DE4421731C2 - Kontaktbuchse für Leiterplatten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktbuchse für Leiterplatten ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Kontaktbuchse ist aus der US 3 777 303 bekannt. Sie weist im Bereich der Einstecköffnung zwei Arme auf, die beim Einsetzen der Kontaktbuchse in eine Leiterplattenbohrung als Anschlag auf einer Leiterplattenfläche aufliegen, um ein Hin­ durchgleiten der Kontaktbuchse durch die Leiterplattenbuchse zu verhindern.

Eine Kontaktierung der Kontaktbuchse mit Leiterbahnen oder ähnlichen Kontaktflä­ chen erfolgt auf der Seite der Leiterplatte, an der auch die Kontaktelemente angeord­ net sind, indem ein Teil der Kontaktbuchse in vollständig eingesetztem Zustand radial nach außen schnappt und mit der Leiterbahn in Kontakt kommt. Hierbei ist ein unzu­ reichender Kontakt zwischen Kontaktbuchse und Leiterbahn leicht möglich. Dies vor allem dann, wenn die Leiterplatte Bewegungen, insbesondere Rüttelbewegungen, aus­ gesetzt ist, wie dies beispielsweise bei Einsatz an Maschinen oder in Fahrzeugen der Fall ist.

Ferner wird diese Kontaktbuchse mit einer Schweißnaht hergestellt, war herstellungs­ technisch aufwendig ist.

Die DE-GM 70 18 078 zeigt weiterhin eine Kontaktfeder für Leiterplatten mit einer Basis, die auf einer Leiterbahn aufliegt. Bei dieser bekannten Ausführung liegen zwar die Kontaktarme nach dem Einsetzen der Kontaktfeder in die Leiterplatte mittels diese hintergreifenden Nocken allenfalls spielfrei an den zugehörigen Kontaktflächen an, sofern höchste Fertigungsgenauigkeit erzielt wird. Der Kontaktdruck der Basis ge­ genüber der Leiterbahn ist jedoch äußerst gering, weil die abragenden Teile der Basis einen festen Abstand von den Nocken aufweisen.

Selbst wenn die Buchsenschenkel eine radial nach außen gerichtete Federkraft aufwei­ sen und die Nocken mit schrägen Flächen an der Unterkante des Durchbruchs der Leiterplatte anliegen, ergibt sich nur ein geringer Auflagedruck der abragenden Teile der Basis auf der Leiterbahn.

Auch bei dieser bekannten Ausfürhung einer Kontaktbuchse ist somit keine dauerhaft rüttelsichere Kontaktierung erzielt, so daß sie in ihrer Anwendbarkeit stark einge­ schränkt ist.

Aus der DE 29 26 535 ist eine elektrische Sockelbuchse für Schaltungsplatten be­ kannt, die einen an einem Ende offenen und am anderen Ende geschlossenen Buch­ senkörper und einen von dessen Ende axial wegragenden länglichen Stiftteil aufweist.

Derartige Buchsen haben den Nachteil, daß die Bauhöhe der bestückten Leiterplatte bei Verwendung dieser Buchsen relativ groß wird, da die in die Buchsen eingesetzten Kontaktstifte des bestückten Bauteils auch nach dem Einsetzen vollständig auf der Bestückungsseite der Leiterplatte verbleiben und somit in ihrer vollen Länge zur Bau­ höhe beitragen. Bei Verwendung der Buchsen zur Kontaktierung mehrerer Leiterplat­ ten oder Platinen miteinander, beispielsweise auf der unbestückten Leiterplattenseite, ergibt sich ein relativ großer, ungenutzter Abstand zwischen den Leiterplatten. Dies ist im Rahmen der allgemeinen Miniaturisierung unerwünscht.

Die bekannten Buchsen werden entweder durch Gießtechniken oder durch Ziehver­ fahren hergestellt und bestehen zumeist aus zwei oder mehr Teilen. Daher sind sie in der Herstellung aufwendig und teuer. Ferner sind die herkömmlichen Buchsen in eine Leiterplattenbohrung einzulöten und häufig muß auch der Bauteilkontaktstift in die Buchse eingelötet werden, was zeit- und arbeitsaufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktbuchse der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Kontaktdruck der Kontaktarme auf Kontaktflächen der Leiterplatte auf möglichst einfache und kostengünstige Weise so erhöht ist, daß eine auch bei starken Rüttelbewegungen der Leiterplatte dauerhaft sichere Kontaktierung gewährleistet ist. Außerdem soll die Kontaktbuchse eine nied­ rige Bauhöhe der bestückten Leiterplatte ermöglichen, leicht in die Leiterplatte ein­ setzbar sein und den Kontaktstift eines Bauteils ohne Löten sicher halten und kontak­ tieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß zur Leiterpaltte hin abgebogenen Enden der Kontaktarme liegen diese bei in die Bohrung eingesteckter Kontaktbuchse mit ihren Stirnflächen unter Federdruck auf Kontaktflächen der Leiterplatte, z. B. auf Leiterbahnen, an. Da­ bei ist insbesondere aufgrund der kleinen Auflagefläche der stirnseitigen Enden ein hoher Kontaktdruck und damit eine dauerhaft rüttelsichere Kontaktierung gewährlei­ stet.

