DE4438299B4

DE4438299B4 - Bipolares elektronisches Bauelement zur Montage auf Flachleiterplatinen

Info

Publication number: DE4438299B4
Application number: DE4438299A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Beier; Ralf-Michael Dipl.-Ing. Franke; Joachim Masatz
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: DE4438299A1

Abstract

Bipolares elektronisches Bauelement zur Montage auf Flachleiterplatinen mit folgenden Merkmalen:
1.1 die zwei Enden eines U-förmig gebogenen Formteils bilden einen Anschlußpin (+) des bipolaren elektronischen Bauelementes und einen zweiten Pin (P_STANZ),
1.2 ein zweiter L-förmiger Anschlußpin (–) und die aus dem U-förmigen Formteil gebildeten Pins (+,P_STANZ) sind auf derselben ebenen Fläche angebracht und in die gleiche Richtung gerichtet,
1.3 die sich gegenüberliegenden Enden des Formteiles bilden zusammen mit dem zweiten Anschlußpin (–) des bipolaren elektronischen Bauelementes (EK2) die Eckpunkte eines schiefwinkligen Dreiecks mit drei unterschiedlichen Winkeln,
1.4 das Pinrasterbohrbild auf einer zu bestückenden Flachleiterplatine (FLP2) entspricht dem durch die Anschlußpins (+,–,P_STANZ) des aufzunehmenden bipolaren elektronischen Bauelements aufgespannten schiefwinkligen Dreieck.

Description

Bipolare elektronische Bauelemente mit zwei elektrischen Anschlüssen wie beispielsweise Elektrolytkondensatoren, Batterien oder auch Dioden beinhalten stets die Gefahr einer Verpolung. Häufig hat eine solche Verpolung zur Folge, daß entweder das Bauelement selbst oder aber auch die komplette elektronische Schaltung, in welcher dieses Bauelement eingesetzt wird, zerstört werden. In anderen Fällen kann es passieren, daß es zwar zu keiner Zerstörung kommt, jedoch eine aufgebaute elektronische Schaltung nicht ordnungsgemäß funktioniert. Da eine solche Verpolung von bipolaren elektronischen Bauelementen zumeist nicht ohne weiteres mit bloßem Auge erkennbar ist oder anhand eines vorliegenden Aufbaus einer elektronischen Schaltung nicht nachvollziehbar ist, sind solche durch eine Verpolung bedingte Fehlfunktionen in der Regel schwer auffindbar. Da es sich bei den genannten bipolaren elektronischen Bauelementen im wesentlichen um Massenbauteile handelt, die selbst nur von geringer Wertigkeit sind, sind komplizierte Maßnahmen zur Erreichung eines Verpolschutzes unrentabel. Vielmehr ist man bestrebt, einen möglichst günstigen aber praktikablen Verpolschutz zu erreichen, bei welchem die dadurch entstehenden Kosten in Relation zum Wert des einzelnen elektronischen Bauelementes vertretbar sind.

Es ist bekannt, daß herkömmliche Verfahren zur Verhinderung einer Verpolung an elektronischen Bauelementen darauf beruhen, daß die vorhandenen Anschlüsse eines elektronischen Bauelements nach unterschiedlichsten Codiermöglichkeiten so angeordnet werden, daß nur eine richtige Ausrichtung bzw. Montage möglich ist. So werden beispielsweise die Anschlußstifte von elektronischen Röhren räumlich so angeordnet, daß deren Kombination ein eindeutiges geometrisches Muster darstellt, welches eine eindeutige Ausrichtung im Raum ermöglicht. Andere bekannte Verfahren zur Verhinderung von einer Verpolung bei elektronischen Bauelementen beruhen lediglich darauf, daß durch spezielle Formgebung des Körpers des zugrundeliegenden elektronischen Bauelementes bei gleichzeitiger Verwendung eines entsprechenden, darauf abgestimmten Aufnahmesockels eine falsche Ausrichtung ausgeschlossen werden kann.

