DE3940307A1 - Leitfaehiger abstandhalter, insbesondere fuer leiterplatten - Google Patents
Leitfaehiger abstandhalter, insbesondere fuer leiterplattenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen leitfähigen Abstandhalter für
Platten, welcher zwei parallele Leiterplatten in einem
vorbestimmten Abstand festhält und die Funktion der
Leiterplatten verbessert.
Bislang ist es bekannt, diesen leitfähigen Platten-
Abstandhalter aus Kunststoff oder Metallen zu fertigen.
Die geprüfte und veröffentlichte japanische
Patentanmeldung 58-35 386 und die geprüften und
veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen
59-27 651 und 60-8 462 offenbaren Paletten-Abstandhalter,
die aus Kunststoff bestehen und eine bestimmte Länge
haben. Diese Kunststoff-Abstandhalter haben einen
Tragkörper, dessen beide Enden Leiterplatten kontaktieren.
Von den Enden des Tragkörpers stehen Halteglieder ab,
welche in Befestigungslöcher in den Leiterplatten
eingreifen. Die pfeilförmigen Halteglieder passen durch
die Löcher, dehnen sich elastisch nach außen aus, nehmen
ihre ursprüngliche Form wieder an und werden dadurch in
den Befestigungslöchern festgehalten. So sichern die
Kunststoff-Abstandhalter die Leiterplatten und können
leicht an diesen angebracht und wieder entfernt werden.
Metallische Abstandhalter haben dagegen einen langen
sechseckigen Bolzen. Der Bolzen wird in Gewindelöcher der
Leiterplatten geschraubt und auf den Bolzen aufgeschraubte
Muttern befestigen den Abstandhalter an den Leiterplatten.
Die Abstandhalter halten die Leiterplatten in einem
bestimmten Abstand und gleichen das Erdungspotential
zwischen den Leiterplatten aus. Zwischen den Leiterplatten
eingelegte signalführende Leiter werden so wirksam
ausgenutzt.
Die Kunststoff-Abstandhalter gleichen jedoch das
Erdungspotential zwischen den Leiterplatten nicht aus.
Andererseits ist die Anwendung der metallischen
Abstandhalter umständlich und zeitaufwendig, da diese
unter Zuhilfenahme von Schrauben an den Leiterplatten
befestigt werden und beim Abnehmen wieder abgeschraubt
werden müssen.
Leitfähige Abstandhalter, die zur Verbesserung der
vorerwähnten Abstandhalter entwickelt worden sind, werden
einstückig geformt aus einem Kunststoff mit leitfähigen
Füllstoffen, wie z. B. metallischen Partikeln mit einer
Partikelgröße von einigen zehn Mikrometer oder Ruß.
Dabei ergeben sich jedoch Probleme. Wenn der leitfähige
Füllstoff dem Kunststoff zugemischt wird, wird zwar der
spezifische Widerstand des Kunststoffs verringert,
gleichzeitig verringert sich aber auch die mechanische
Festigkeit. Der Anteil des leitfähigen Füllstoffes muß
sorgfältig eingestellt werden.
Der beste spezifische Widerstand zur gegenseitigen Erdung
der Leiterplatten beträgt 5×10-5 Ohm×cm oder
weniger. Erhöht man den Anteil des leitfähigen Füllstoffs,
um eine bessere Leitfähigkeit zu erreichen, so wird der
Kunststoff spröde. Insbesondere bei übermäßig hohem Anteil
leitfähigen Füllstoffes verschlechtert sich die Festigkeit
und die Dauerhaftigkeit der dünnen Partien des leitfähigen
Abstandhalters, welche in die Befestigungslöcher der
Leiterplatten eingreifen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
dauerhaften leitfähigen Abstandhalter zu schaffen, der
sich an den Leiterplatten leicht anbringen und wieder
abnehmen läßt und das Erdungspotential der Leiterplatten
ausgleicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Abstandhalter mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Kohlefaser wird nach
einem Gasphase-Verfahren erzeugt, bei dem
Kohlenwasserstoff thermisch zerlegt wird, und zwar
entwickeln sich die Kohlefasern aus hochschmelzendem
Metall und/oder aus sehr kleinen Partikeln einer
Verbindung des hochschmelzenden Metalls.
