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Kontaktelement zum Einpressen in Leiterplatten
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Die Erfindung hetrifft ein Kontaktelement aus Blechmaterial für elektrische
Steckverbindungen zum Einpressen in metallisierte Bohrungen einer Leiterplatte Bei
derartigen Kontaktelementen ist es erforderlich, den zum Einpressen in die metallisierten
Bohrungen einer Leiterplatte vorgesehenen Einpreßbe -reich so auszubilden, daß nach
dem Einpressen des Kontaktelementes eine gasdichte Verbindung zwischen dem Kontaktelement
und der Sohrungsmetallisierung erzielt wird.
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Es ist bekannt zur Erfüllung dieser Erfordernisse Kontaktelemente
mit rechteckigen, bzw quadratischen Massiv-Pfosten auszustatten, die nach dem Einpressen
in entsprechende Leiterplattenbohrungen die erforderlichen gasdichten Verbindungen
gewährleisten.
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Da im allgemeinen die Dicke des erforderlichen Pfosten-Materials nicht
der Dicke des Materials des Kontaktbereiches entspricht - das Material des Kontaktbereiches
ist, insbesondere bei Federkontakten, zur Erzielung der erforderlichen Federeigenschaften
wesentlich dünner - werden üblicherweise 2-teilige Kontakte verwendet, wobei die
Einpreß-Pfosten an den eigentlichen Federkontakt angeschweißt sind.
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Ein anderes Herstellungsverfahren sieht vor, daß zur Herstellung eines
derartigen Kontaktelementes ein abgestuftes Ausgangsmaterial (Stufenband) verwendet
wird bzw. die unterschiedlichen Abmessungen des Kontaktmaterials bezüglich seiner
Dicke werden durch Präge- bzw. Walzschritte innerhalb des Herstellungsablaufes realisiert.
Diese Herstellungsweisen sind jedoch relativ aufwendig und kostenintensiv. Es müssen
entweder Ausgangsmaterialien verschiedener Dicke verwendet werden und die erstellten
Einzelteile in einem zusätzlichen Schweißvorgang miteinander verbunden werden, oder
es
wird ein Ausgangsmaterial einheitlicher Dicke verwendet, das
durch zuliche Walzschritte auf unterschiedliche Dickenabmessungen gebracht wird.
Dabei ist es ein weiterer Nachteil, daß beim Walzen des Materials unerwünschte innere
Spannungen im Kontaktmaterial auftreten können, die die Federeigenschaften ungünstig
beeinflussen, bzw. es sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich um diese Spannungen
rückgängig zu machen.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, ein Kontaktelement
zu schaffen, das aus einem Blechmaterial einheitlicher Dicke erstellt werden kann
und ohne aufwendige Walz- bzw. Prägeschritte wirtschaftlich gefertigt werden kann.
Dabei soll sichergestellt sein, daß das Kontaktelement nach dem Einpressen in eine
metallisierte Leiterplattenbohrung dauerhaft gasdicht mit dieser verbunden ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kontaktelement
aus einem Bandmaterial konstanter Dicke ausgestanzt ist und mit einem Einpreßbereich
versehen ist, der durch Biegung (Faltung) des Blechmaterials um seine Längsachse
V-, U-, Y- oder Z-förmig gestaltet ist und daß der von den Seitenschenkeln des Einpreßbereiches
gebildete Innenraum mit Lot ausgefüllt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß sich an den
Einpreßbereich des Kontaktelementes ein stiftförmiger, ebenfalls V-, U-, Y-oder
Z-förmig gestalteter, mit Lot ausgefüllter Wickelpfosten anschließt.
