DE4115676A1 - Kontaktstift zum herstellen von steckverbindern oder zum einstecken in eine leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, welcher zum Fertigen von Steckverbindern oder zum Einstecken in metallische Bohrungen von Leiterplatten seine Anwendung findet.

Es ist allgemein bekannt, daß eine zuverlässige Verbindung zwi­ schen einem Kontaktstift und der metallischen Bohrung in einer Leiterplatte mit einem oder mehreren Layern nur dann gegeben ist, wenn der Kontaktstift im Kontaktbereich mit der Leiter­ platte mit einer nachgiebigen Einpreßzone versehen ist.

Die meisten von den bekannten Einpreßzonen, welche eine be­ stimmte Nachgiebigkeit aufweisen, sind so gefertigt, daß auf­ grund ihrer Ausbildung die Symmetrieachse des Stiftes nach der Montage nicht mit der Symmetrieachse der Bohrung zusammenfällt, sondern parallel oder schiefwinklig von dieser abweicht. Zwei typische Beispiele sind dazu einmal die sogenannte "C" Prägung und die Ausbildung der elastischen Einpreßzone im Stanzverfah­ ren durch die Spaltung derselben in zwei Stränge (EP 02 73 589 A1). Die Stränge weisen dann eine Versetzung zu­ einander auf, welche nach dem Einpreßvorgang ein Drehmoment auf die Einpreßzone ausübt.

Bei andere Lösungen (EP 00 05 356 B1) und (EP 00 59 462 B1) wird die Beanspruchung der elastischen Zone relativ gut zur Symmetrieachse des Stiftes erreicht. In EP 00 05 356 B1 ist die elastische Einpreßzone durch eine zweiseitige zur Achse des Stiftes symmetrische halbovale Prägung erreicht, welche in der Mitte des Stiftes eine sehr dünn geprägte Zone aufweist. Wäh­ rend des Einsteckvorganges gibt die dünne Stelle nach, indem die zwei entstandenen Stränge undefiniert aneinander vorbei wandern. Der Nachteil dieser Lösung besteht zuerst darin, daß die Bruchstelle nicht durch Veredelung gegen Korrosion erreicht werden kann, und daß dieselbe die Größe der Federkraft auf die Wandung der metallischen Bohrung bestimmt.

Nach den Patentlösungen EP 00 59 462 B1 und DE 32 10 348 C1, welche als Querschnittsform des Verbindungssteges der elasti­ schen Einpreßzone Buchstabenbilder V oder W voraussetzt, läßt sich nur bedingt eine symmetrische Beanspruchung der elasti­ schen Zone erreichen. Das Erreichen dieses Zieles führt dazu, daß die Prägewege unterschiedlich sind und daher nicht leicht beherrschbar, da der Materialfluß während der Prägung völlig unterschiedlich auf beiden Seiten fließt. Die Ausbildung der Einpreßzone nach diesen Lösungen setzt voraus, daß während des Prägevorganges in der Stanztechnik die Umgebung derselben mit sehr hohen Kräften gehalten wird, damit das Material nicht über die Dicke des verwendeten Bandes hinaus fließt. Diese Maßnahme hat das Verhindern des Materialflusses in die senkrechte Rich­ tung zur Folge. Das führt nicht nur zu hohem Energieverbrauch durch die Auslegung der Maschinen. Es führt auch zu hohem Werk­ zeugverschleiß und vor allem zu einer Verhärtung des Materials in der Einpreßzone durch das erwähnte Verhindern des Materi­ alflusses in der Umgebung derselben.

Die Ausbildung der Einpreßzone im Draht führt dazu, daß das Material auf der Seite des meißelförmigen (spitzen) Werkzeuges wesentlich mehr nach außen bewegt wird als auf der Seite des gegenüberwirkenden Werkzeuges, welches im Arbeitsbereich die negative Form des meißelförmigen Werkzeuges hat. Diese Ausbil­ dung des Werkzeuges führt dazu, daß auf seiner Seite das Mate­ rial schlecht nach außen fließt. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß man zwar gleiche Diagonalen erhält, die Kanten der Prägung jedoch unterschiedlich ausgebildet sind. Dieser Nachteil wird zum Teil dadurch korrigiert, daß man seitlich (senkrecht zur Bewegungsrichtung der Prägewerkzeuge) den Mate­ rialfluß begrenzt. Diese Korrektur verursacht jedoch unter­ schiedliche Kantenschärfen der elastischen Zone.