Wie erwähnt wird der leitfähige Abstandhalter als ein
Stück aus einem Verbundwerkstoff geformt, der aus einem
mit Kohlefasern als leitfähigem Füllstoff verstärkten
Kunststoff besteht. Es können bekannte Kunststoffe
verwendet werden, wie z.B. Nylon, ABS-Harz, Polypropylen,
Polyvinylharz, Polyesterharz, Vinylharz, Polyamidharz und
andere.
Im Gegensatz zu Polyacrylnitril-Karbonfasern und
Pechkohlefasern sind die nach dieser Erfindung dem
Kunststoff beigemischten Kohlefasern haarförmig und haben
einen Durchmesser, der demjenigen der ultrakleinen
Partikel des hochschmelzenden Metalls und/oder seiner
Verbindung nahekommt. Der Durchmesser der Kohlefasern ist
kleiner als derjenige der metallischen Partikel im
Grundmaterial der bekannten Abstandhalter. Die Kohlefaser
ist kompatibel mit dem Grundmaterial des Kunststoffes und
überlegen hinsichtlich ihrer Orientierung in der
Einspritzrichtung des Kunststoffes. Die Kohlefaser kann
somit in dem Kunststoff gleichmäßig verteilt und in dieser
Verteilung gehalten werden. Außerdem schließt die
Kohlefaser sauber kristallisierte Graphitschichten ein und
hat eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und Leitfähigkeit.
Die im Kunststoff gleichförmig verteilte Kohlefaser gibt
dem leitfähigen Abstandhalter eine hohe Leitfähigkeit und
ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.
Das hochschmelzende Metall, das den Entwicklungspunkt der
Kohlefaser bildet, vergast nicht in dem Temperaturbereich
von 950°C bis 1300°C, in dem Kohlenwasserstoff thermisch
zerlegt wird. Verfügbare hochschmelzende Metalle sind
Titan (Ti), Zirkonium (Zr) oder andere aus der Gruppe IVa
des periodischen Systems, Vanadium (V), Niob (Nb) oder
Tantal (Ta) in der Gruppe Va, Chrom (Cr), Molybdän (Mo)
oder andere aus der Gruppe VIa, Mangan (Mn) oder andere
aus der Gruppe VIIa, Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni)
oder andere aus der Gruppe VIII. Die Metalle Eisen,
Kobalt, Nickel, Vanadium, Niob, Tantal, Titan und
Zirkonium sind die besten. Die Oxide, Nitride, Chloride
oder ähnliche Verbindungen der Metalle können als
hochschmelzende Metallverbindungen verwendet werden.
Der dem Kunststoff beigemischte Anteil an Kohlefasern
bestimmt die Leitfähigkeit der Abstandhalter, die aus
diesem Kunststoff gefertigt sind. Wenn der Kunststoff
bezogen auf das Volumen zwischen 20% und 50% Kohlefaser
enthält, kann sein spezifischer elektrischer Widerstand
kleiner als 5×10-1 Ohm×cm sein.
Wenn der leitfähige Abstandhalter in die
Befestigungsbohrungen der Platten eingesetzt ist,
kontaktiert der Tragkörper beide Platten. Der leitfähige
Abstandhalter hält die Platten in einem bestimmten Abstand
voneinander, stellt eine leitfähige Verbindung zwischen
den Platten her und gleicht die Erdungspotentiale der
Platten aus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer ersten
Ausführungsform eines leitfähigen Abstandhalters
und
Fig. 2 eine räumliche Ansicht einer zweiten
Ausführungsform eines leitfähigen Abstandhalters.
Der Abstandhalter 1 nach Fig. 1 ist als ein Stück aus
Nylon-6-Harz mit 30 Vol.-% beigemischter Kohlefaser geformt.
