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Die Erfindung betrifft einen Einpresskörper zum lötfreien Verbinden mindestens eines elektrischen Leiters eines stromführenden Bauteils unter Einpressen in eine Ausnehmung eines Bauteilträgers, wobei der Einpresskörper mindestens aus einem Einspurabschnitt, einem Klemmabschnitt und einem Anschlussabschnitt besteht.
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Um an Leiterplatten oder Platinen externe Geräte anzuschließen, zum Beispiel ein HDD-Laufwerk an einer Mutterplatine eines Computers, werden auf der Leiterplatte z. B. Buchsen-, Stift – oder Steckerleisten aufgelötet, in die dann die entsprechenden Gerätestecker der externen Geräte zur Herstellung einer elektrischen Verbindung eingesteckt werden.
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Anstelle dieser Steckertechnik lässt sich die Einpresstechnik verwenden. Bei Letzterer wird auf Buchsen und Stecker verzichtet. Die Buchse auf der Platine ersetzt eine Gruppe von Leiterplattenbohrungen, deren Bohrungswandungen mit einer Metallbeschichtung leitfähig gemacht wurden. Anstelle des Steckers, der üblicherweise in die Buchse gesteckt wird, wird vom Stecker nur der Einpressstift – oder eine Gruppe von Einpressstiften – benutzt. Jeder Einpressstift wird zur Herstellung eines Einzelkontaktes in eine metallisierte Leiterplattenbohrung verliersicher eingesteckt.
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Aus der
DE 10 2015 200 491 A1 ist ein Einpressstift zum lötfreien Verbinden mindestens eines elektrischen Leiters eines stromführenden Bauteils mit einem Schaltungsträger bekannt. Der Einpressstift ist ein aus einem zylindrischen Draht durch Umformen gefertigtes Bauteil. Der Bereich des Einpressstifts, der in der aufnehmenden Bohrung des Schaltungsträgers zur Anlage kommt, ist durch ein tiefziehendes Umformen bereichsweise im Durchmesser aufgeweitet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, einen Einpresskörper zu entwickeln, der trotz geringem Materialaufwand eine sichere und dauerhafte elektrische Verbindung gegenüber dem Bauteil gewährleistet, in das er zur elektrischen Kontaktierung eingesteckt wird.
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Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Dabei ist das Ausgangsprodukt des Einpresskörpers ein ausgeschnittener bzw. ausgestanzter Blechkörper.
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Zumindest der Klemmabschnitt hat die Form einer längsgeschlitzten rohrförmigen Hülse. Die außenliegenden Wandungen der einander gegenüberliegenden flügelartigen Randbereiche des Klemmabschnitts haben eine Krümmung, deren Radien um mindestens 20 Prozent kleiner sind als der Durchschnittsradius, der zwischen den flügelartigen Randbereichen gelegenen Bereiche.
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Der vorliegende Einpresskörper wird kraftschlüssig in die metallisierte Bohrung einer Leiterplatte eingepresst. Zum toleranzarmen Einführen oder Einfädeln in die Bohrung benötigt er einen z. B. spitz zulaufenden Einspurabschnitt. Zum Halten in der Bohrung hat er einen Klemmabschnitt.
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Der Klemmabschnitt stellt im Wesentlichen einen elastischen, geschlitzten Zylindermantel dar, dessen Wandstärke überwiegend der Blechdicke des bei der Fertigung des Einpresskörpers und seiner Vorstufen haltenden Stanzstreifens entspricht. Die Außenwandung des dünnwandigen Zylindermantels liegt dabei elastisch angeschmiegt großflächig an mehreren Stellen der Bohrungswandung an. Hierbei variiert der Krümmungsradius des Zylindermantels entlang des Umfangs.