Zur Erzielung dieses Federdrucks können die Kontaktarme im nichtmontiertem Zu­ stand entweder unter etwa 90° radial vom Buchsenkörper abragen oder unter einem kleineren Winkel. Im ersten Fall wird der Buchsenkörper etwas weiter in die Bohrung eingedrückt als der an das ungebogene Ende angrenzende Bereich der Kontaktarme, im zweiten Fall ist der gewünschte Federdruck durch die vorgespannten Kontaktarme bereits erreichbar, wenn diese etwa parallel zur Oberfläche der Leiterplatte verlaufen, wodurch in diesem Fall die ungebogenen Enden nur eine sehr geringe Länge aufwei­ sen müssen, so daß die Buchsenlänge und damit die Bauhöhe der bestückten Leiter­ platte in vorteilhafter Weise besonders gering ist.

In beiden Fällen genügen für die Ausbildung und Anordung der Kontaktarme (und auch für den Abstand von Rastmitteln gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 von den Kon­ taktarmen) bereits äußerst grobe Toleranzen, um den hohen Kontaktdruck sicherzu­ stellen.

Im erstgenannten Fall drücken die unter einem Winkel <90° zu den Kontaktflächen verlaufenden umgebogenen Enden der Kontaktarme nicht genau mit der ebenen Stirnfläche sondern mit einer Kante der Stirnfläche auf die Kontaktflächen. Der dadurch noch weiter erhöhte Federdruck bewirkt, daß die Kontaktarme auch Schmutz- und/oder Flußmittelrückstände durchdringen und somit auch ohne Entfer­ nen solcher Schichten eine sichere Kontaktierung gewährleistet ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen bzw. Ausgestaltungen der Kontaktbuchse nach Anspruch 1 angegeben.

Durch die Ausbildung der Stirnflächen der Kontaktarme gemäß Anspruch 2 ist der Vorteil erzielt, daß ein Durchdringen von Schmutz- und/oder Flußmittelbelägen auf den Kontaktflächen unabhängig vom Winkel, unter dem die Kontaktarme von Buch­ senkörper abragen, also insbesondere auch in dem vorstehend erstgenannten Fall (90°- Winkel) sichergestellt ist.

Vorteilhafterweise ist die Kontaktbuchse an beiden axialen Enden offen (Anspruch 3) und die federnden Kontaktelemente sind an dem der Einstecköffnung abgewandten Ende der Kontaktbuchse angeordnet. Dies ermöglicht, daß ein Kontaktstift eines Bauteils durch die größtenteils in der Leiterplattenbohrung angeordnete Kontaktbuch­ se hindurchgesteckt wird, wodurch sich eine sehr kompakte und platzsparende Bau­ weise bzw. Bestückung der Leiterplatte ergibt. Die Kontaktstelle zwischen Kontakt­ buchse und Kontaktstift liegt gegenüber der Bestückungsseite der Leiterplatte oder Platine. Als Bestückungsseite der Platine wird hierbei diejenige Seite der Platine ange­ sehen, von der aus der Kontaktstift in die Kontaktbuchse eingeführt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung nach Anspruch 4 weist die Kontaktbuchse einen hohlen, zylindrischen Mitteilteil auf, der in axialer Richtung geschlitzt ist. Dadurch erhält die Kontaktbuchse eine radiale Federkraft, vermittels derer sie ohne Löten in einer Leiterplattenbohrung gehalten werden kann, nachdem die Kontaktbuchse mit ihrem Mittelteil in die Leiterplattenbohrung eingesetzt wurde. Zur Unterstützung der Haltekraft bei höheren Ziehkräften können Rastmittel wie bei­ spielsweise Nocken oder ein umlaufender Falz vorgesehen werden, die nach dem Ein­ setzen der Kontaktbuchse in die Leiterplatte diese hintergreifen (Ansprüche 9 bis 11).

