DE2407282B2 - Verfahren und Vorrichtung zum maschinellen Einsetzen von leitenden Stiften in Schaltungsplatten - Google Patents

Description

Aus der US-PS 3667103 ist ein Verfahren nach Gattungsbegriff bekannt, mit dem sich verhältnismäßig kurze Stifte in die vorgefertigten Bohrungen von Schaltungr.platten einsetzen lassen. Dabei wird eine genügende Anzahl dieser Stifte unmittelbar auf die Setzplatte aufgeschüttet, die mit den Bohrungen der darunterliegenden Schaltungsplatte korrespondierende Bohrungen eines geringfügig größeren Durchmessers aufweist. Sodann wird die Setzplatte zusammen mit der Schaltungsplatte in Vibration versetzt, wodurch jeweils ein Stift in eine Bohrung der Setz-

j5 platte findet, in der er eine vertikale Stellung einnimmt. Anschließend werden die betreffenden Stifte in die Schaltungsplatte eingedrückt.

Dieses Verfahren arbeitet jedoch nur bei Stiften bis zu einer maximalen Länge von etwa 9,5 mm zu-

w friedenstellend. Längere Stifte vermögen sich häufig nicht entsprechend weit aufzurichten, um in die, wenngleich angefasten Bohrungen der Setzplatte einzutreten.

Aus diesem Grunde war das Einsetzen längerer Stifte in Schaltungsplatten stets ein schwieriges Problem. Das Einsetzen der Stifte von Hand ist außerordentlich zeitraubend und teuer. Auch für das Einsetzen längerer Stifte bislang vorgeschlagene Maschinen konnten nicht befriedigen. Bei einer Art dieser Maschinen werden die betreffenden Schaltungsplatten unter einen Setzkopf gebracht, der jeweils nur einen einzigen Stift einsetzt, so daß der gesamte Einsetzvorgang viel Zeit in Anspruch nimmt. Eine andere Art, mit der sich gleichzeitig mehrere Stifte einsetzen Iassen, ist außerordentlich kostspielig und überdies für die Bestückung von Schaltungsplatten nicht geeignet. So zeigen etwa die US-PS 3241222 und 3276854 Vorrichtungen zum Einsetzen von Stiften in die Gehäuse von Transistoren.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit sich auch verhältnismäßig lange Stifte in die Bohrungen von Schaltungsplatten, wie etwa sog. gedruckte Schaltungen, rasch, zuverlässig und rationell einführen lassen.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 bzw. 7 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Aus der voreenannten US-PS 3241222 ist zwar

auch bereits eine Aufeinanderfolge von mehreren mit Bohrungen für die Aufnahme der Stifte versehenen Platten bekannt, wobei die Bohrungen 2. T. einen erheblich größeren Durchmesser als die Stifte aufweisen und die Platten gleichfalls in Vibration versetzbar sind. Hier allerdings müssen von vornherein Bündel der betreffenden Stifte in die Bohrungen zweier übereinanderliegender oberer Platten eingeführt werden, die zudem noch gegeneinander verschiebbar sind, um diese Bündel aufeinanderfolgend in verschiedene Schräglagen zu bringen. Ein einfaches, rationelles Einführen einer Vielzahl von Stiften ist damit nicht möglich. Hinzukommt, daß die Bohrungen der verschiedenen Platten sämtlich miteinander korrespondieren, so daß die Bohrungen großen Durchmessers den Mindestabstand der Stifte bestimmen. Nach vorliegender Erfindung können dagegen jeder Bohrung der Leitplatte durchaus mehrere Bohrungen der Setzplatte zugeordnet sein, weshalb diese letzteren dicht beieinanderliegen können.

Die Ansprüche 2 bis 6 sowie 8 und 9 geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der betreffenden Vorrichtung an, wie sie auch aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren hervorgehen. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der betreffenden Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen stark vergrößerten Ausschnitt einer Draufsicht auf die betreffende Vorrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 einen etwas verkleinerten Schnitt entsprechend der Linie 4-4 in Fig. 2, womit eine erste Phase in der Arbeitsweise der betreffenden Vorrichtung gezeigt ist,