Die schärferen Kanten führen zu einem Schneideffekt in der Bohrung, welcher sich in dem Betrag der Einpreßkraft nieder­ schlägt und zugleich zu einer unerwünschten Wanderung der Sym­ metrieachse des Kontaktstiftes von der Bohrungsachse. Die be­ schriebenen Lösungen haben auch den Nachteil, daß die elasti­ sche Einpreßzonen insgesamt angenähert eine ballige Form auf­ weisen, welche sich in ungleichmäßiger Belastung entlang der Bohrung auswirkt (die Mitte der Bohrung in der Leiterplatte wird mehr als am Rand belastet).

Ein anderer Lösungsvorschlag, welcher die beschriebenen Nach­ teile zu beseitigen versucht, wird in der Offenlegungsschrift DE 35 33 339 A1 vorgeschlagen. Es wird in dieser Lösung vor­ geschlagen, die "Kontaktteile im Bereich der Einpreßzone an den Längsseiten des bevorzugten quadratischen Querschnitts durch ein Preßwerkzeug abzurunden und mit einem Mehrschneide­ werkzeug derart zu bearbeiten, daß eine die Anzahl von Schnei­ den entsprechende Zahl von Stegen gleichen Querschnitts und gleicher Länge entstehen". "Als wesentlich für die Erfindung ist anzusehen, daß mit der Abrundung der Längskanten beim Ein­ pressen derselben in die Durchkontaktierung keine Torsions­ kräfte mehr entstehen".

Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß die Stege der Ein­ preßzone vorwiegend auf Biegung beansprucht werden. Durch diese Ausbildung der Einpreßzone ist die Belastung der Stränge in der Mitte der Bohrungen wesentlich geringer als zum Rand hin, wodurch eine gewünschte Kontaktkraft nicht mehr gewährlei­ stet ist.

Der wesentliche Nachteil der bekannten Lösungen liegt vor allem darin, daß sie die elastische Fläche oder der Verbindungssteg, welcher die Form eines Buchstabes z. B. eines C, V, oder W dünn und mit angenähert konstantem Flächenverlauf gefertigt werden müssen. Diese Forderung hat zur Folge, daß bei der Ausbildung der elastischen Einpreßzone hohe Fertigungskräfte entstehen und dadurch relativ kurze Lebensdauer der Werkzeuge verur­ sachen.

Es besteht die Aufgabe, die Einpreßzone in einem Kontaktstift so auszubilden, daß dieselbe im Kontaktbereich glatte Flächen und vorgeschriebene Kanten und keine Ballungen aufweisen.

Es besteht weiterhin die Aufgabe, die Einpreßzone so auszu­ bilden, daß die für ihre Fertigung notwendigen Kräfte relativ gering bleiben.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgaben sich lösen lassen, in­ dem der nachgiebige Verbindungssteg aus zwei Querschnittsflächen von beliebiger Form ausgebildet wird, welche durch eine defi­ nierte nachgiebige Stelle in der Mitte der Einpreßzone und mit den Führungsstegen derselben mit weiteren zwei untereinander gleichen von der mittleren jedoch mit meist unterschiedlicher Nachgiebigkeit verbunden werden.

Die Vorteile, welche man mit der Erfindung insbesondere er­ zielt, liegen darin, daß die Ausbildung der Einpreßzone durch die beliebige Gestaltung der Querschnittsfläche derselben nied­ rige Fertigungskräfte beanspruchen und einen genaueren Quer­ schnitt gewährleisten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Stege, welche durch die nachgiebige Einpreßzone verbunden werden, sich leichter mit gewünschter Nachgiebigkeit und Form der Dia­ gonale ausbilden lassen und daß mit gleichem Fertigungsaufwand zwei diskret unterschiedliche Nachgiebigkeiten durch die rela­ tive Versetzung der Verformungsebenen der nachgiebigen Stellen untereinander ausbilden lassen.

