DE19747086A1 - Kontaktstift - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift zur Befestigung in Leiterplattenlöchern, mit einer elastisch verformbaren Einpreßzone mit prinzipiell H-förmigem Querschnitt, dessen beide H-Schenkel durch einen Verbindungssteg miteinander verbunden sind und nahe ihrer Enden Kontaktzonen für die Leiterplattenlöcher bilden, wobei der Verbindungssteg dünner als die H-Schenkel und bogenförmig mit einer konvexen und einer konkaven Seite ausgebildet ist.

Von einem solchen Kontaktstift wird heute gefordert, daß er beim Einsetzen in das Leiterplattenloch die metallisierte Oberfläche nicht beschädigt, gleichwohl aber einen federelastischen Sitz gewährleistet, der ihn mit hoher Präzision zentrisch hält und eine gute elektrische Verbindung sicherstellt. Diese Eigenschaften sollen auch dann erhalten bleiben, wenn der Kontaktstift aus dem Leiterplattenloch wieder herausgezogen und erneut eingesetzt wird.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Querschnittsformen für die Einpreßzone bekannt, die sich in zwei Gruppen unterteilen lassen, nämlich solche, die einen symmetrischen Querschnitt und solche, die einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen. Ein symmetrischer Querschnitt meint eine spiegelbildliche Ausbildung zu zwei orthogonalen Achsen. Der Verbindungssteg enthält das Zentrum des die Kontaktzonen verbindenden Umkreises.

Die EP-A 0 209 936 zeigt einen Kontaktstift mit einem symmetrischen H-Querschnitt. Die Elastizität gewinnt dieser Einpreßabschnitt durch die Biegsamkeit der Schenkelteile, da der Verbindungssteg sich beim Einsetzen des Kontaktstiftes in das Leiterplattenloch nicht verformen kann. Beim Einsetzen des Kontaktstiftes werden die Enden der Schenkelarme paarweise aufeinanderzugebogen, und nur, wenn die Schenkel ausreichend dünn sind, bleibt der plastische Verformungsanteil gering. Da die Gesamtquerschnittsfläche durch den Querschnitt des meist quadratischen Ausgangsdrahtes vorgegeben ist, müßte der Verbindungssteg übertrieben dick­ ausgebildet sein. Eine gleichmäßige elastische Verformung aller vier Schenkelarme ist auch bei hochpräziser Fertigung praktisch nicht zu erreichen. Beim Einsetzen des Stiftes in das Leiterplattenloch kommt es daher zu Umfangsverschiebungen der Kontaktzonen im Leiterplattenloch mit der Folge, daß ein konzentrischer Sitz nicht möglich ist.

Die EP-A 0 234 235 zeigt einen Kontaktstift mit im Querschnitt X-förmiger Einpreßzone, die ebenfalls in zwei orthogonalen Richtungen spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Da sich die Schenkelarme im Wesentlichen radial erstrecken, können sie sich beim Einsetzen des Kontaktstiftes in das Leiterplattenloch nicht verbiegen. Die Elastizität versucht man hier durch einen Längsschlitz im Verbindungssteg zu gewinnen, so daß sich beim Einsetzen die beiden V-förmigen Querschnittsteile einander nähern, was zu einer einigermaßen gleich großen Einwärtsverlagerung der Schenkelenden führen kann. Nachteilig ist bei diesem Vorschlag, daß die Verformung beim Einsetzen zum größten Teil bleibend ist; so daß allenfalls eine geringe Federwirkung vorhanden ist.

Zur Gruppe der asymmetrischen Querschnitte in dem Einpreßabschnitt gehören die EP-A 0 059 462, DE-A 32 10 348 und DE-A 38 04 041. Gemeinsam ist diesen Dokumenten, daß der Verbindungssteg zwischen den beiden H-Schenkeln gewinkelt, gewellt oder gebogen ist. Von dieser Gestaltung verspricht man sich - einen konzentrierten Biegebereich in der Mitte des Verbindungssteges, wobei die geprägte Winkelung oder Wölbung sich beim Einsetzen des Kontaktstiftes verstärkt. Da der Verbindungssteg sich ähnlich einer gebogenen Blattfeder verformt, werden günstige Federeigenschaften erreicht. Allerdings wird das Ziel einer Parallelverschiebung der beiden Schenkel unter gegenseitiger Annäherung beim Einsetzen der Einpreßzone in das Leiterplattenloch nicht erreicht, weil aufgrund der Bogenform des Verbindungssteges der Verformungswiderstand auf der konkaven Seite geringer als auf der konvexen Seite ist. Auch hier tritt also der Fehler auf, daß die Kontaktlinien der Schenkel beim Einpressen in Umfangsrichtung derart wandern, daß der Stift seine zentrische Lage im Leiterplattenloch verliert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kontaktstift der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Querschnittsform in der Einpreßzone gewählt wird, die die vorbeschriebenen Nachteile vermeidet, indem das unterschiedliche Biegeverhalten auf der konvexen und der konkaven Seite des Verbindungssteges kompensiert wird.