Aus der DE 1 127 477 ist ein Kondensator bekannt, der zwei Anschlußpins und einen Zentrierpin aufweist, die zusammen die Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks bilden. Der Zentrierpin ist separat in einer Kappe des Kondensator befestigt.

Aus Patent abstracts of Japan zu JP 4-146611 AA E-1260 September 7, 1992 Vol. 16/No.423 sind Kondensatoren bekannt, bei denen drei Pins separat durch den Gehäusedeckel geführt sind.

Aus Siemens: "Capacitors 1970", Berst.-Nr. B21/102 101, S. 151 – 154 sind Kondensatoren bekannt, bei denen drei Pins symmetrisch am Gehäuse befestigt sind, ein weiterer Pin dagegen am Gehäusedeckel.

Aus Siemens-Datenbuch 1989/90: "Aluminium- und Tantal Elektrolyt-Kondensatoren" Berst.-Nr. B4-B3898, S. 161 – 162 sind Kondensatoren bekannt, bei denen drei Pins separat durch den Gehäusedeckel geführt sind, die in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind.

Aus Siemens: "SBS" Siemens Bauteile Service Passive Bauelemente und Röhren, April 1993, Berst.-Nr.

B9-P4092, 5.331,332 ist ein Kondensator mit mehreren flachen Anschlußelementen (Doppelflachstecker) in symmetrischer Anordnung bekannt.

Die genannten standardgemäß eingesetzten Verfahren zur Erreichung eines Verpolschutzes besitzen jedoch den Nachteil, daß zum einen eine spezielle Formgebung sowie die Verwendung des darauf abgestimmten Sockels nur bei vergleichsweise hochwertigen elektronischen Bauelementen rentabel sind. Da es sich bei bipolaren elektronischen Bauelementen in der Regel jedoch um Massenbauelemente handelt, ist eine solches Vorgehensweise zwar praktikabel, jedoch unrentabel. Bezüglich des anderen bekannten Standardverfahrens zur Verpolsicherung, bei welchem durch eine bestimmte Codierung, welche durch die Anordnung der einzelnen Anschlußstifte des elektronischen Bauelementes erreicht wird, eine Verpolsicherung vorgenommen wird, stellt sich speziell bei bipolaren elektronischen Bauelementen das Problem, daß mit lediglich zwei Anschlußpins solche vielfältigen Codiermöglichkeiten ausscheiden. In der Regel ergibt sich nach der Fertigung daher die Notwendigkeit, solche ohne ausreichenden Verpolungsschutz montierte bipolare elektronische Bauelemente visuell zu kontrollieren. Häufig sind die auf der Oberfläche der verwendeten bipolaren elektronischen Bauelemente angebrachten Kennzeichen hinsichtlich der Polarität jedoch im montierten Zustand nur unzureichend zu erkennen, da diese beispielsweise aufgrund der hohen Packungsdichte heute konstruierter Flachleiterplatinen verdeckt sind. Aus diesem Grunde ist man bestrebt, auch für bipolare elektronische Bauelemente einen eindeutigen Verpolungsschutz zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein bipolares elektronisches Bauelement so auszugestalten, daß die Gefahr einer Verpolung ausgeschlossen werden kann und die dadurch bedingten Ausfälle in mit diesen Bauelementen aufgebauten elektronischen Schaltungen verhindert werden können. Gleichzeitig soll dadurch eine bisher notwendige visuelle Kontrolle vermieden werden. Aufgrund des in der Regel nur geringen Wertes von bipolaren elektronischen Bauelementen, die zu meist Massenbauelemente darstellen, soll ein solcher Verpolungsschutz möglichst einfach und mit geringen Kosten herzustellen sein.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein bipolares elektronisches Bauelement zur Montage auf Flachleiterplatinen gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. Das erfindungsgemäße Bauelement weist folgende Merkmale auf:

