wird ein Verbindungsdraht
19 eingeführt. Dann wird sie mit oder ohne vorheriges Löten in die Befestigungsplatte
5 zurückgestoßen oder zurückgezogen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Befestigungsanordnung
aus einer einzigen thermoplastischen Platte, wie es bei 20 in den Fig. 10 und 11
gezeigt ist. Die -Platte 20 kann in bekannter Weise auf einer oder auf beiden Seiten
mit Aufschriften versehen werden. Diese können aufgedruckt oder eingraviert werden.
Sie bestehen aus Hinweisen, wie Schaltungseinzelheiten, Bezeichnung von Schaltelementen
und Hinweisen für die Verdrahtung u. dgl. Beide Drahtenden jedes Schaltelementes
werden in dieselbe thermoplastische Platte hineingestoßen oder hineingezogen. Beispielsweise
ist die Schaltung von Fig. 6 dieselbe wie die von Fig. 10, nur sind die beiden Platten
5, 5' und ihre Scheiben 6, 6' durch eine einzige Platte 20 ersetzt. In Fig. 11 ist
gezeigt, wie die Platte 20 mit Aufschriften versehen ist, welche die Schaltelemente
bezeichnen. In Fig. 25 ist es dazu noch gezeigt, wo die einzelnen Schaltelemente
anzubringen sind und wie sie miteinander zu verbinden sind. Das Beschriften der
einzelnen Schaltelemente ist daher hier nicht mehr notwendig. Wo die einzelnen Schaltelemente
anzubringen sind, kann auch in Form von Kerben oder Führungsbohrungen, welche die
Drähte durch die Platte führen, angedeutet werden.
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Zusätzlich oder an Stelle der Aufschriften oder Eingravierungen auf
der Platte 20 kann auch eine gesonderte Platte mit den gewünschten Hinweisen über
der Platte 20 angeordnet werden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 26 gezeigt.
Über der Platte 20 ist eine weitere Platte 31 auf Stützen 32 angeordnet. Auf diese
Platte 31 ist die Schaltung aufgedruckt, und zwar ist jedes einzelne Symbol räumlich
so aufgezeichnet, daß das von ihm bezeichnete Schaltelement unmittelbar hinter ihm
liegt. Das Schaltbild kann auch auf der Platte 31 aufgeklebt sein. Die Platte 31
und das Schaltbild können mit Ausschnitten versehen sein, wo es erwünscht ist, daß
die auf der Platte 20 befestigten Schaltelemente sichtbar und zugänglich sind.
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Eine weitere Ausführung zur Verbindung von elektrischen Schaltelementen
ist in den Fig. 12 bis 15 gezeigt.
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In Fig. 12 ist das Drahtende 4, wie schon beschrieben, in eine Platte
5 aus thermoplastischem Material eingebettet. Dabei ragt ein Stück 22 heraus. Um
dieses
ist, wie in Fig. 13 gezeigt, ein Verbindungsdraht 23 gewunden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, sind die kontaktgebenden Teile der Drähte 22 und 23 mit
einem leitenden Material, wie Kaltlot, umhüllt, was durch einfaches Bestreichen
erreicht werden kann. Es kann auch Farbe oder Emaille benutzt werden. Die Kontaktstelle
kann auch zuerst mit Kaltlot und dann mit Farbe oder Emaille bestrichen werden.
Es bildet sich so eine einzelne oder eine doppelte Hülle 24. Besteht die Hülle aus
leitendem Material, wie Kaltlot, dann verbessert sie die elektrische Verbindung
zwischen dem Draht 23 und dem Teil 22 des Drahtendes 2. Das Bestreichen mit Farbe
oder Emaille verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder Luft in die Verbindung.
Nach dieser oder diesen Einhüllungen wird das Drahtende 4 nun in bereits beschriebener
Weise in die thermoplastische Platte eingepreßt, bis die Verbindung die in Fig.
15 gezeigte Lage einnimmt.
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Wie in Fig. 27 gezeigt, können die Schaltelemente auf beiden Seiten
einer thermoplastischen Platte nach einem der bereits beschriebenen Verfahren befestigt
werden.
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Ein wie in Verbindung mit Fig. 19 oder 20 beschrieben präpariertes
Drahtende eines Schaltelementes kann in die thermoplastische Platte hineingestoßen
oder hineingezogen werden, wie es in Fig. 21 oder 22 gezeigt ist. Der Haken 25 oder
das vorstehende Ende 34 können dann abgeschnitten werden. Um die elektrische Verbindung
zwischen dem Draht des Schaltelementes und einem mit ihm verbundenen Draht zu verbessern,
können die Enden 34 in geeigneter Weise zugerichtet und dann zusammengelötet werden,
wie es in Fig.23 gezeigt ist. Eine Anzahl solcher Verbindungen auf derselben Seite
einer thermoplastischen Platte kann mit einem Flußmittel behandelt und zusammengelötet
werden. Es ist zweckmäßig, nach der Behandlung der Enden 34 mit einem Flußmittel
sie in ein Bad von schmelzflüssigem Lot zu tauchen.
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Obwohl die Prinzipien der Erfindung an Hand von speziellen Ausführungsformen
beschrieben wurden, ist klar, daß dies nur beispielshalber und zur Erläuterung geschah
und daß darin keine Begrenzung des Wesens und der Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
liegen.