Diese Aufgabe wird bei dem Kontaktstift der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Abstand der auf der konvexen Seite des Verbindungssteges liegenden Kontaktzonen der H-Schenkel kleiner ist als derjenige zwischen den Kontaktzonen auf der konkaven Seite des Verbindungssteges.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Verwendung eines bogenförmigen Verbindungssteges die bestmöglichen Federeigenschaften erreicht werden, daß sich aber beim Stand der Technik die H-Schenkel aus der ursprünglichen Parallelstellung gegensinnig schräg stellen, wenn der Kontaktstift eingepreßt wird. Die Außenränder der Schenkel liegen dann auf den Schrägseiten eines Trapezes das sich zur konvexen Seite hin erweitert. Dank der erfindungsgemäßen unterschiedlichen Abstandsbemaßung der Kontaktzonen auf der konvexen und der konkaven Seite, liegen die Außenränder der Schenkel in einem Bereich von vorzugsweise 5 Grad bis etwa 10 Grad winkelig zueinander. Beim Einsetzen des Kontaktstiftes bewegen sich die konkavseitigen Schenkelenden stärker aufeinander zu als die konvexseitigen Schenkelenden, so daß die Außenränder der Schenkel wenigstens angenähert in eine Parallelstellung gelangen.

Dabei wird gleichzeitig die Anpreßkraft der konvexseitigen Schenkelenden am Lochumfang erhöht und an diejenige der konkavseitigen Schenkelenden angeglichen, so daß an allen vier Kontaktzonen etwa gleiche Anpreßkräfte herrschen. Der Kontaktstift befindet sich dann in zentrischer Ausrichtung mit dem Leiterplattenloch.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung bilden die Berührungspunkte jeder der vier Kontaktzonen mit dem sie einhüllenden Umkreis vor dem Einsetzen des Kontaktstiftes in das Leiterplattenloch die Eckpunkte eines Trapezes, dessen Schrägseiten einen Winkel im Bereich von etwa 5° und etwa 10°, vorzugsweise von etwa 6° oder 7° miteinander bilden. Die Außenflächen der Schenkel sind wenigstens angenähert eben und verlaufen parallel zu den Schrägseiten des Trapezes. Der erfindungsgemäße Querschnitt in der Einpreßzone ist über deren ganze Länge derselbe.

Ein weiteres vorteilshaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich der Querschnitt jedes Schenkels von jeder seiner beiden Kontaktzonen her - zum Verbindungssteg hin stetig vergrößert. Mindestens die bezüglich des Verbindungssteges konvexseitigen Schenkelabschnitte weisen wenigstens angenähert geradlinige Innenflanken auf, die vom Verbindungssteg nach außen divergieren. Die entsprechenden konkavseitigen Innenflanken der Schenkelabschnitte sind vorzugsweise ebenfalls angenähert geradlinig, genaugenommen jedoch leicht konkav gekrümmt.