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Zur besonders vorteilhaften Herstellung eines derartigen Kontaktelementes
wird vorgeschlagen, daß als Ausgangsmaterial ein Bandmaterial verwendet wird, dessen
Oberflächen mit den für die jeweiligen Kontaktbereiche erforderlichen Überzügen
versehen sind, wobei das Bandmaterial im Bereich des Einpreß- bzw. Einpreß/Wickelpfosten-Bereiches
auf der Innenseite der Biegezone mit einer Lotschicht versehen ist und daß dieser
Abschnitt des Kontaktelementes nach den Biegeschritten im Fertigungsablauf eine
Erwärmungszone durchläuft in der die Lotschicht verflüssigt wird und den durch die
jeweiligen Seitenschenkel dieser Bereiche gebildeten Innenraum zumindest teilweise
mit einer homogenen Lot-Masse ausfüllt.
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Zur weitere Verbesserung der Kontaktgabe in der Leiterplattenbohrung
bzw.
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mit dem Drahtwickel ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen,
daß die nach außen hinweisenden, mit der Bohrungs-Metallisierung bzw. den Windungen
eines aufgebrachten Drahtwickels kontaktierenden Biegekanten des Einpreß- bzw. Wickelpfostenbereiches
scharfkantig geprägt sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß ein Kontaktelement zum Einpressen in metallisierte Leiterplattenbchrungen geschaffen
wurde, das aus einem Blechmaterial einheitlicher Dicke hergestellt werden kann und
durch das Ausfüllen des von den Schenkeln des Einpreß- bzw. Wickelpfostenbereiches
begrenzten Innenraumes mit Lot-Masse derart versteift wird, daß die an sich federelastischen
Eigenschaften dieser Schenkel eliminiert werden, so daß der solchermaßen ausgeführte
Einpreß- bzw. Wickelpfostenbereich die Eigenschaften eines Massiv-Pfostens aufweist.
Dabei ist es besonders günstig, daß als Ausgangsmaterial ein Blechmaterial verwendet
werden kann, das insbesondere für Federkontaktelemente mit hierfür optimalen Federeigenschaften
und Abmessungen Verwendung finden kann. Die somit erstellten Kontaktelemente sind
den bisher verwendeten Kontaktelementen funktionell gleichwertig, jedoch wesentlich
wirtschaftlicher herzustellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die Ansicht und Seitenansicht
eines Federkontaktelementes Fig. 2 die Ansicht und Seitenansicht eines Messerkontaktelementes
Fig. 3 die Ansicht eines in eine Leiterplattenbohrung eingepreßten Federkontaktelementes
im Schnitt Fig. 4 die Ansicht des Einpreßbereiches des Kontaktelementes der Fig.
3 im Schnitt entlang der Linie 4 - 4 in vergrößerter Darstellung Fig. 5 die Ansicht
eines Einpreß-Federkontaktelementes mit Wickelstift Fig. 6 die Ansicht eines Einpreß-Messerkontaktelementes
mit Wickelstift Fig. 7 die Ansicht eines in eine Leiterplattenbohrung eingepreßten
Kontaktelementes gemäß der Fig. 5 Fig. 8a - Bd die Ansichten verschieden ausgebildeter
Einpreßzonen im Schnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
und Fig. 9a - 9d die Ansichten von modifizierten Einpreßzonen gemäß den Fig. Ba
- 8d.
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Das in den Figuren 1, 3 und 4 dargestellte Kontaktelement 1 ist mit
einem U-~ migen, in Federzungen 2 endenden Kontakttereich 3 versehen, der zur steckbaren
Verhindung mit Messerkontaktelementen vorgesehen ist. An diesen Kontaktbereich schließt
sich ein ebenfalls U-förmiger Einpreßbereich 4 an, der zum Einpressen in Bohrungen,
vorzugsweise metallisierte Bohrungen einer Leiterplatte 6 bestimmt ist. Der von
den Seitenwänden 7 des Kontaktmaterials gebildete Innenraum 8 dieses Einpreßbereiches
ist mit Lot 9 ausgefüllt. Zur Begrenzung der Einpreßtiefe in eine Leiterplattenbohrung
ist das Kontaktelement mit den Begrenzungsschultern 10 versehen. Die nach oben hin
weisenden Schultern 11 bilden die Auflageschultern für ein entsprechend ausgebildetes,
hier nicht näher dargestelltes Einpreßwerkzeug zum Einpressen der Kontakte in die
Leiterplattenbohrung. Zur Erleichterung des Einführens des Kontaktelementes in die
Leiterplattenbohrung ist der Einpreßbereich 4 mit der Einführschräge 12 versehen.