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In den Ausführungsbeispielen verläuft der Schlitz des Zylindermantels – auch als Hülsenschlitz bezeichenbar – nur beispielhaft parallel zur Mittellinie des Einpresskörpers sowie über die gesamte Länge von dessen Einspur- und Klemmabschnitt. Alternativ kann er z. B. die Form einer Schraubenlinie haben, deren Steigung ggf. im Bereich von 75 bis 89 Winkelgrade liegt. Es ist auch denkbar, die Randkanten des Hülsenschlitzes unstetig zu gestalten. So kann der Schlitz z. B. winkelförmig geformt sein. In diesem Fall hat der Hülsenschlitz einen Verlauf, der vergleichbar mit dem Verlauf einer Zahnlücke einer Pfeilverzahnung ist. Als Hülsenschlitz ist ferner ein in den Hülsenumfang eingearbeiteter zinnenförmig verlaufender Spalt denkbar, dessen primäre Ausdehnung z. B. parallel zur Mittellinie des Einpresskörpers orientiert ist.
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Werden über den einzelnen Einpresskörper nur sehr geringe elektrische Ströme übertragen, so muss die Wandung der Platinenbohrung nicht zwingend metallisiert sein. Gegebenenfalls reicht es aus, wenn eine Leiterbahn, mit der der Einpresskörper in Kontakt kommen soll, nur den Rand der Platinenbohrung umgibt oder Letztere nur teilweise durchkontaktiert ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1: Perspektivische Ansicht dreier Einpresskörper am Stanzstreifen;
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2: wie 1, jedoch um 180 Winkelgrade gewendet;
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3: Draufsicht zu Gegenstand von 1;
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4: Vorderansicht zu 3;
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5: Seitenansicht zu 3;
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6: Querschnitt durch den Klemmabschnitt mit gebogenen Flügelrandbereichen;
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7: Querschnitt durch den Klemmabschnitt mit schwach verjüngten Flügelrandbereichen;
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8: Querschnitt durch den Klemmabschnitt mit stark verjüngten Flügelrandbereichen;
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9: Draufsicht auf die zusammenhängenden Einspur-Klemm- und Anschlussabschnitte;
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10: Vorderansicht des Einspurabschnitts mit schwach verjüngten Flügelrandbereichen;
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11: Vorderansicht des Einspurabschnitts mit stark verjüngten Flügelrandbereichen.
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Die 1 und 2 zeigen einen zum Beispiel aus einem Buntmetall gefertigten kurzen Abschnitt eines Stanzstreifens (1) mit drei Einpresskörpern (10). Auf der Höhe eines jeden Einpresskörpers (10) zeigt der Transportstreifen (3) des Stanzstreifens (1) je eine Bohrung (4) einer Transportlochung.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Werkstoff des Stanzstreifens (1) eine Kupfer-Zinn-Legierung, die zu einem 0,2 mm dicken Streifen ausgewalzt ist. Die für eine hohe Leitfähigkeit geeignete Zinn-Bronze hat einen Zinnanteil von ca. 8%. Demnach hat der Werkstoff neben einer hohen Festigkeit und guten Gleiteigenschaften eine gute Kaltumformbarkeit und sehr gute Federeigenschaften. Zudem lässt sich das sehr korrosionsbeständige Material gut löten. Gegebenenfalls ist der Stanzstreifen (1) zusätzlich mit einer 1,3–2,2 μm dicken Nickelschicht veredelt, auf die eine 0,2–0,4 μm dicke Zinnschicht galvanisch aufgetragen wird.
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Am Transportstreifen (3) sind zum Beispiel im Abstand von 2,2 mm jeweils einzelne Einpresskörper (10) über einen Anschlussabschnitt (80) angeformt. Hier haben die Anschlussabschnitte (80) die Form einer schmalen Platte, die bei einer Länge von z. B. 2 mm eine Breite von 0,8 mm aufweist.
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Nach 9 schließt sich an den Anschlussabschnitt (80) im noch nicht umgeformten Zustand die Kombination aus Klemmabschnitt (30) und Einspurabschnitt (20) in Form von flachen Abwicklungen (38) und (28) nahtlos an. Die Kombination aus Klemmabschnitt (30) und Einspurabschnitt (20) wird in einer Vielzahl von Schritten in einer Umformvorrichtung in einen angespitzten, längsgeschlitzten, hülsenförmigen Einpresskörper (10) umgewandelt, vgl. 1–5. Der Klemmabschnitt (30) ist dabei genau der Abschnitt des Einpresskörpers (10), der nach der Montage in der metallisierten Bohrung der Platine elastisch federnd sitzt.