Die Kohlefaser hat eine Länge von 0,1 mm bis 1 mm und
einen Durchmesser von 0,1 µm bis 0,5 µm. Die Kohlefaser
wird in einem Gasphase-Verfahren bei 950°C bis 1300°C aus
Eisenpartikeln mit einer Partikelgröße von 0,02 µm bis
0,03 µm entwickelt. In diesem Temperaturbereich wird
Benzol thermisch zerlegt. Die Kohlefaser hat eine
Zugfestigkeit von 14,0 kg/mm2 und einen spezifischen
elektrischen Widerstand von 8×10-2 Ohm×cm.
Wie Fig. 1 zeigt gliedert sich der leitfähige
Abstandhalter 1 in einen Tragkörper 5, eine Spindel 8 und
einen Anker 9. Der Tragkörper 5 umfaßt eine zentrale Säule
2 sowie eine obere und eine untere Basis 3 bzw. 4, die an
den entsprechenden Enden der zentralen Säule 2 angeformt
sind. Die obere Basis 3 ist als Stichplatte geformt und
die untere Basis 4 bildet einen nach außen gekrümmten
Streifen. Die Spindel 8 und der Anker 9 sitzen am Zentrum
der oberen und unteren Basis 3 bzw. 4 an und greifen in
Löcher 6 a und 7 a bedruckter Leiterplatten 6 und 7 ein.
Die Spindel 8 weist ferner einen gleichförmig dicken
Schaft 10 auf, der sich vom Zentrum der oberen Basis 3 in
gleicher Achsrichtung wie die Säule 2 erstreckt und mit
zwei eine Pfeilspitze bildenden Armen 12 a und 12 b
verbunden ist. Die Arme 12 a und 12 b der Pfeilspitze
divergieren von einem Punkt 11 nach unten zur oberen Basis
3 hin und sind durch Streifen 13 a und 13 b mit der oberen
Basis 3 verbunden.
Der Anker 9 umfaßt ebenso wie die Spindel 8 einen
gleichförmig dicken Schaft 14, der sich vom Zentrum an der
Unterseite der unteren Basis 4 in gleicher Richtung wie
die Säule 2 nach unten erstreckt. Elastische Stützbänder
4 a und 4 b erstrecken sich seitlich von der Wurzel 15 des
Schafts 14 weg. Sie bilden einen kreisförmigen Bogen und
drücken auf die Oberfläche der Leiterplatte 7, wenn der
leitfähige Abstandhalter 1 an der Leiterplatte 7 befestigt
ist. Rastschenkel 18 a und 18 b sind von einem Punkt 17 des
Schafts 14 nach oben geneigt und durch Streifen 19 a und
19 b mit der unteren Basis 4 verbunden.
Bei Gebrauch des leitfähigen Abstandhalters 1 wird der
Anker 9, wie Fig. 1 zeigt, aufrecht in das Loch 7 a der
Leiterplatte 7 gesteckt. Wenn die Rastschenkel 18 a und 18 b
zuerst durch das Loch 7 a wandern und dann infolge ihrer
Elastizität sich nach außen ausdehnen, drücken sie auf die
äußere Oberfläche der Leiterplatte 7, während die
Stützbänder 4 a und 4 b infolge ihrer Rückstellkraft auf die
innere Oberfläche der Leiterplatte 7 drücken. Somit wird
der leitfähige Abstandhalter 1 durch die Stützbänder 4 a,
4 b und die Rastschenkel 18 a, 18 b unbeweglich an der
Leiterplatte 7 gehalten.
Sodann wird das Loch 6 a einer anderen Leiterplatte 6 über
die Spindel 8 des senkrecht zur Leiterplatte 7
angebrachten leitfähigen Abstandhalters gefügt, so daß die
Spindel 8 die Leiterplatte 6 durch das Loch 6 a erfaßt.
Somit wird die Leiterplatte 6 zwischen den Pfeilspitzen-
Armen 12 a, 12 b und der oberen Basis 3 stabil getragen.