An Hand der Zeichnungen werden nachfolgend einige Ausführungs­ beispiele erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf die Länge der Einpreßzone in ei­ nem Kontaktstift,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt der Einpreßzone an der Stelle A-A in unbelastetem Zustand,

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt der Einpreßzone an der Stelle A-A nach dem Einpreßvorgang in eine Lei­ terplatte, in der die neutralen Faserebenen der nach­ giebigen Stellen versetzt ausgebildet wurden,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt der Einpreßzone an der Stelle A-A nach dem Einpreßvorgang in eine Lei­ terplatte in der die nachgiebige Stelle versetzt aus­ gebildet wurde.

Gemäß der Fig. 1 wird die Länge der Einpreßzone im vergrößer­ ten Maßstab gezeigt, welche die Stege 2′ und 2′′ sowie den Ver­ bindungssteg 3 enthält. Die Umgebung der Einpreßzone wird nicht näher erläutert.

Gemäß der Fig. 2 wird der Querschnitt der Einpreßzone 2 im unbelasteten Zustand gezeigt. Die Einpreßzone wird derart be­ arbeitet, daß die Führungsstege 2′ und 2′′, die beliebig gestal­ teten Querschnittsformen 3′ und 3′′ und der nachgiebigen Stellen 4, 4′ und 5 ausgebildet werden. Die Bearbeitung erfolgt derart, daß die neutrale Faserfläche der nachgiebigen Stelle 5 versetzt zu den neutralen Faserflächen der nachgiebigen Stelle 4 und 4′ liegt.

Gemäß der Fig. 3 wird fertigungstechnisch die Lage des Über­ gangssteges 3 mit den Querschnitten 3′ und 3′′ bezüglich der neutralen Achse 1′ der Einpreßzone so gelegt, daß während des Einpreßvorganges in eine Leiterplatte die nachgiebige Stelle 5 in eine definierte Richtung kippt. In dem gezeigten Fall liegt die nachgiebige Stelle 5 oberhalb der angenommenen Symmetrie­ achse 1′, bzw. oberhalb der Ebene, welche die neutralen Verfor­ mungsflächen der nachgiebigen Stellen 4 und 4′ verbindet. In ähnlicher Weise wird gemäß der Fig. 4 fertigungstechnisch die Lage der nachgiebigen Stelle 5 so gelegt, daß während des Ein­ preßvorganges in eine Leiterplatte die nachgiebige Stelle 5 in entgegengesetzte Richtung wie in der Fig. 3 kippt.

In der Fig. 5 wird auch die fertigungstechnische Beeinflussung der Stege 2′ und 2′′ durch die Ausbildung der Prägungen 6 und 6′, welche die Elastizität und die Geometrie derselben be­ einflussen, dargestellt. Gemäß der Fig. 6 werden die aktiven Flächen des Werkzeuges gezeigt, welche im Bereich der nachgie­ bigen Stelle 5 zwei meißelförmige Spitzen 5.1 und 5.2 auf­ weisen, zwei beliebig gestaltete Formkonturen 3′.2 und 3′′.2 so­ wie formgebende Spitzen 4.2 und 4′.2, welche die Nachgiebigkeit der Stellen 4 und 4′ und deren Lage zu der nachgiebigen Stelle 5 beeinflussen.