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In den 6–8 sind mehrere Klemmabschnitte (30) im Querschnitt dargestellt. Alle haben im entspannten Zustand, in diesem Zustand ist der jeweilige Einpresskörper (10) nicht in eine durchkontaktierte Bohrung der die Einpresskörper (10) tragenden Leiterplatte eingepresst, einen Außendurchmesser, der im Mittelwert zum Beispiel 1,14 mm misst, vgl. doppelter Durchschnittsradius (53). Nach 8 teilt sich der Klemmabschnitt (30) des Einpresskörpers (10) in fünf Bereiche auf. Ein erster Bereich ist der Kernbereich (43). Er befindet sich direkt in der Verlängerung des Anschlussabschnitts (80). Rechts und links neben dem Kernbereich (43) befinden sich die biegeelastischen Klemmflügel (41, 42), vgl. 6.
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Jeder Klemmflügel (41, 42) besteht aus einem sich an den Kernbereich (43) anschließenden Flügelmittenbereich (51, 52). An Letztere schließen sich die Flügelrandbereiche (61, 62) an, die jeweils das freie Ende des einzelnen Klemmflügels (41, 42) bilden. Nach 8 erstrecken sich der Kernbereich (43) und die Flügelmittenbereiche (51, 52) auf 180 Winkelgrade des Klemmabschnittumfangs. Beim Einstecken des Einpresskörpers (10) in eine entsprechende metallisierte Bohrung einer Platine verkleinert der Klemmabschnitt (30) elastisch seinen Durchmesser um 14 ± 4 Prozent. Hierbei biegen sich die Klemmflügel (41, 42) – unter einem zumindest bereichsweisen Verformen ihrer Wandung – nach innen. Den größten Teil der elastischen Verformung übernehmen die Flügelmittenbereiche (51, 52) und die Flügelrandbereiche (61, 62). Der Kernbereich (43) wird verstärkt im Übergangsbereich zu den Flügelmittenbereichen (51, 52) hin verformt.
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Die Flügelrandbereiche (61, 62) nach 8 erstrecken sich am Umfang über einen Winkel von 42,5 Winkelgraden. Dies gilt für einen Öffnungswinkel (79) des Klemmabschnitts (30) von z. B. 95 Winkelgraden. Dabei verringert sich die Wandstärke der Flügelrandbereiche stetig in Richtung des jeweiligen freien Endes eines jeden Klemmflügels (41, 42). Im Ausführungsbeispiel reduziert sich die Wandstärke auf 1/3 derjenigen Wandstärke, die im Flügelmittenbereich (51, 52) messbar ist. Auf diese Weise sinkt die Federrate der Flügelrandbereiche (61, 62) auf einen Wert, der kleiner ist als die halbe Federrate in den Flügelmittenbereichen (51, 52). Zudem ist in den Flügelrandbereichen (61, 62) der Krümmungsradius der Außenwandung um 36 ± 6 Prozent kleiner als der durchschnittliche halbe Außendurchmesser (53) der Flügelmittenbereiche (51, 52).
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Durch die verstärkte Krümmung der Flügelrandbereiche (61, 62) kommen die äußeren Flügelrandkanten (67, 68) nicht mit der metallisierten Bohrung der Platine in Kontakt. In Kombination mit der verringerten Federrate der Flügelrandbereiche (61, 62) – also der weicheren, weniger formsteifen Flügelrandbereiche – bedingt das eine besonders materialschonende federnde Anlage der Flügelrandbereiche (61, 62) an die Wandung der metallisierten Bohrung. Beim Einpressen in diese metallisierte Bohrung wird die Durchkontaktierung der Bohrung nicht beschädigt.
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Die verjüngten Flügelrandbereiche (61, 62) werden beispielsweise vor dem Ausstanzen der Abwicklungen (28) und (38), vgl. 9, erzeugt. Dazu wird in einem vorherigen Schritt das Material der Flügelrandbereiche mithilfe eines Stempels zur Seite hin – in z. B. vorher ausgestanzte Zwischenräume – verdrängt. Hierbei ergeben sich nach dem Ausstanzen der Abwicklungen (28) und (38) die in den 10 und 11 dargestellten Abflachungen (71, 72). Beim Biegen der Abwicklung (38) zu einer Hülse werden dann die in den 10 und 11 dargestellten Unterseiten der Abflachungen (38) zu der Außenwandung (31) des Klemmabschnitts (30). Die Abflachungen (71, 72) werden zu einem Teilbereich der Innenwandung (32) des Klemmabschnitts (30).