Dank dieser Gestaltung erhält jeder der beiden Schenkel des Einpreßzonen- Querschnittes die Form eines Schmetterlingsflügels und damit eine hohe Formstabilität, die eine Verformung beim Einpreßvorgang ausschließt. Die Verformung findet vielmehr ausschließlich im Verbindungssteg statt, dessen Krümmung während des Einpreßvorganges zunimmt. Diese Verformung des Verbindungssteges führt zu einer ungleichen Verlagerung der konvexseitigen und konkavseitigen Schenkelenden, da die Schenkel etwa um die Mitte des Verbindungssteges eine Schwenkbewegung ausführen. Da gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Mittelpunkt des die vier Kontaktzonen umhüllenden Umkreises im Abstand vom Verbindungssteg auf dessen konkaver Seite liegt, verschwenken die bezogen auf den Verbindungssteg konkavseitigen Schenkelenden stark nach innen, so daß die Außenseiten der Schenkel in eine Parallelstellung gelangen. Bezogen auf die zur Symmetrieebene des Einpreßabschnittes rechtwinklig liegende und das Zentrum des Umkreises der Kontaktzonen enthaltenden Bezugsebene ist die größte Höhe des konvexseitigen Schenkelabschnittes jedes Schenkels vorzugsweise im Bereich von mindestens 20% und vorzugsweise im Bereich von 20% und 35% größer als die größte Höhe des konkavseitigen Schenkelabschnittes. Währens des Einpreßvorganges tritt auch eine Nachinnenverlagerung der konvexseitigen Kontaktzonen ein, die jedoch geringer ist, als die Einwärtsbewegung der konkavseitigen Kontaktzonen, so daß sich der Einpreßquerschnitt insgesamt etwas in Richtung der konkavseitigen Hälfte des Leiterplattenloches verlagert, wodurch die Abstände der konvexseitigen Kontaktzonen von dieser mittleren Bezugsebene des Leiterplattenloches verringert und die entsprechenden Abstände der konkavseitigen Kontaktzonen von dieser Bezugsebene vergrößert werden und im Endergebnis die Kontaktzonenabstände von der Bezugsebene einander angeglichen werden. Daraus resultiert die zentrische Lage des Kontaktstiftes nach dem Einpreßvorgang im Leiterplattenloch.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist noch darin zu sehen, daß die zwischen den konvex- und konkavseitigen Übergängen der Schenkel in den Verbindungssteg gemessene Länge des Verbindungssteges kleiner als die zwischen den Schenkelübergängen und der Außenseite jedes Schenkels gemessene größte Breite jedes Schenkel ist und vorzugsweise im Bereich von 70% bis etwa 90% der größten Schenkelbreite liegt. Der Verbindungssteg ist damit bezogen auf die mittlere Schenkelbreite sehr kurz, was zu einem konzentrierten Biegebereich führt. Diesem Ziel trägt auch das weitere Merkmal der Erfindung Rechnung, daß die geringste Dicke des Verbindungssteges in dessen Längsmitte liegt und der Abstand des Verbindungssteges vom Zentrum des Umkreises der vier Kontaktzonen mindestens 60%, vorzugsweise ungefähr 80% dieser minimalen Dicke ausmacht.

Schließlich besteht eine Weiterbildung der Erfindung bei der neuen Form des Einpreßzonenquerschnittes darin, daß die zwischen den Schenkeln gebildete Aussparung auf der konkaven Seite des Verbindungssteges mindestens 50% größer ist, als auf der konvexen Seite und das Verhältnis der beiden Aussparungen vorzugsweise mindestens etwa 1,8 beträgt.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, wird die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine Draufsicht auf den Kontaktstift mit Darstellung der Einpreßzone,

Fig. 2 eine Unteransicht des Kontaktstiftes,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Kontaktstiftes,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Einpreßzone des Kontaktstiftes,

Fig. 5 den Querschnitt gemäß Fig. 4 in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 6 eine Übereinanderdarstellung des mit fetter Umrißlinie dargestellten Einpreß­ zonenquerschnittes vor dem Einsetzen in das Leiterplattenloch und des schraffiert dargestellten Querschnittes nach dem Einsetzen in das Loch.

Der Kontaktstift 10 hat eine geprägte Einpreßzone 12 mit prinzipiell H-förmigem Querschnitt, der zwei Schenkel 14 und einen-diese beiden Schenkel 14 verbindenden Verbindungssteg 16 aufweist. Der Verbindungssteg 16 ist gebogen und weist eine konvexe und eine konkave Seite auf. Auf der konkaven Seite hat der Verbindungssteg 16 eine mittlere Vertiefung 18, die die geringste Dicke des Verbindungssteges 16 definiert.

Mit Bezug auf Fig. 5 ist zu erkennen, daß die beiden Schenkel 14 an den Außenecken ausgeprägte Rundungen aufweisen, die Kontaktzonen beim Einsetzen des Kontaktstiftes in ein Leiterplattenloch bilden. Die ausgeprägten Rundungen der Kontaktzonen verhindern eine Beschädigung der metallisierten Oberfläche des Leiterplattenloches. Die auf der konvexen Seite des Verbindungssteges 16 liegenden Kontaktzonen sind mit 20 und diejenigen auf der konkaven Seite mit 22 bezeichnet. Ein die Kontaktzonen 20, 22 tangierender Umkreis 24 erzeugt mit den Kontaktzonen 20, 22 vier Punkte, die die Ecken eines in Fig. 5 strichpunktiert dargestellten Trapezes 26 bilden. Dabei ist der Abstand der konvexseitigen Kontaktpunkte A, B kleiner als der Abstand der konkavseitigen Kontaktpunkte C, D. Die Schrägseiten des Trapezes 26 bilden einen Winkel a von etwa 7°. Jeder Schenkel 14 weist eine ebene Außenfläche 28, eine ebenfalls ebene - bezogen auf den Verbindungssteg 16 - konvexseitige Flanke 30 und eine leicht konkavgekrümmte konkavseitige Innenflanke 32 auf. Die Außenfläche 28 des Schenkels 14 liegt zur benachbarten Trapezseite parallel, so daß auch die voneinander abgewandten Außenflächen 28 der Schenkel 14 den Winkel a gleich etwa 7° einschließen. Die konvexseitigen Flanken 30 der Schenkel 14 haben einen konkavgerundeten Übergang mit der konvexgewölbten Fläche des Verbindungssteges 16. Der entsprechende Übergang zwischen den Flanken 32 und der konkaven Seite des Verbindungssteges 16 ist nicht so ausgeprägt gerundet. Zwischen diesen beiden Flankenübergängen an der konkaven Seite- des Verbindungsstege 16 befindet sich die Vertiefung 18, die die geringste Dicke des Verbindungssteges 16 markiert.