Gemäß den Fig. 3 und 4 wird die nachgiebige Einpreßzone in einer Leiterplatte 10 verdeutlicht, deren metallische Kontakt­ bohrungen einen kleineren Durchmesser haben als die Diagonale der Einpreßzone. Die Differenz zwischen diesen Größen, welche sowohl durch den Bohrungsvorgang selbst oder durch unterschied­ liche Metallschichtdicken entstehen, bestimmen die Größe der Einpreßkräfte zwischen dem Kontaktstift und der Leiterplatte. Diese Kräfte rufen einmal eine plastische Verformung der Boh­ rung an den Stellen 7.1 bis 7.4 hervor und führen zugleich zu der elastischen Verformung der Einpreßzone, welche einen der in diesen Figuren, 3 und 4 dargestellten Kippzuständen einnimmt. Die Kippzustände gemäß den Fig. 3 und 4 entstehen fertigung­ stechnisch durch die relative Verlagerung der neutralen Faser der nachgiebigen Stellen 4 und 4′ in der unbelasteten Ein­ preßzone gemäß der Fig. 2 zu der nachgiebigen Stelle 5, indem man die letztere oberhalb oder unterhalb der neutralen Fasern der nachgiebigen Stellen 4 und 41 ausbildet.

Obwohl sich die Fertigung für die Ausbildung der beiden Kippzu­ stände in keinerlei Weise unterscheidet, sind die erzielten Fe­ derkräfte unterschiedlich, weil offensichtlich der Zustand ge­ mäß der Fig. 3 eine weichere Federkonstante als der Zustand gemäß der Fig. 4 aufweist.

Claims (5)

1. Kontaktstift zum Herstellen von Steckverbindern oder zum Einstecken in eine Leiterplatte bestehend aus einem Kon­ taktteil (1) und einer nachgiebigen Einpreßzone (2) mit den Führungsstegen (2′) und (2′′) und dem nachgiebigen Ver­ bindungssteg (3), dadurch gekennzeichnet, daß der nachgie­ bige Verbindungssteg (3) aus zwei ähnlichen Querschnitts­ flächen (3) und (3′) von beliebiger Form und drei definier­ ten nachgiebigen Stellen (4), (4′), und (5) ausgebildet ist, von denen die Stellen (4) und (4′), welche die Flächen (3′) und (3′′) verbinden angenähert mit gleicher und kleine­ rer Nachgiebigkeit als die Nachgiebigkeit der Flächen (3′) und (3′′) ausgebildet sind und meistens eine andere Nachgie­ bigkeit als die Stelle (5) aufweisen.

2. Kontaktstift zum Herstellen von Steckverbindern oder zum Einstecken in eine Leiterplatte nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Einpreßzone (2) die neutrale Fa­ serebene der nachgiebigen Stelle (5) oberhalb der Verbin­ dungsebene zwischen den neutralen Faserflächen der Stellen (4) und (4′) näher zur Werkzeugspitze (5.1) hin ausgebildet ist.

3. Kontaktstift zum Herstellen von Steckverbindern oder zum Einstecken in eine Leiterplatte nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Einpreßzone (2) die neutrale Fa­ serfläche der nachgiebigen Stelle (5) unterhalb der Verbin­ dungsebene zwischen den neutralen Faserflächen der nachgie­ bigen Stellen (4) und (4′) näher zur Werkzeugspitze (5.2) hin ausgebildet ist.

4. Kontaktstift zum Herstellen von Steckverbindern oder zum Einstecken in eine Leiterplatte nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elastisch ausgebildeten Stege (2′) und (2′′) Prägungen beliebiger Form z. B. (6) und (6′) im Bereich der Einpreßzone (2) aufweisen.

5. Werkzeug zum Herstellen von nachgiebigen Einpreßzonen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug (5) im Querschnitt senkrecht zur Drahtachse eine meißel­ förmige positiv gefertigte Spitze (5.2) aufweist, welche von zwei Konturen beliebiger Form z. B. (3′.2) und (3′′.2) umgeben ist und links und rechts der Konturen (3′.2) und (3′′.2) Erhebungen beliebiger Form, z. B. (4.2) und (4′.2) aufweist und daß ein zweites gegenüberwirkendes Werkzeug einen stumpfen Wirkbereich bestehend z. B. aus mindestens den Teilflächen (5.11) (5.12) und dem Schnitt der beiden Teilflächen (5.1) aufweist.