Vorzugsweise besteht die Kontaktbuchse aus Metall und ist ein einstückiges Stanz- Biegeteil. Durch verschiedene Stärken und Beschaffenheit des Ausgangsmaterials ist es somit möglich, die Preß- und Kontaktkräfte zu variieren. Das Stanzen kann so aus­ geführt werden, daß die Kontaktbuchsen nach der Fertigstellung noch an dem Aus­ gangsmaterialband hängen. Dann ist eine einfache Lagerung durch Aufhaspeln der am Band hängenden Kontaktbuchsen möglich.

Außerdem kann es vorteilhaft sein, bei verschiedenen Umgebungsbedingungen ver­ schiedene Oberflächenbeschichtungen für die Kontaktbuchse vorzusehen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kontaktbuchse, eingesetzt in eine Bohrung oder ein Loch in einer Leiterplatte, wobei ein Kontaktstift in die Kontaktbuchse einge­ setzt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Kontaktbuchse von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Kontaktbuchse gem. Fig. 1 und 2 sowie

Fig. 4 eine Ansicht der Kontaktbuchse von unten.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt die Kontaktbuchse K einen zylindrischen Teil 2, einen Bereich mit vier Kontaktlappen 3, sowie zwei Kontaktarme 4. Die Anzahl der Kon­ taktlappen und der Kontaktarme kann sich je nach Anwendung ändern. Beim Einset­ zen der Kontaktbuchse K in eine Leiterplatte 12 wird der zylindrische Teil 2 in eine durchgehende Bohrung 11 in der Leiterplatte 12 gedrückt. Dadurch, daß die Kontakt­ lappen 3 gegenüber der Öffnung zur Einführung eines Kontaktstifts 10 liegen, befin­ den sich die Kontaktstellen 7 zwischen Kontaktbuchse K und Kontaktstift 10 auf der der Montage- oder Bestückungsseite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 12. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte und flache Bauweise. Bei der Kontaktierung zweier Leiterplatten oder Platinen miteinander wird ein enges Zusammenführen der Leiterplatten ermöglicht.

Der Innendurchmesser des zylindrischen Teils 2 ist im eingesetzten Zustand der Kon­ taktbuchse K größer als der Durchmesser des zu kontaktierenden Kontaktstifts 10. Dadurch wird das Einführen des Kontaktstifts 10 in die Einsetzöffnung der Kontakt­ buchse K erleichtert, da der Kontaktstift 10 unter verschiedenen Winkeln in die Kon­ taktbuchse eingeführt werden kann. Ferner können beispielsweise zwei Leiterplatten, die schräg zueinander verlaufen, kontaktiert werden. Bei schrägem Verlauf des Kon­ taktstiftes 10 in der Kontaktbuchse K kann sich eine weitere Kontaktstelle 7' in der Nähe der Einsetzöffnung ergeben.

Wie in den Fig. 3 und 4 erkennbar ist, ist der zylindrische Teil 2 der Kontaktbuchse K mit einem axialen Schlitz 1 versehen. Daher wirkt der zylindrische Teil 2 der Kon­ taktbuchse K wie eine Feder, die nach dem Einsetzen der Kontaktbuchse K in die Leiterplatte 12 mit einer bestimmten Kraft an die Wandung der Leiterplattenbohrung 11 drückt. Bei nicht durchkontaktierten Leiterplattenbohrungen erhält man dadurch eine Haltekraft, bei durchkontaktierten Löchern eine Kontakt- und Haltekraft.

Durch Auswahl geeigneter Materialien erhält man durch die Federeigenschaften des im Querschnitt im wesentlichen C-förmigen zylindrischen Teil 2 eine Halte- bzw. Kontaktkraft zwischen Kontaktbuchse K und der Oberfläche der Bohrung 11 in der Leiterplatte 12, bekannt von den Preßfit- und Preßpassungsverfahren.

Es ist also eine direkte Kontaktierung an den beschichteten Wänden durchkontaktier­ ter Leiterplattenlöcher möglich. Zur weiteren Kontaktsicherung ist zusätzlich eine Kontaktierung über Kontaktarme 4 auf Kontaktflächen oder Leiterbahnen 8 vorgese­ hen. Vorteilhafterweise sind dabei die Enden der Kontaktarme 4 zur Leiterplatte hin umgebogen und mit Spitzen 5 versehen, um beispielsweise Schmutz- oder Flußmittel­ rückstandsschichten beim Einsetzen der Kontaktbuchse K in die Leiterplatte 12 zu durchdringen und einen so hohen Kontaktdruck zu erzeugen, daß eine auch bei star­ ken Rüttelbewegungen der Leiterplatte 12, wie sie etwa bei Einsatz in Maschinen auftritt, dauerhaft sichere Kontaktierung gewährleistet ist. In vielen Anwendungsfällen genügt hierfür bereits die beschriebene Kontaktierung über Kontaktarme 4 allein.