Bezogen auf den Radius R des Umkreises 24 liegt das Zentrum des Umkreises 24 auf der konkaven Seite des Verbindungssteges 16 im Abstand x gleich 0,13 R. Zwischen der Mitte des Verbindungssteges 16 und diesem Zentrum des Umkreises 24 herrscht ein Abstand y gleich 0,2 R. Die kleinste Dicke z des Verbindungssteges 16 im Bereich der Symmetrieebene der Einpreßzone beträgt 0,15 R.

Die zwischen den Übergängen der Innenflanken der Schenkel 14 und dem Verbindungssteg 16 gemessene Länge l des Verbindungssteges 16 beträgt etwa 0,45 R und ist daher kleiner als die zwischen den Schenkelübergängen und der Außenseite jedes Schenkels 14 gemessene größte Breite jedes Schenkels 14. Diese Länge l des Verbindungssteges 16 im Verhältnis zur größten Breite der Schenkel 14 beträgt etwa 80%.

Die konkavseitigen Innenflanken 32 der Schenkel 14 sind erheblich länger als die konvexseitigen Flanken 30. Der Verbindungssteg 16 liegt daher außermittig und hat vom Zentrum des Umkreises 24 den schon beschriebenen Abstand x. Dank dieser Gestaltung haben die Kontaktzonen C, D vom Zentrum des Verbindungssteges ein erheblich größeren Abstand als die Kontaktzonen A, B. Da das Zentrum des Verbindungssteges 16 auch das Biegezentrum der Schenkel 14 ist, bewegen sich die Kontaktzonen C, D beim Einsetzen des Kontaktstiftes in ein Leiterplattenloch aufeinander zu. Aufgrund der Bogenform des Verbindungssteges 16 ist der Verformungswiderstand des konvexseitigen Bereiches der Einpreßzone größer als auf der konkaven Seite des Verbindungssteges und da auch der Hebelarm beim Verschwenken der konvexseitigen Kontaktzonen A, B kleiner ist als derjenige der konkavseitigen Kontaktzonen C, D ist die Tendenz der Auswärtsschwenkung der Kontaktzonen A, B nur gering. Die Verformung des Verbindungssteges 16 beim Einsetzen des Kontaktstiftes führt aber zur Abstandsreduzierung der konvexseitigen Kontaktzonen A, B, womit gleichzeitig eine Verlagerung des gesamten Querschnittes in Richtung der konkavseitigen Hälfte des Leiterplattenloches stattfindet.

In Fig. 6 ist die Verformung des Querschnittes der Einpreßzone veranschaulicht. Die ursprüngliche Form des Querschnittes vor dem Einpreßvorgang ist mit fett ausgezogener Linie 32 dargestellt. Diese entspricht dem Querschnitt gemäß Fig. 5. Das Einpreßloch ist strichpunktiert dargestellt und mit 34 bezeichnet. Beim Einsetzen des Kontaktstiftes verschwenken die Kontaktzonen C und D nach C' bzw. D' und die konvexseitigen Kontaktzonen A, B nach A' bzw. B'. Aufgrund der zunehmenden Wölbung des Verbindungssteges 16 in die Stellung 16' verringert sich der Abstand der Kontaktzonen A, B. Gleichzeitig wandern die Kontaktzonen in Richtung der konkavseitigen Hälfte des Leiterplattenloches 34, also in Fig. 6 nach unten, so daß die in Fig. 6 oberhalb der axialen Lochebene 36 liegenden Schenkelabschnitte in ihrer Höhe verringert und diejenigen unterhalb der Lochebene 36 liegenden Schenkelabschnitte in der Höhe vergrößert und damit einander weitestgehend angeglichen werden, so daß alle vier Kontaktzonen A', B', C', D' von dieser Lochmittelebene 36 und zu der dazu rechtwinklig liegenden Symmetrieebene 38 jeweils denselben Abstand aufweisen. Die Folge ist eine exakte zentrische Lage des Kontaktstiftes im Leiterplattenloch 34.