1.1 die zwei Enden eines U-förmig gebogenen Formteils bilden einen Anschlußpin des bipolaren elektronischen Bauelementes und einen zweiten Pin
1.2 ein zweiter L-förmiger Anschlußpin und die aus dem U-förmigen Formteil gebildeten Pins sind auf derselben ebenen Fläche angebracht und in die gleiche Richtung gerichtet,
1.3 die sich gegenüberliegenden Enden des Formteils bilden zusammen mit dem zweiten Anschlußpin des bipolaren elektronischen Bauelementes. die Eckpunkte eines schiefwinkligen Dreiecks mit drei unterschiedlichen Winkeln,
1.4 das Pinrasterbohrbild auf einer zu bestückenden Flachleiterplatine entspricht dem durch die Anschlußpins des aufzunehmenden bipolaren elektronischen Bauelements aufgespannten schiefwinkligen Dreieck.

Eine erfindungsgemäße Fortentwicklung sieht ein Bauelement vor, bei dem mehrere der Pins, ausgewählt aus den aus dem Ü-förmigen Formteil gebildeten Pins und dem zweiten, L-förmigen Anschlußpin, über der genannten ebenen Fläche nicht geradlinig verlaufen und deren äußere, von der Fläche wegweisenden Enden gegeneinander geneigt sind.