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Das Kontaktelement 1 ist aus einem Blechmaterial, vorzugsweise Bandmaterial
einheitlicher Dicke hergestellt. Die verschiedenen Kontaktierungsbereiche sind dabei
nach dem Ausstanzen der Roh-Form aus dem Blechmaterial durch Biegung (Faltung) um
die Längsachse 13 in die für den jeweiligen Kontaktbereich vorgesehene Form gebogen
worden. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die scharfen Stanzkanten 14 beim
fertig gebogenen Kontaktelement nach außen weisen. Nach der Fertigstellung der Kontaktgeometrie
werden die Kontaktelemente erforderlichenfalls in bekannten Oberflächenveredelungsverfahren
behandelt. Anschließend wird der durch die Seitenwände 7 begrenzte Innenraum 8 des
Einpreßbereiches 4 mit Lot 9 ausgefüllt.
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Zweckmäßigerweise sind die Kontaktelemente zusammenhängend an einem
Blechstreifen gefertigt und das Ausfüllen der Innenräume mit Lot erfolgt beim Durchlauf
des Kontaktelement-Bandes durch ein Lot-Bad, wobei die Kontaktelemente jedoch nur
bis zur Tiefe des Einpreßbereiches in dieses Bad eintauchen.
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Eine besonders wirtschaFtliche Herstellung der Hontaktelemente wird
erzielt, wenn als Ausgangsmaterial für die auszustanzenden Kontakt-Rohlinge ein
bereits oberflächenbehandeltes Bandmaterial verwendet wird, bei dem die für die
jeweiligen Kontaktierungsbereiche erforderlichen Edelmetall-Überzüge bereits auf
dem Basismaterial aufgebracht sind und das Bandmaterial im Bereich der Einpreß bzw.
Wickelpfostenzone mit einer niedrigschmelzenden Lotschicht versehen ist. Dabei ist
diese Lotschicht nur auf de späteren Innenseite dieser Bereiche erforderlich.
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Nach dem Biegen des Kontaktmaterials um die Längsachse 13 des KontEktelementes
wird sich das Lot in der Knickstelle 21 zunächst wulstartig auf wölben. Anschließend
wird dieser Abschnitt der Kontaktelemente bis über die Schmelztemperatur des Lotes
erwärmt, wobei sich das Lot verflüssigt.
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Die Erwärmung kann dabei durch eine Erwärmung des gesamten Kontaktelementes
erfolgen oder auch durch entsprechend ausgebildete Induktions-Wärme-Einrichtungen
in denen das Kontaktelement nur partiell in dem mit Lot versehenen Teilbereich erwärmt
wird. Bei der Verflüssigung des Lotes fließt dieses von den Außenkanten 22 zur Mitte
des Innenraumes 8 hin ab und verteilt sich gleichmäßig mit dem zuvor wulstartigen
Lotüberschuß der Knickstelle 21 in dem Innenraum 8 des Kontaktelementes. Nach dem
Erstarren der Lotmasse ist der von den Schenkeln 7 des Kontaktelementes gebildete
Innenraum somit mit einer homogenen Lotmasse ausgefüllt. Es ist lediglich dafür
Sorge zu tragen, daß die eingangs auf dem Basismaterial aufgebrachte Lotschicht
die erforderliche Dicke aufweist, damit genügend Lotmasse zur Ausfüllung des Innenraumes
zur Verfügung steht.