Fig. 5 einen ebensolchen Schnitt, womit eine zweite Phase gezeigt ist,

Fig. 6 einen ebensolchen Schnitt, der eine dritte Phase zeigt,

Fig. 7 einen ebensolchen Schnitt, womit eine vierte Phase dargestellt ist, und

Fig. 8 einen entsprechenden Schnitt, der lediglich noch die betreffende Schaltungsplatte mit den eingesetzten Stiften zeigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die betreffende Vorrichtung dienen zum Einsetzen von leitenden Stiften, wie z. B. den gezeigten Stiften 10, in elektrische Schaltungsplatten, wie beispielsweise eine gedruckte Schaltung 12, von der ein Teil in den Fig. 3 bis 8 gezeigt ist. Diese Schaltung 12 enthält in bekannter Weise eine Trägerplatte aus Isoliermaterial. Zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit den leitenden Teilen der Schaltung sind in die Platte an den gewünschten Stellen Bohrungen 14 eingebracht, in welche die Stifte 10 mit Preßsitz eingedrückt werden. Im dargestellten Beispiel besitzen die Bohrungen 14 einen kreisförmigen Querschnitt, während die Stifte 10 jedoch einen quadratischen Querschnitt haben. Die Diagonale des Stiftquerschnitts ist dabei größer als der Bohrungsdurchmesser, wodurch beim Eindrücken der Stifte der erwähnte Preßsitz entsteht.

Es versteht sich, daß der Querschnitt der Stifte auch viele andere Formen haben kann, beispielsweise die Form eines Kreises, eines Sterns oder eine andere Form. In ähnlicher Weise braucht das Gebilde, in welches die Stifte eingesetzt werden, nicht eine gedruckte Schaltung zu sein; es kann sich auch um ein Gehäuse, ein Gestell, eine Grundplatte oder ein anderes Gebilde handeln.

Bei der Erfindung wird eine Plattenanordnung verwendet, die mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet ist. Sie enthält eine Gegenplatte 1Ö und eine Setzplatte

20, die unterhalb bzw. oberhalb der gedruckten Schaltung 12 angeordnet sind, sowie eine über der Setzplatte 20 angeordnete Leitplatte 22. Eine mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnete Vibrationseinrichtung dient dazu, die Plattenanordnung 16 in Vibration zu

w versetzen, nachdem eine Anzahl von Stiften 10 aufgelegt wurde. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein einziger Vibrationsvorgang genügt, um einen Stift 10 so über jede der Bohrungen 14 zu bringen, daß er sich in der richtigen Stellung für das Eindrücken befindet.

Fig. 1 zeigt die Vibrationseinrichtung 24 in schematischer Darstellung. Sie ist von bekannter Art und enthält ein Gehäuse 26 mit Füßen 28 und Stehbolzen 30, welche unter Zwischenschaltung von Blattfedern 34 einen Vibrationstisch 32 tragen. Unterhalb des Tisches befindet sich ein Vibrationsmagnet 36, welcher auf der mit den Stehbolzen 30 verbundenen Platte 38 befestigt ist. Die Unterseite des Tisches 32 trägt einen Anker 40. Wird der Vibrationsmagnet 36

2> mit Wechselstrom gespeist, so vibriert der Tisch in vertikaler Richtung.

Die Einzelheiten der Plattenanordnung 16 sind aus Fig. 2 und 3 ersichtlich. Das in Fig. 2 gezeigte Teilstück der Platten ist dazu bestimmt, sieben der Stifte

jo 10 über die sieben in einer geraden Linie angeordneten Bohrungen 14 der gedruckten Schaltung zu bringen. Jede Anzahl von Bohrungen 14 kann in jeder gewünschten Stellung zueinander vorgesehen sein. Darüber hinaus können - je nach der Größe der ge-

j> druckten Schaltung 12 - zwei oder mehr gedruckte Schaltungen in der Plattenanordnung 16 vorgesehen sein.

Wie oben erwähnt, enthält die Plattenanordnung 16 drei Platten: Die Gegenplatte 18, die Setzplatte

4(i 20 und die Leitplatte 22. Während der Vibrationszuführung der Stifte trägt die Gegenplatte 18 die gedruckte Schaltung 12. Um das spätere Einpressen der Stifte in, und teilweise durch die gedruckte Schaltung hindurch zu ermöglichen, enthält die Gegenplatte 18

4-) Bohrungen 42, deren Stellung mit den Bohrungen der gedruckten Schaltung übereinstimmt. Die Bohrungen 42 sind im Durchmesser größer als der Querschnitt der Stifte, so daß das Einpressen der Stifte nicht behindert wird.