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Selbstverständlich können die in den 10 und 11 dargestellten ebenen Abflachungen (71, 72) jeweils auch eine gekrümmte Oberfläche haben. Im Bereich der Abflachungen (71, 72) befinden sich an den Abwicklungen (28) und (38) zusammen z. B. sechs bauteilabrundende Radien (18) zur Vermeidung scharfer Kanten am fertigen Einpresskörper (10). Die Radien (18) messen hier 150 ± 25 Prozent der Blechstärke (11).
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Nach Abschluss derjenigen Biegeschritte, die aus der Abwicklung (38) den fertigen Klemmabschnitt (30) geformt haben, hat der Klemmabschnitt (30) einen Längsschnitt (75), dessen z. B. nahezu konstante Breite im Ausführungsbeispiel 54 ± 4 Prozent des doppelten Durchschnittsradius (53) entspricht.
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Während des Biegens der Hülse (30) wird deren Kernbereich (43) gegenüber dem Anschlussabschnitt (80) zum Beispiel um die halbe Wandstärke des Blechkörpers (2) nach unten versetzt. Dadurch rückt die Oberseite des Anschlussabschnitts (80) näher an die Mittellinie (19) des Klemmabschnitts (30) heran, vgl. 6–8.
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Nach 7 nehmen der Kernbereich (43) und die beiden Flügelmittenbereiche (51, 52) zusammen z. B. 210 Winkelgrade des Hülsenumfangs ein. Auf die Flügelrandbereiche (61, 62) entfallen hier nur 27,5 Winkelgrade. Der Radius der Außenwandung in den Flügelrandbereichen (61, 62) verkleinert sich auf ein Maß, das 56 ± 6 Prozent kleiner ist, als der durchschnittliche Außenradius (53). Die hierzu passende Abflachung (71) ist in 10 dargestellt.
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Zur Fertigung des Querschnitts des Klemmabschnitts (30), nach 6, wird eine Abwicklung (38) benutzt, die im Flügelrandbereich (61, 62) keine Abflachung aufweist. Hier wird der Flügelrandbereich (61, 62) so nach innen gebogen, dass der Radius (63) der Außenwandung (31) zum Beispiel 65 ± 6 Prozent kleiner ist, als der durchschnittliche halbe Außendurchmesser (53). Der Radius der Innenwandung (32) ist um die Blechstärke (11) verringert. Jeder Flügelrandbereich (61, 62) hat somit die Form eines Teils eines Zylindermantels, dessen Mittellinie zum einen parallel zur Mittellinie (19) verläuft und zum anderen von der Innenwandung (32) weniger weit entfernt liegt, als die Blechstärke (11).
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Vor dem Klemmabschnitt (30) weist der Einpresskörper (10) den Einspurabschnitt (20) auf. Letzterer schließt sich nahtlos – nur über eine Knickkante (22) – an den Klemmabschnitt (30) an. Die Knickkante (22) ist im Ausführungsbeispiel abgerundet. Sie hat z. B. einen Radius von 250 ± 50 Prozent der Blechstärke (11). Der Einspurabschnitt (20) ist ein zum Beispiel längsgeschlitzter Kegelmantel, dessen Wandstärke der Blechstärke (11) entspricht. Seine kegelstumpfmantelförmige Außenwandung gehört zu einem geraden Kegel, dessen Kegelwinkel z. B. 43 ± 5 Winkelgrade misst. Die Mittellinie des Einspurabschnitts (20) ist deckungsgleich mit der Mittellinie (19). Der Einspurabschnitt (20) hat eine abgeflachte Spitze (25), die zudem vorn angefast ist. Der Durchmesser der Vorderkante der Anfasung (26) misst im Ausführungsbeispiel 0,4 mm. Die Anfasung (26) selbst hat einen Kegelwinkel von 70 ± 2 Winkelgraden.