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Zur weiteren Verbesserung der Kontaktgabe eines in eine metallisierte
Leiterplattenbohrung 5 eingepreßten Kontaktelementes 1 ist vorgesehen, daß die nach
außen weisenden Biegeradien des Einpreßbereiches 4 scharfkantig geprägt sind und
das Kontaktelement somit zwei zusätzliche scharfkantige Kontaktstellen 15 aufweist.
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Wie in der Figur 4 dargestellt, pressen sich die scharfen Kanten 14,
15 des Einpreßbereiches beim Eindrücken des Kontaktelementes in die Bohrungen Metallisierusng
16 ein und ergeben hier eine dauerhafte, gasdichte Verbindung zwischen dem Kontaktelement
und der Leiterplatten-Metallisierung.
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In der Figur 2 ist ein Kontaktelement 1' dargestellt, das im wesentlichen,
nämlich im Einpreßbereich 4 dem vorstehend beschriebenen Kontaktelement entspricht.
Lediglich der Kontaktbereich, der mit einem entsprechenden Gegenstecker zusammenwirkt
ist hier als Messerkontakt 17 ausgebildet. Die Schultern 10', 11' entsprechen dabei
in ihrer Funktion dEn Schultern 1G, 11 des Kontaktelementes 1.
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In den Figuren 5 bis 7 sind Kontaktelemente dargestellt, die in weiterer
Ausgestaltung der Kontaktelemente 1 und 1' mit einem an den Einpreßbereich 4 einstückig
anschließenden Wickelstift 18 versehen sind. Der Wickelstift dient dabei der Aufnahme
und Herstellung sogenannter "wrap-Verbindungen" 19.
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Der Wickelstift ist ebenfalls durch Biegung des Blechmaterials um
die Längsachse 13 hergestellt und der von den SeltenzWnd-n des Blechrnaterials gebildete
Innenraum ist ebenfalls mit Lot ausgefüllt. In seiner querscnnittsform entspricht
der Wickelstift dem Einpreßbereich, lediglich der Durchmesser des Llm-Kreises dieses
Stiftes ist geringfügig kleiner ausgeführt als der Bohrungsdurchmesser, damit ein
leichtgängiger Durchgang des Wickelpfostens durch die Bohrung erreicht wird. Zur
Erleichterung des Einführens des Stiftendes in die Leiterplattenbohrung ist dieses
mit der Schräge 20 versehen.
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In den Figuren 8a bis 8d sind verschiedene mögliche Querschnittsformen
des Einpreß- bzw. Wickelbereiches dargestellt. Allen Ausführungsformen ist dabei
gemeinsam, daß der von den Seitenwänden des Kontakt-Blechmaterials begrenzte Innenraum
mit Lot-Masse ausgefüllt ist.
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In den Firguren 9a bis 9d sind die verschiedenen Querschnittsformen
nochmals dargestellt, wobei die nach außen weisenden, an sich mit Radien behafteten
Biegekanten des Einpreß- bzw. Wickelbereiches in einem Prägevorgang scharfkantig
ausgebildet worden sind.
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Es versteht sich von selbst, daß die vorstehend beschriebenen Kontaktelemente
in den verschiedensten Modifizierungen bezüglich des Steck-Kontaktbereiches 3, 17
angewendet werden können. Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Kontaktelementes
ist der aus Blechmaterial geformte und mit Lot-Masse versteifte Einpreßbereich 4
des Kontaktelementes. Die Kontaktelemente können als einzelne Kontaktelemente Anwendung
finden, sowie einzeln in vorgegebene Kontaktkonfigurationen in eine Leiterplatte
eingepreßt und anschließend mit einem übergreifenden Führungs- und Halterungs-Isolierkörper
versehen werden, oder auch in einem Isolierkörper mit entsprechenden Aufnahme-Offnungen
vor dem Einpressen in die Leiterplatte eingefügt werden, mit dem sie gemeinsam in
die Bohrungen einer Leiterplatte eingepreßt werden.
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Alle Merkmale , die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder
in der Zeichnung dargestellt sind, sollen sofern der bekannte Stand der Technik
dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen
als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht
enthalten sind.