ίο Wie aus Fig. 3 zu ersehen, enthält die Setzplatte 20 Bohrungen 44, die mit den Bohrungen 14 der gedruckten Schaltung übereinstimmen. Jsde der Setzbohrungen 44 enthält eine obere Abschrägung oder einen Eingangstrichter 46, der den Eintritt des Stiftes

)5 in die Bohrung erleichtert. Die Setzbohrung enthält ein oberes Teilstück 48 von kreisförmigem Querschnitt, dessen Durchmesser ausreichend ist, um einen einzigen Stift frei aufzunehmen, jedoch klein genug, um das Eintreten von mehr als einem Stift zu verhin-

bo dem. Das untere Teilstück 50 der Setzbohrung 44 hat im Querschnitt die Form eines Quadrats, dessen Seitenlänge etwas größer ist als die der Stifte. Das quadratische Teilstück 50 hat den Zweck, die Stifte in der gewünschten Winkelstellung einzusetzen.

b5 Mit Plattenanordnungen, die nur aus einer Gegenplatte wie der Platte 18 und einer Setzplatte wie der Platte 20 bestehen, lassen sich nur verhältnismäßig kurze Stifte in gedruckte Schaltungen einsetzen. Es

zeigt sich nämlich, daß Stifte, deren Länge 9,5 mm übersteigt, nicht in die Setzbohrungen eintreten. Dies beruht offenbar auf der Tatsache, daß ein Stift, dessen Länge wesentlich größer ist als der Durchmesser der Setzbohrung, die nur einen einzigen Stift aufnehmen > kann, nicht imstande ist, bei der Vibration eine vertikale Stellung zu erreichen und in die Setzbohrung einzutreten.

Dagegen ist es durch die Verwendung einer Leitplatte 22 im Verein mit der Setzplatte 20 möglich, i< > Stifte, deren Länge 9,5 mm weit übersteigt, in einem einzigen, einfachen Vibrationsvorgang in die Einsetzstellung zu bringen und dadurch rasch und wirtschaftlich in gedruckte Schaltungen od. dgl. einzusetzen.

Wie am besten aus Fig. 2 und 3 zu ersehen, hat die Leitplatte eine Mehrzahl von Leitbohrungen 52. Der Durchmesser der Leitbohrungen ist größer als der der Setzbohrungen 44 der Platte 20. Infolge der größeren oberen öffnung der Leitbohrungen sind Stifte, deren Länge 9,5 mm übersteigt, imstande, in die Leitbohrungen einzutreten. Bei der Vibration tritt eine Mehrzahl von Stiften 10 in jede der Leitbohrungen 52 ein, während nur ein einziger Stift in jede der Setzbohrungen eingeführt wird.

Es wurde gefunden, daß der obere Durchmesser 2i der Leitbohrungen 52 wenigstens gleich ungefähr einem Drittel der Länge der Stifte sein sollte, um ein Vibrationssetzen zu ermöglichen. Damit die in die Leitbohrung eingetretenen Stifte in im wesentlichen vertikaler Stellung gehalten werden, sollte der Durch- x> messer der Leitbohrungen 52 vorzugsweise nicht größer sein als ungefähr die Hälfte der Stiftlänge. Aus dem gleichen Grunde sollte die Stärke der Leitplatte wenigstens gleich ungefähr der Stiftlänge sein. Diese Angabe ist relativ zu verstehen, denn wenn beispiels- » weise der Durchmesser der Leitbohrungen 52 etwas kleiner ist als die Hälfte der Stiftlänge, kann die Stärke der Leitplatte etwas kleiner sein als die Stiftlänge, ohne die im wesentlichen vertikale Stellung der Stifte zu beeinträchtigen.

Die verschiedenen Verfahrensschritte beim Einsetzen der Stifte in die gedruckte Schaltung sind in Fig. 4 bis 8 veranschaulicht. Gewöhnlich wird die gedruckte Schaltung 12, wie in Fig. 4 gezeigt, vor dem Vibrationsvorgang auf die Gegenplatte 18 und unter die Setzplatte 20 gelegt, während die Leitplatte 22 über der Setzplatte 20 angeordnet wird. Geeignete (in der Zeichnung nicht dargestellte) Paß-Stifte der Gegenplatte sorgen für die richtige Stellung der gedruckten Schaltung. Elastische Abstandsstücke 54, von denen in Fig. 2 bis 7 eines teilweise zu sehen ist, gewährleisten den gewünschten Abstand zwischen der Gegenplatte und der Setzplatte. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, die gedruckte Schaltung 12 und die Gegenplatte 18 vor dem Vibrationsvorgang in das Gestell einzusetzen, vielmehr kann dies auch nachher geschehen; nur muß dann eine Platte aus Pappe od. dgl. unter die Setzplatte gelegt werden, um zu verhindern, daß die Stifte durch die Bohrungen 44 hindurchfallen.