Zwischen den beiden Schenkeln 14 werden auf der konvexen Seite des Verbindungssteges 16 und dessen konkaver Seite jeweils eine Aussparung gebildet, wobei diejenige auf der konkaven Seite mindestens 50% größer ist als die Aussparung auf der konvexen Seite. Im Ausführungsbeispiel ist die Fläche der Aussparung auf der konkaven Seite um 80% größer als diejenige auf der konvexen Seite des Verbindungssteges 16.

Claims (11)

1. Kontaktstift zur Befestigung in Leiterplattenlöchern (34), mit einer elastisch verformbaren Einpreßzone mit prinzipiell H-förmigem Querschnitt, dessen beide H- Schenkel gerundete Außenecken aufweisen und durch einen Verbindungssteg (16) miteinander verbunden sind und nahe ihrer Enden Kontaktzonen (A, B, C, D) für das Leiterplattenloch (34) bilden, wobei der Verbindungssteg (16) dünner als die H-Schenkel (14) und bogenförmig mit einer konvexen und einer konkaven Seite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der auf der konvexen Seite des Verbindungssteges (16) liegenden Kontaktzonen (A, B) der H-Schenkel (14) kleiner ist als derjenige zwischen den Kontaktzonen (C, D) auf der konkaven Seite des Verbindungssteges (16).

2. Kontaktstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umkreis (24) der vier Kontaktzonen (A, B, C, D) mit diesen Schnittpunkte definiert, die vor dem Einsetzen des Kontaktstiftes (10) in das Leiterplattenloch (34) die Eckpunkte eines Trapezes bilden, dessen Schrägseiten einen Winkel (a) im Bereich von etwa 5° und etwa 10° miteinander bilden.

3. Kontaktstift nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen (28) der Schenkel (14) wenigstens angenähert eben sind und einen Winkel (a) im Bereich von etwa 5° und etwa 10° miteinander bilden.

4. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite jedes Schenkels (14) von jeder seiner beiden Kontaktzonen (A, D und B, C) her zum Verbindungssteg (16) hin stetig vergrößert.

5. Kontaktstift nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die bezüglich des Verbindungssteges (16) konvexseitigen Schenkelabschnitte wenigstens angenähert geradlinige Innenflanken (30) aufweisen, die vom Verbindungssteg (16) nach außen divergieren.

6. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den gerundeten Übergängen der Schenkel (14) zum Verbindungssteg (16) auf dessen beiden Seiten gemessene Länge (1) des Verbindungssteges (16) kleiner als die zwischen den Schenkelübergängen und der Außenfläche (28) jedes Schenkels (14) gemessene größte Breite jedes Schenkels ist und vorzugsweise im Bereich von 70% bis etwa 90% der größten Schenkelbreite liegt.

7. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des die-Vier Kontaktzonen (A, B, C, D) umhüllenden Umkreises (24) im Abstand vom Verbindungssteg (16) auf dessen konkaver Seite liegt.

8. Kontaktstift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Verbindungssteges (16) vom Mittelpunkt des Umkreises im Bereich von 5% bis 20% des Radius' des Umkreises liegt und wenigstens angenähert 12% beträgt.

9. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geringste Dicke des Verbindungssteges (16) in dessen Längsmitte liegt und durch eine Vertiefung (18) auf der konkaven Seite des Verbindungssteges (16) gebildet ist und daß der Abstand des Verbindungssteges (16) vom Zentrum des Umkreises (24) mindestens 60% vorzugsweise ungefähr 80% dieser minimalen Dicke ausmacht.

10. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von dem zwischen den Schenkeln gebildeten Aussparungen diejenige auf der konkaven Seite des Verbindungssteges (16) mindestens 50% größer ist als diejenige auf der konvexen Seite und daß das Verhältnis der beiden Aussparungen vorzugsweise mindestens etwa 1,8 beträgt.

11. Kontaktstift nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die zur Symmetrieebene (38) des Einpreßabschnittes (12) rechtwinklig liegende, das Zentrum des Umkreises (24) enthalte den Bezugsebene (36) die größte Höhe der konvexseitigen Schenkelabschnitte im Bereich von 20% bis 35% größer ist als die größte Höhe der konkavseitigen Schenkelabschnitte.