Eine im Hinblick auf niedrige Produktionskosten auch bei Einsatz der beiden genannten erfindungsgemäßen Alternativen eines verpolsicheren bipolaren elektronischen Bauelementes besonders effektive Ausgestaltung derselben ermöglicht es, einheitliche Bohrlochdurchmesser für die zu bestückenden Flachleiterplatinen zu verwenden, was den Bestückungsprozeß erleichtert und beschleunigt, weil nur eine Größe von Bohrern vorgehalten und nicht zwischen mehreren Bohrern gewechselt werden muß. Eine solchermaßen vorteilhafte Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
3.1 der zugefügte dritte Pin weist den gleichen Durchmesser auf wie die strom- bzw. spannungsführenden Anschlußpins.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Gefahr einer Verpolung ausgeschlossen werden kann, dadurch bedingte Ausfälle in elektronischen Schaltungen verringert werden, eine bisher notwendige visuelle Kontrolle entfällt, eine bei der herkömmlichen Befestigungsart von bipolaren elektronischen Bauelementen auftretende schlechte mechanisches Festigkeit, die besonders im Falle von groß bemessenen Elektrolytkondensatoren aufgrund der nur an zwei Anschlußstiften vorgenommenen Befestigung auftritt, aufgrund der nun zusätzlich verwendeten Befestigungskomponente verbessert wird. Darüber hinaus läßt sich mit der vorliegenden Erfindung ein besonders günstiger und einfacher Verpolungsschutz erreichen, so daß die dadurch bedingten zusätzlichen Kosten gemessen am relativ geringen Wert von bipolaren elektronischen Bauelementen nur einen geringen Anteil ausmachen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 Draufsicht auf einen Elektrolytkondensator als bipolares elektronisches Bauelement mit separat gesetztem Pin,
2 Seitenansicht zur 1,
3 Vorderansicht zur 1,
4 Flachleiterplatinenbohrbild zur Montage eines Elektrolytkondensators als bipolares elektronisches Bauteil mit separat gesetztem Pin,
5 Draufsicht auf einen Elektrolytkondensator als bipolares elektronisches Bauelement mit zusätzlichem integrierten Pin an einem Stanzbiegeteil,
6 Seitenansicht zur 5,
7 Vorderansicht zur 5.
In der Zeichnung in 1 ist stellvertretend für ein beliebiges bipolares elektronisches Bauelement ein Elektrolytkondensator EK1 dargestellt, welcher eine zylindrische Form aufweist. 1 zeigt eine Draufsicht auf die untere Seitenfläche dieses Elektrolytkondensators. An dieser Fläche sind die beiden elektrischen Anschlüsse in Form jeweils eines metallischen L-förmigen Formteiles, bevorzugterweise eines Stanzbiegeteils, für den positiven Anschluß '+' sowie den negativen Anschluß '–' angebracht. Diese beiden Anschlußpins der Stanzbiegeteile stehen senkrecht auf der Stirnfläche des zylindrischen Elektrolytkondensators EK1. Dabei ist einer der beiden Schenkel breiter als der andere ausgeführt, wobei der schmalere den Anschlußpin bildet, der breitere hingegen zur Befestigung am Körper des Eletrolytkondensators EK1 dient. Zusätzlich ist ein weiterer separater Pin P_SEP an der betrachteten Seitenfläche gesetzt. Dieser Pin weist den gleichen Durchmesser wie die Anschlußpins der Stanzbiegeteile auf und steht wie diese senkrecht auf der betrachteten Seitenfläche des Elektrolytkondensators EK und ist somit in die gleiche Richtung gerichtet.
In der Zeichnung in 2 ist eine Seitenansicht des zylindrischen Elektrolytkondensators EK1 aus 1 gezeigt. Dabei sind sowohl die elektrischen Anschlüsse '+' und '–' der L-förmigen metallischen Stanzbiegeteile sowie der separat gesetzte Pin P_SEP gezeigt, die alle an der gleichen Seitenfläche des zylindrischen Elektrolytkondensators EK angebracht sind und senkrecht auf dieser Fläche stehend in die gleiche Richtung gerichtet sind.
In der Darstellung in 3 ist eine Vorderansicht des zylindrischen Elektrolytkondensators EK1 aus 1 gezeigt. Wiederum sind die elektrischen Anschlußpins '+' und '–' der metallischen Stanzbiegeteile sowie der separat gesetzten Pin P_SEP gezeigt, wobei die elektrischen Anschlußpins '+' und '–' nebeneinander angeordnet sind und einer der elektrischen Anschlußpins den separat gesetzten Pin P_SEP teilweise verdeckt.
In der Zeichnung in 4 ist die Unteransicht einer Flachleiterplatine FLP1 dargestellt, welche ein Leiterplatinenbohrbild zur Montage des in den 1 bis 3 dargestellten Elektrolytkondensators EK1 zeigt. Die einzelnen Bohrungen B+, B– und BP_SEP weisen jeweils den gleichen Bohrlochdurchmesser auf und bilden mit ihren Mittelpunkten die Eckpunkte eines schiefwinkligen Dreiecks.
In der Zeichnung in 5 ist wiederum die Draufsicht auf eine Seitenfläche eines zylindrischen Elektrolytkondensators EK2 gezeigt, wobei an der betrachteten Seitenfläche die elektrischen Anschlußpins des bipolaren elektronischen Bauelementes in Form von metallischen Stanzbiegeteilen angebracht sind. Während das Stanzbiegeteil für den negativen Anschlußpin '–' L-förmig gestaltet ist, handelt es sich bei dem Stanzbiegeteil für den positiven Anschlußpin '+' um ein U-förmiges Stanzbiegeteil. Während das L-förmige Stanzbiegeteil für den negativen Anschlußpin '–' mit einer breiten Befestigungsfläche an der Seitenfläche des zylindrischen Elektrolytkondensators EK2 befestigt ist, ist das senkrecht von der Befestigungsfläche weggerichtete Ende, welches den Anschlußpin darstellt, schmaler ausgeführt. Das andere U-förmige Stanz biegeteil weist an beiden Schenkeln Anschlußpins auf, welche im Vergleich zur Befestigungsfläche des Stanzbiegeteils an der Seitenfläche des zylindrischen Elektrolytkondensators EK schmaler ausgeführt wird. Einer der Anschlußpins stellt den positiven Anschluß '+' dar, der andere den zusätzlichen integrierten Pin P_STANZ zur Verpolsicherung. Für die Funktion des Verpolschutzes ist es jedoch unerheblich, welcher Polarität das L-förmige oder U-förmige Stanzbiegeteil ist.