Wenn der leitfähige Abstandhalter 1 in dieser Weise
zwischen den Leiterplatten 6 und 7 fest angebracht ist,
drücken die Stützbänder 4 a und 4 b der unteren Basis 4
gegen die Leiterplatte 7. Am anderen Ende steht die obere
Oberfläche der oberen Basis 3 in fester Berührung mit der
Leiterplatte 6.
Durch Einfügen der Spindel 8 und des Ankers 9 in die
entsprechenden Löcher 6 a und 7 a der Leiterplatten 6 und 7
hält der leitfähige Abstandhalter 1 einen bestimmten
Abstand zwischen den Leiterplatten 6 und 7 aufrecht.
Gleichzeitig bildet der leitfähige Abstandhalter 1, der
einen spezifischen elektrischen Widerstand von 8×10-2
Ohm×cm oder weniger hat, einen elektrischen Stromkreis
zwischen den Leiterplatten 6 und 7 für die Erdung. Der
leitfähige Abstandhalter 1 kann ebenso leicht an den
Leiterplatten 6 und 7 angebracht und von diesen entfernt
werden wie die bekannten Kunststoff-Abstandhalter, wodurch
die Leistungsfähigkeit erhöht wird. Die Leiterdrähte eines
Flachkabels (nicht gezeigt), das zwischen den
Leiterplatten 6 und 7 angeschlossen ist, können zur
Übertragung von Steuersignalen zwischen den Leiterplatten
6 und 7 verwendet werden.
Der leitfähige Abstandhalter 1 nach dem ersten
Ausführungsbeispiel, der aus kohlefaserverstärktem Nylon
6-Harz hergestellt ist, ist leicht und hat ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften. Wenn die bekannten Kunststoff-
Abstandhalter 3000 bis 5000mal in die Löcher der
Leiterplatten gesteckt und wieder herausgenommen werden,
so brechen die dünnen Verbindungsstreifen der
Abstandhalter ab. Demgegenüber kann der leitfähige
Abstandhalter 1 des ersten Ausführungsbeispiels infolge
seiner Dauerhaftigkeit 8000mal oder öfter an den
Leiterplatten angebracht und wieder entfernt werden. Die
zentrale Säule 2 des leitfähigen Abstandhalters 1 hat
einen Durchmesser von etwa 3/4 des Durchmessers der
zentralen Säule der bekannten Kunststoff-Abstandhalter.
Die Dicke der unteren Basis 4 ist ebenfalls etwa 3/4
derjenigen der unteren Basis der bekannten Kunststoff-
Abstandhalter. Somit ist der leitfähige Abstandhalter 1
leicht und behält eine hohe mechanische Festigkeit.
Die in das Nylon-6-Harz gemischten Kohlefasern verstärken
die Rückstellkraft der elastischen Stützbänder 4 a und 4 b
der unteren Basis 4. Diese Stützbänder 4 a und 4 b halten
die Leiterplatte 7 sicher fest.
Der leitfähige Abstandhalter 100 nach dem zweiten
Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 2 erläutert. Der
leitfähige Abstandhalter 100 ist als ein Stück aus Nylon
66-Harz geformt mit 35 Vol.-% der gleichen Kohlefaser, die
beim ersten Ausführungsbeispiel zugemischt ist. Der
leitfähige Abstandhalter 100 hat eine Zugfestigkeit von
13,6 kg/mm2 und einen spezifischen elektrischen Widerstand
von 3×10 Ohm×cm.
Der leitfähige Abstandhalter 100 umfaßt einen Tragkörper
105, eine Spindel 108, einen Anker 109 und einen
Erdungsleiter 131. Der Tragkörper 105 umfaßt eine zentrale
Säule 102 mit Stützbändern 103 und 104 an beiden Enden.
Die Spindel 108 und der Anker 109 stehen jeweils von den
Stützbändern 103 bzw. 104 ab. Der Erdungsleiter 131 ist
mit einem Ende an der zentralen Säule 102 angebracht und
hat am anderen Ende ein U-förmiges Anschlußteil 130.