Nach dem Zusammenbau wird die Plattenanord- to nung 16 in geeigneter Weise auf dem Tisch 32 der Vibrationseinrichtung befestigt. Wird die Plattenanordnung hierbei nicht genau horizontal, sondern schwach gegen die Horizontale geneigt angeordnet, so wandern die überschüssigen Stifte bei der Vibration über die Fläche der oberen Platte und fallen dann in einen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Aufnahmebehälter.

Vor oder während des Vibrationsvorganges werden Stifte 10 auf die obere Fläche der Leitplatte 22 gelegt, deren Anzahl etwas größer ist als die Zahl der in die Bohrungen 14 einzusetzenden Stifte. Die aufgelegten Stifte sind in Fig. 4 dargestellt.

Durch die Vibration werden die Stifte 10 in die Leitbohrungen 52 der Leitplatte und in die Setzbohrungen 44 der Setzplatte gebracht. Genauer gesagt: Während der Vibration wandern die Stifte über die obere Fläche der Leitplatte hinweg und fallen in die Leitbohrungen 52. Hierbei wird eine Gruppe von Stiften bis im wesentlichen in die vertikale Stellung aufgerichtet; je ein Stift tritt in jede der Setzbohrungen 44 ein. Nach kurzer Vibrationsdaucr, die typischerweise, nicht mehr als zehn bis fünfzehn Sekunden beträgt, befindet eine Gruppe der Stifte 10 sich in jeder der Leitbohrungen 52, wie in Fig. 5 dargestellt.

Wie am besten aus Fig. 2 und 4 zu ersehen, mündet jede Setzbohrung 44 der Setzplatte in eine der Leitbohrungen 52. Wo es angebracht oder erwünscht ist, kann man auch mehr als eine Setzbohrung 44 in eine Leitbohrung 52 münden lassen. In manchen Fällen, je nach dem Abstand der Bohrungen 14 der gedruckten Schaltung, können zwei, drei, vier oder mehr Setzbohrungen 44 in die gleiche Leitbohrung 52 münden.

Während der Vibration, wenn in jede der Leitbohrungen 52 eine Gruppe von Stiften eintritt, tritt in jede der Setzbohrungen 44 der Setzplatte ein einzelner Stift ein. Jeder dieser Stifte tritt zunächst in das kreisförmige Teilstück 48 (F i g. 3) der Bohrung 44 ein und erhält dann durch das quadratische TeilstUck 50 die gewünschte Winkelstellung. Das untere Ende des Stiftes stößt gegen die Oberfläche der gedruckten Schaltung, wie ebenfalls aus Fig. 5 zu ersehen. Da die Bohrungen 14 die Stifte nur mit Preßsitz aufnehmer, können, treten sie zu dieser Zeit nicht in die Bohrungen der gedruckten Schaltung ein.

Nach dem Vibrationssetzen der Stifte kann die Leitplatte 22 abgenommen werden, wobei die in den Bohrungen 52 der Leitplatte befindlichen überschüssigen Stifte auf die Oberfläche der Setzplatte 20 fallen. Diese Stifte können dann in irgendeiner gewünschten Weise entfernt werden. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, daß die Vibraiionseinrichtung noch einmal eingeschaltet wird, so daß die überschüssigen Stifte über die Oberfläche der Setzplatte wandern und in den Aufnahmebehälter gelangen.

Nach dem Abheben der Leitplatte und der Entfernung der überschüssigen Stifte verbleibt in jeder der Setzbohrungen 44 der Platte 20 ein einziger Stift 10, wie in Fig. 6 dargestellt. Um das Einsetzen der Stifte zu vervollständigen, werden diese dann mit ihren aus der Setzplatte herausragenden Enden in die Bohrungen 14 der gedruckten Schaltung gedrückt. Dieses Einpressen der Stifte geschieht vorzugsweise durch einen Stempel 56, wie in Fig. 7 dargestellt. Hierbei werden die elastischen Abstandsstücke 54 zunächst zusammengepreßt und heben dann nach dem Hochgehen des Stempels die Platte 20 von den Stiften ab. Die Bohrungen 42 der Gegenplatte ermöglichen es, daß die Stifte durch die gedruckte Schaltung hindurchgedrückt werden, so daß sie unten herausstehen. Für den Fall, daß dies nicht erwünscht ist, wäre es möglich, eine Gegenplatte ohne Bohrungen zu verwenden.

Nach dem Einpressen der Stifte in die gedruckte Schaltung wird die letztere von der Plattenanordnung 16 abgenommen. Ein Teilstück der gedruckten Schal-

lung mit den eingesetzten Stiften ist in Fig. 8 dargeltellt.