In der Zeichnung in 6 ist eine Seitenansicht des zylindrischen Elektrolytkondensators EK2 aus 5 dargestellt. Dabei sind die beiden Anschlußpins '+' und P_STANZ des U-förmigen Stanzbiegeteils zu erkennen, welche senkrecht von der Seitenfläche des zylindrischen Elektrolytkondensators EK2 weggerichtet sind. Der Anschlußpin '–' des L-förmigen Stanzbiegeteils wird dabei verdeckt.
In der Zeichnung in 7 ist eine Vorderansicht des zylindrischen Elektrolytkondensators EK2 gezeigt, wobei die beiden nebeneinanderliegenden Stanzbiegeteile mit dem positiven und negativen Anschluß '+' und '–' erkennbar sind. Dabei wird jedoch einer der beiden an dem U-förmigen Stanzbiegeteil befindlichen Anschlußpin '+' oder P_STANZ von seinem davorliegenden gegenüber verdeckt.
Um einen Verpolungsschutz für ein bipolares elektronisches Bauelement herbeizuführen, welches lediglich zwei elektronische Anschlußpins besitzt, steht man vor dem Problem, daß alleine mit zwei gleich dicken Anschlußpins keine Codiermöglichkeit existiert, die eine fehlerhafte Montage durch Verpolung ausschließen kann. Da man aus Kostengründen bestrebt ist, bei der Bohrung der Löcher in der Flachleiterplatine FLP1 bzw. FLP2, welche die Anschlußstifte der elektronischen Bauteile aufnehmen sollen, möglichst nur einen einzigen Bohrdurchmesser zu verwenden, scheidet eine Codierung durch beispielsweise eine unterschiedliche Dicke der Anschlußpins aus. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß ein weiterer separater Pin neben den beiden strom- bzw. spannungsführenden Anschlußpins '+' und '–' gesetzt. Dieser ist wie die beiden anderen Anschlüsse '+' und '–' auch auf derselben ebenen Fläche des bipolaren elektronischen Bauelements angebracht, weist wie diese den gleichen Durchmesser auf, damit die Forderung von einheitlichen Bohrlochdurchmessern im Leiterplattenbohrbild erfüllt werden kann, und ist wie die beiden anderen Anschlußpins senkrecht auf der Befestigungsfläche stehend in die gleiche Richtung wie diese ausgerichtet. Da mit dem Hinzufügen eines separaten Pins, also einem dritten Anschlußpin, nicht automatisch eine eindeutige Codierung der richtigen Polung für die Montage verbunden ist, muß der Ort, an dem der separate Anschlußpin P_SEP neben der elektrischen Anschlußpin '+' geordnet ist, genau bestimmt werden. Bilden die drei Anschlußpins '+', '–' und separater Pin P_SEP beispielsweise die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreieckes, so kann anhand dieser Geometrie keine eindeutige einzig mögliche Anordnungsform des bipolaren elektronischen Bauelementes auf der zu bestückenden Flachleiterplatine FLP1 bzw. FLP2 erreicht werden. Eine eindeutige Codierung ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß der separate Pin P_SEP so gesetzt wird, daß er zusammen mit den elektrischen Anschlußpins '+' und '–' die Eckpunkte eines schiefwinkligen Dreiecks bildet. Die dadurch entstehende geometrische Anordnung ermöglicht es, das bipolare elektronische Bauelement, in den Zeichnungen veranschaulicht durch einen Elektrolytkondensator EK1 bzw. EK2, nur in einer einzigen möglichen Ausrichtung in die darauf abgestimmten Bohrungen der Flachleiterplatine FLP1 bzw. FLP2 einzubringen. Die Bohrungen der Flachleiterplatine sind in ihrem Bohrlochdurchmesser auf den Durchmesser der Pins des bipolaren elektronischen Bauelementes angepaßt. Für jeden Anschlußpin existiert eine entsprechende Bohrung in der Flachleiterplatine FLP1 bzw. FLP2, was anhand von 4 in dem dort dargestellten Leiterplattenbohrbild veranschaulicht ist.
Zum elektrischen Anschlußpin '+' existiert ein kooperierendes Bohrloch B+, zum elektrischen Anschlußpin '–' ein Bohrloch B– und für den separat gesetzten Pin P_SEP ein weiteres Bohrloch BP_SEP. Die Mittelpunkte der genannten Bohrungen der Flachleiterplatine FLP spannen exakt das gleiche schiefwinklige Dreieck auf, wie es durch die Anschlußpins des Elektrolytkondensators EK1 beschrieben wird. Die Zeichnung in 4 stellt zur Veranschaulichung die Unteransicht der Flachleiterplatine FLP1 dar, so daß sich eine spiegelbildliche Symmetrie ergibt, da der Einsatz des bipolaren elektronischen Bauelementes, also des Elektrolytkondensators EK1, auf der gegenüberliegende Seite der Flachleiterplatine FLP1 erfolgt. Auf diese Art und Weise kann das bipolare elektronische Bauelement nur in einer einzigen möglichen, nämlich der richtig polarisierten Ausrichtung auf der Flachleiterplatine FLP montiert werden und ist somit gegen Verdrehen und eine dadurch bedingte Verpolung geschützt. Dadurch können Ausfälle im Gerät vermieden werden und eine bisher notwendige visuelle Kontrolle entfällt.
Die eben dargestellte Vorgehensweise zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß die Integration eines dritten Pins ohne große Umstellung des Produktionsprozesses einfach in die Herstellung des bipolaren elektronischen Bauelementes integriert werden kann. Somit sind die dadurch verursachten Kosten sehr gering, und der Anteil der Kosten für die Verpolschutzmaßnahme vom Gesamtwert des in der Regel niederwertigen Bauelementes ist gering.
Die herkömmlicherweise zur Realisierung von elektronischen Anschlußpins bipolarer elektronischer Bauelemente verwendeten metallischen Stanzbiegeteile stellen sich in der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung somit so dar, daß eines der Stanzbiegeteile nach wie vor L-förmig ausgebildet ist, dasjenige des zweiten elektrischen Anschlußpins jedoch eine U-Form aufweist, wobei die beiden Schenkel des U-förmigen Stanzbiegeteils den zweiten elektrischen Anschlußpin sowie den zur Codierung bzw. dem Verpolschutz benötigten wieteren dritten Pin bilden. Dabei bleibt es dem Entwickler einer das bipolare elektronische Bauelement verwendenden elekt ronischen Schaltung überlassen, ob er lediglich einen dieser beiden letztgenannten Anschlußpins als elektrischen Anschluß benutzt oder aber beide.