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Der Längsschlitz (76) des Einspurabschnitts (20) verbreitert sich ausgehend von der Spitze (25) hin zum Klemmabschnitt (30). Der Öffnungswinkel des Längsschlitzes (76) misst hier 32 ± 2 Winkelgrade. An der Vorderkante der Spitze (25) beträgt die Spaltbreite z. B. 0,14 mm.
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Durch die gleichzeitige oder fast gleichzeitige Kaltumformung des Klemmabschnitts (30) und des Einspurabschnitts (20) entsteht im Übergangsbereich zwischen diesen beiden Abschnitten (20, 30) eine für das Bauteil überdurchschnittliche Materialumformung. Dies bewirkt im Bereich der Knickkante (22) eine gegenüber dem Klemmabschnitt (30) erhöhte Formsteifigkeit. In der Folge ist der für das Einpressen erforderliche Kraftaufwand beim Hindurchdrücken des Einspurabschnittes (20) durch die metallisierte Bohrung der Platine größer als nach dem Passieren des Einspurabschnittes. Der Klemmabschnitt (30) hat eine niedrigere Federrate als der Übergangsbereich kurz vor und hinter der Knickkante (22).
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In der Regel ist die endgültige Lage des z. B. mehrfach verwendbaren Einpresskörpers (10) in der metallisierten Bohrung dann erreicht, wenn die Mitte des Klemmabschnitts (30) in der Mitte der metallisierten Bohrung zur Ruhe kommt. Da in dieser Einbausituation die Federrate des Klemmabschnitts (30) kleiner ist, als die im Bereich der Knickkante (22), ergibt sich für den Einpresskörper (10) eine selbststabilisierende Fixiersituation. Für den Einpresskörper (10) nimmt somit der Ausziehwiderstand umso mehr zu, je näher die Knickkante (22) an den knickkantennahen Rand der metallisierten Bohrung herankommt.
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Erst beim Endverbraucher werden die Einpresskörper (10) vom Transportstreifen (3) an der Übergangsstelle zwischen dem Anschlussabschnitt (80) und dem Transportstreifen (3) getrennt. Am so entstandenen freien Ende des Anschlussabschnitts (80) wird dann als elektrischer Leiter ein Draht oder eine Litze angelötet, angeschweißt oder in sonstiger Weise form-, kraft- oder stoffschlüssig befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stanzstreifen
- 2
- Blechkörper
- 3
- Transportstreifen
- 4
- Transportlochung
- 9
- Einpressrichtung, Längsausdehnung Richtung der Längsausdehnung
- 10
- Einpresskörper, hülsenförmig
- 11
- Wandstärke, Blechstärke
- 18
- Radien von (28) und (38)
- 19
- Mittellinie
- 20
- Einspurabschnitt
- 21
- Außenwandung, kegelstumpfmantelförmig
- 22
- Knickkante
- 25
- Spitze
- 26
- Anfasung, Fase
- 28
- Abwicklung von (20)
- 30
- Klemmabschnitt, Hülse geschlitzt
- 31
- Außenwandung, Wandung, außenliegend
- 32
- Innenwandung, Wandung, innenliegend
- 38
- Abwicklung von (30)
- 39
- Biegelinien; neutrale Faser
- 41, 42
- Klemmflügel, elastisch; zwei
- 43
- Kernbereich
- 51, 52
- Flügelmittenbereich
- 53
- Durchschnittsradius, halber Außendurchmesser (Mittelwert)
- 61, 62
- Flügelrandbereich; Randbereich, flügelartig
- 63
- Radius, sehr klein
- 64
- Radius, klein
- 65
- Radius, groß
- 67, 68
- Flügelrandkanten, außen
- 71
- Abflachung, kurz
- 72
- Abflachung, lang
- 73
- Kante von (71)
- 74
- Kante von (73)
- 75
- Längsschlitz von (30), Hülsenschlitz, Spalt
- 76
- Längsschlitz von (20)
- 79
- Öffnungswinkel
- 80
- Anschlussabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015200491 A1 [0004]