Das Verfahren und die Vorichtung nach der Erfindung sind zum Einsetzen von Stiften verschiedener Größe geeignet. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung hatten die Stifte eine Länge von 11,1 mm und im Querschnitt eine Kantenlänge von 0,64 mm. Die Leitplatte hatte eine Stärke von 11,1 mm und kreisförmige Bohrungen von 4,8 mm Durchmesser. Bei anderen in der Praxis erprobten Verfahren hatten die Stifte eine Länge von 12,7 mm,

15,9 mm und 25,4 mm. Die Leitplatten hatten eine Stärke von 12,7 mm bzw. 15,9 mm bzw. 25,4 mm. Der Durchmesser der Leitbohrungen betrug dabei 5,9 mm bzw. 7,1 mm bzw. 11,5 mm. Bei einem anderen durchgeführten Verfahren hatten die Stifte eine Länge von 19 mm; die Stärke der Leitplatte betrug ebenfalls 19 mm; die Leitbohrungen hatten oben einen Durchmesser von 9,5 mm und unten einen solchen von 6,4 mm. Selbstverständlich sind die genannten Zahlen lediglich Beispiele und bedeuten keine Begrenzung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum maschinellen Einsetzen von leitenden Stiften in vorgefertigte Bohrungen einer Schaltungsplatte, insbesondere einer gedruckte Schaltung, unter Verwendung einer Setzplatite mit ebenso wie auf der Schaltungsplatte angeordneten Bohrungen, deren jede eine solche Größe hat, daß sie einen einzelnen Stift gleitfähig aufnehmen kann, und in welche die lose aufgeschütteten Stifte durch einen Vibrationsvorgang eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Setzplatte (20) eine Leitplatte (22) aufgelegt wird, deren Mindeststärke annähernd der Länge der Stifte (10) entspricht und die über den Bobrungen (44) der Setzplatte zu liegen kommende Bohrungen (52) mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als etwa ein Drittel der Stiftlänge, daß die Stifte (10) auf die Leitplatte (22) aufgeschüttet werden und daß Leitplatte (22) und Setzplatte (20) gleichzeitig in Vibration versetzt werden, derart, daß Gruppen der Stifte (10) in die Bohrungen (52) der Leitplatte und von dort einzelne Stifte dieser Gruppen in die Bohrungen (44) der Setzplatte gelangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte (12) unter die Setzplatte (20) gebracht wird, noch bevor die Platten in Vibration versetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitplatte (22) nach der Vibration von der Setzplavte (20) abgenommen wird und daß die dabei auf der Setzplatte liegend zurückbleibenden überschüssigen Stifte (10) von der Setzplatte entfernt werden, so daß lediglich in jeder Bohrung (44) der Setzplatte ein einzelner Stift verbleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Bohrungen (44) der Setzplatte verbliebenen Stifte (10) in die Bohrungen (14) der Schaltungsplatte (12) eingedrückt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter die Schaltungsplatte (12) eine Gegenplatte (18) gebracht wird, die mit den Bohrungen (14) der Schaltungsplatte übereinstimmend angeordnete, jedoch einen größeren Durchmesser aufweisende Bohrungen (42) enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenplatte bereits vor der Auslösung der Vibration unter die Schaltungsplatte (12) gebracht und sodann mit der Setzplatte (20), der Leitplatte (22) und der Schalungsplatte (12) in Vibration versetzt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale: Eine Gegenplatte (18) zur Abstützung der Schaltungsplatte (12) mit Bohrungen (42), die mit denen (14) der Schaltungsplatte übereinstimmend angeordnet sind, jedoch einen größeren Durchmesser aufweisen als diese, eine über der Schaltungsplatte (12) zu liegen kommende Setzplatte (20) mit Bohrungen (44), die mit denen der Schaltungsplatte übereinstimmend angeordnet sind und eine Größe aufweisen, um ie einen der betreffen-

den Stifte (10) gleitfähig aufzunehmen, eine über der Setzplatte (20) abnehmbar angeordnete Leitplatte (22) mit einer Mindeststärke, die etwa der Länge der Stifte (10) entspricht, und mit über den Bohrungen (44) der Setzplatte (20) liegenden Bohrungen (52) mit einem Durchmesser, der größer ist als etwa ein Drittel der Stiftlänge, und zugleich auf die Gegenplatte (18), die Schaltungsplatte (12), die Setzplatte (20) und die Leitplatte (22) einwirkende Vibrationsmittel (34 bis 40).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Bohrungen (52) der Leitplatte (22) jeweils mehrere Bohrungen (44) der Setzplatte überdeckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Bohrungen (52) der Leitplatte (22) maximal etwa der Hälfte der Stiftlänge entspricht.