Beim Einsetzen der Kontaktbuchsen in die Leiterplatte, das auch automatisch erfolgen kann, wird der zylindrische Teil 2 nach dem Eindringen in die Bohrung 11 und dem Aufsetzen der Kontaktarme 4 auf den Kontaktflächen 8 noch etwas weiter in die Boh­ rung 11 gedrückt. Da die Kontaktarme 4 Federeigenschaften besitzen, werden sie dabei zu den Kontaktflächen 8 hin vorgespannt und immer mit hoher Kontaktkraft auf die Kontaktflächen 8 gedrückt.

Wie sich aus den Fig. 2-4 ergibt, werden die Kontaktlappen 3 durch Schneiden von Schlitzen 1 in die rohrförmige Verlängerung des zylindrischen Teils 2 gebildet. Die so entstandenen Kontaktlappen 3 werden dann nach innen, d. h. zur Mittelachse der Kontaktbuchse hin gebogen, um Federelemente zum Halten und Kontaktieren des Kontaktstifts 10 zu erhalten.

An dem mit den Kontaktarmen 4 versehenen Ende der Kontaktbuchse K ist vorzugs­ weise ein radialer Flansch 9 vorgesehen, um beispielsweise das manuelle Einsetzen der Kontaktbuchse K zu erleichtern.

Außen auf dem zylindrischen Teil 2 ist eine Anzahl von Nocken 6 vorgesehen, die nach dem Einsetzen der Kontaktbuchse K in die Bohrung 11 die Leiterplatte 12 hin­ tergreifen und die Haltekraft unterstützen, mit der die Kontaktbuchse K in der Boh­ rung 11 gehalten wird.

Da jeder Kontakt bzw. jede Kontaktbuchse K einzeln bestückt wird, ist im Rahmen der konstruktiven Gegebenheiten, d. h. ab einem gewißen Mindestmaß des Rasters, jedes Raster möglich. Die Polzahl beispielsweise für Kontaktleisten oder ICs ist indi­ viduell variabel.

Claims (15)

1. Kontaktbuchse (K) für Leiterplatten, die in einer durchgehenden Bohrung (11) einer Leiterplatte (12) eingesteckt ist, mit mindestens einem federnden Kontakt­ element (3), das an dem der Einstecköffnung der Kontaktbuchse (K) abgewand­ ten Ende der Kontaktbuchse (K) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Einstecköffnung zugewandten Ende der Kontaktbuchse (K) seitlich abragende Kontaktarme (4) vorgesehen sind, de­ ren Enden zu der Leiterplatte (12) hin umgebogen sind und stirnseitig unter Fe­ derdruck auf Kontaktflächen (8) der Leiterplatte (12) aufliegen.

2. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktar­ me (4) spitze Enden (5) aufweisen.

3. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) an beiden Enden offen ist.

4. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) einen hohlen, zylindrischen Mittelteil (2) besitzt, der in axialer Richtung geschlitzt ist.

5. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil (2) nach dem Einsetzen der Kontaktbuchse (K) in eine Leiterplattenbohrung (11) innerhalb der Bohrung (11) angeordnet ist.

6. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontakt­ element (3) mindestens zwei Kontaktlappen aufweist.

7. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktlappen (3) durch Schlitze (1) in dem der Einstecköffnung abgewandten Ende der Kon­ taktbuchse (K) gebildet sind.

8. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontaktlappen (3) von dem Mittelteil (2) weg in einer Richtung schräg zur Mitte­ lachse der Kontaktbuchse (K) hin erstrecken.

9. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Rastmittel (6), die die Leiterplatte (12) nach dem Einsetzen der Kontakt­ buchse (K) hintergreifen.

10. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastmittel (6) mindestens ein Nocken auf der Außenseite der Kontaktbuchse sind.

11. Kontaktbuchse gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastmittel (6) ein umlaufender Falz sind.

12. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) einstückig ist.

13. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) aus Metall besteht.

14. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) ein Stanz-Biegeteil ist.

15. Kontaktbuchse gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontaktbuchse (K) mit einem Überzug versehen ist.