Claims

Bipolares elektronisches Bauelement zur Montage auf Flachleiterplatinen mit folgenden Merkmalen: 1.1 die zwei Enden eines U-förmig gebogenen Formteils bilden einen Anschlußpin (+) des bipolaren elektronischen Bauelementes und einen zweiten Pin (P_STANZ), 1.2 ein zweiter L-förmiger Anschlußpin (–) und die aus dem U-förmigen Formteil gebildeten Pins (+,P_STANZ) sind auf derselben ebenen Fläche angebracht und in die gleiche Richtung gerichtet, 1.3 die sich gegenüberliegenden Enden des Formteiles bilden zusammen mit dem zweiten Anschlußpin (–) des bipolaren elektronischen Bauelementes (EK2) die Eckpunkte eines schiefwinkligen Dreiecks mit drei unterschiedlichen Winkeln, 1.4 das Pinrasterbohrbild auf einer zu bestückenden Flachleiterplatine (FLP2) entspricht dem durch die Anschlußpins (+,–,P_STANZ) des aufzunehmenden bipolaren elektronischen Bauelements aufgespannten schiefwinkligen Dreieck.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei dem mehrere der Pins, ausgewählt aus den aus dem U-förmigen Formteil gebildeten Pins und dem zweiten, L-förmigen Anschlußpin, über der genannten ebenen Fläche nicht geradlinig verlaufen und deren äußere, von der Fläche wegweisenden Enden gegeneinander geneigt sind.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Montage auf Flachleiterplatinen mit einheitlichen Leiterplattenbohrlochdurchmessern mit folgendem Merkmal: 3.1 der zweite Pin (P_STANZ) weist den gleichen Durchmesser auf wie die strom- bzw. spannungsführenden Anschlußpins (+,–).