Wenn der leitfähige Abstandhalter 100 in gleicher Weise
wie derjenige nach dem ersten Ausführungsbeispiel benutzt
wird, können die Spindel 108 und der Anker 109 durch
Löcher in nicht gezeigten Leiterplatten greifen.
Nach dem Durchtritt durch die Löcher in den Leiterplatten
nehmen die Spindel 108 und der Anker 109 ihre
ursprüngliche Form wieder an und drücken auf die äußeren
Oberflächen der Leiterplatten. Andererseits verformen sich
die Stützbänder 103 und 104 elastisch und ihre Kanten
drücken fest auf die inneren Oberflächen der
Leiterplatten. In gleicher Weise wie beim ersten
Ausführungsbeispiel hält der leitfähige Abstandhalter 100
somit die Leiterplatten fest.
Der Anschlußteil 130 des Erdungsleiters 131 kann an
Klemmen an einem Chassis angeschlossen werden.
Nach Einfügen der Spindel 108 und des Ankers 109 in die
entsprechenden Löcher der Leiterplatten hält der
leitfähige Abstandhalter 100 einen bestimmten Abstand
zwischen den Leiterplatten aufrecht. Gleichzeitig stellt
der leitfähige Abstandhalter 100, der einen spezifischen
elektrischen Widerstand von 3×10-2 Ohm×cm hat, eine
elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten und dem
Chassis her. Diese elektrische Verbindung kann die
Leiterplatten und das Chassis gegenseitig erden.
In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann
der leitfähige Abstandhalter 100 leicht an den
Leiterplatten angebracht und von diesen entfernt werden,
was die Leistungsfähigkeit verbessert. Die Adern eines die
Leiterplatten verbindenden Flachkabels (nicht gezeigt)
können zur Übertragung von Steuersignalen zwischen den
Leiterplatten benutzt werden. Da der leitfähige
Abstandhalter 100 aus kohlefaserverstärktem Nylon
66-Harz besteht, ist er leicht und dauerhaft.
Die an den Enden der zentralen Säule 102 angebrachten
Stützbänder 103 und 104 sichern die Leiterplatten. Wenn
die Leiterplatten geerdet sind, kann der Erdungsleiter
131, der von der zentralen Säule 102 absteht, das Chassis
erden und dadurch den leitfähigen Abstandhalter 100 daran
hindern, sich allzusehr zu erhitzen.
Die Beschreibung der beiden spezifischen
Ausführungsbeispiele der Erfindung soll nur der
Erläuterung dienen. Die Erfindung ist jedoch auf diese
Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Sie schließt
vielmehr alle Ausführungsarten und Änderungen ein, die
unter die Ansprüche fallen. Zum Beispiel können die
Spitzen der oberen und unteren Halteglieder bogenformig
ausgebildet sein.
Claims (5)
1. Leitfähiger Abstandhalter mit einem Tragkörper, um
eine obere und eine untere Platte in einem bestimmten
gegenseitigen Abstand zu halten, und mit einem oberen und
einem unteren Halteglied, die von den beiden Enden des
Tragkörpers abstehen und lösbar in Löcher in der oberen
und unteren Platte eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß
der leitfähige Abstandhalter (1) als ein Stück aus
kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
2. Abstandhalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kohlefasern zwischen 0,1 mm und
1,0 mm lang sind und einen Durchmesser zwischen 0,1 µm und
0,5 µm haben.
3. Abstandhalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kohlefasern in dem Kunststoff eine
gitterähnliche Struktur bilden.
4. Abstandhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch Erdungsmittel, mit denen der Abstandhalter (100) an
einen Punkt, der ein Bezugspotential hat, anzuschließen
ist.
5. Abstandhalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Erdungsmittel einen flexiblen
elektrischen Leiter (131) umfassen, dessen eines Ende an
den Abstandhalter (100) und dessen anderes Ende an ein
Anschlußteil (130) zur Verbindung mit einem
Bezugspotential angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (1)
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