Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen
Kontaktstift und insbesondere einen Einpreßkontaktstift, der in
ein Durchgangsloch eines gedruckten Trägers (Leiterplatte)
eingeführt und in diesem befestigt wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmliche Einpreßkontaktstifte werden zum Beispiel in der
japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 59.54120 (ungeprüft)
offenbart. In EP-A-0.279.061 ist ein Einpreßkontaktstift mit
einem nachgiebigen Teilstück offenbart, welches mit zwei mit
Abstand versehenen starren Teilstücken verbunden ist. Das
nachgiebige Teilstück umfaßt zwei entgegengesetzt angeordnete T-
förmige Segmente, die symmetrisch um die Längsachse positioniert
sind, wobei die Segmente ein Schenkelteilstück und ein
Stabteilstück aufweisen. Die Stabteilstücke umfassen eine äußere
bogenförmige Oberfläche.
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In diesem Gebiet der Technik ist der Durchmesser von in einem
Leiterplattenträger ausgebildeten Durchgangslöchern aufgrund der
sehr hohen Dichte der Teile auf dem Träger sehr gering. Bei einer
Maßstabsverkleinerung eines herkömmlichen Einpreßkontaktstiftes
und bei beibehaltener Form des Stiftes, wird die
Querschnittsfläche des Kontaktstifts sehr klein und demgemäß wird
es schwierig, den Kontaktstift einzuführen, und zwar selbst bei
der minimalen notwendigen Belastung zur Sicherstellung eines
einwandfreien elektrischen und mechanischen Kontakts bei der
Einführung des Stiftes in das Durchkontaktierungsloch.
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Das obengenannte Durchgangsloch ist normalerweise mit Kupfer oder
dergleichen plattiert und eine gewisse Toleranz des
Durchgangslochdurchmessers kann bei der Herstellung nicht
vermieden werden. Somit ist es wünschenswert, daß der
Kontaktstift eine Druckbelastung oberhalb der obengenannten
minimalen Belastung beibehält, selbst wenn verschiedene
Herstellungsabweichungen verursacht werden. Insbesondere bei den
gegenwärtig sehr geringen Durchmessern der Durchgangslöcher und
dem verhältnismäßig großen Einfluß der Toleranzabweichung, ist es
äußerst wünschenswert, daß ein umfassender Bereich von
Herstellungsabweichungen zulässig ist um einen einwandfreien
Kontakt zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Einpreßkontaktstift vor,
der in geeigneter Weise einem gedruckten Träger mit
Durchgangslöchern mit kleinem Durchmesser zugeführt werden kann
und der über einen umfassenden Bereich von
Herstellungsabweichungen des Lochdurchmessers einen einwandfreien
Kontakt erhalten kann.
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Ein erfindungsgemäßer Einpreßkontaktstift umfaßt ein
Befestigungsteilstück, welches aus einem elektrisch leitfähigen
Werkstoff hergestellt ist und zwei Körperteilstücke aufweist, die
sich der Länge nach von mit Abstand versehenen Endstücken
erstrecken. Die Körperteilstücke sind versetzt, um im Querschnitt
um eine zu der Längsachse des Stifts senkrechten Linie eine
symmetrische Form zu bilden. Jedes der Körperteilstücke umfaßt
einen Arm, der sich von der inneren Peripherie des
Körperteilstücks nach innen zur Mitte des Befestigungsteilstücks
erstreckt. Wenn das Befestigungsteilstück in das Durchgangsloch
eingeführt wird und die Körperteilstücke die Innenoberfläche des
Durchgangslochs kontaktieren, so wird auf die Körperteilstücke
eine Druckkraft ausgeübt, welche einen Versatz zwischen den
Körperteilstücken verursacht, was bewirkt, daß ein Ende des Arms
eines Körperteilstücks in sehr guten Kontakt mit der inneren
Umfangsoberfläche des anderen Körperteilstücks gelangt. Der Arm
drückt bei einem weiteren Versatz elastisch gegen die innere
Umfangsoberfläche des anderen Körperteilstücks.
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Ferner ist es möglich, die Enden der beiden Arme miteinander zu
verbinden. Wenn das Befestigungsteilstück in diesem Fall in das
Durchgangsloch eingeführt wird und das Körperteilstück in Kontakt
mit der Innenoberfläche des Durchgangslochs gelangt, erzwingt die
Druckkraft von der Innenoberfläche auf das Körperteilstück eine
Verformung des Befestigungsteilstücks und verringert schließlich
das Verbindungsteilstück der Arme, wodurch der gleiche Effekt
erzeugt wird, wie in dem vorstehend genannten Fall.
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Es ist vorteilhaft, daß das Körperteilstück eine quergeführte
Querschnittsform aufweist, welche der Form des Längsschnitts
eines Schlägerkopfes eines Golfschlägers gleicht.
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Ferner ist es nützlich, einen Flansch vorzusehen, der an einem
der beiden Endstücke senkrecht zu der Stiftachse vorsteht.
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Wenn ein gemäß der obengenannten Beschreibung gestalteter
Kontaktstift in ein Durchgangsloch eines Leiterplattenträgers
eingeführt wird, so wird von der Innenoberfläche des
Durchgangslochs eine Druckkraft auf die Körperteilstücke ausgeübt
und diese versetzt die Enden der Arme der Körperteilstücke von
dem zentralen Teilstück des Befestigungsteilstücks zu dessen
Peripherie, wodurch jedes Körperteilstück zu der Mitte des
Durchgangslochs verschoben wird. Bei zunehmender Druckkraft
gelangt die Spitze des Arms eines Körperteilstücks in Kontakt mit
der inneren Umfangsoberfläche des anderen Körperteilstücks und
der Arm wird elastisch verbogen.
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Da der Querschnitt des Körperteilstücks eine Form aufweist,
welche dem Längsquerschnitt eines Schlägerkopfes eines
Golfschlägers gleicht, kann ein Körperteilstück eher größeren
Bereich verschoben werden, ohne dabei die innere
Umfangsoberfläche des anderen Körperteilstücks zu berühren, wenn
das Körperteilstück eine größere Belastung als die minimale
Belastung aufnimmt, und selbst wenn das Ende des Arms in Kontakt
mit der inneren Umfangsoberfläche gelangt, kann der mögliche
Verschiebungsbereich des Körperteilstücks durch die Flexibilität
der Arme weiter erhöht werden.
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Der sich an einem der Endstücke im rechten Winkel zu der
Stiftachse erstreckende Flansch dient dazu, einen stoppenden
Eingriff zwischen der unteren Oberfläche des Flansches und dem
Leiterplattenträger vorzusehen, wenn der Stift in das
Durchgangsloch eingeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird in bezug auf die beigefügte
Zeichnung genauer beschrieben. Es zeigen:
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Figur 1 eine bruchstückartige Schnittansicht eines
Leiterplattenträgers mit einem erfindungsgemäßen Kontaktstift,
der durch ein Durchgangsloch des Trägers eingeführt ist;
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Figur 2 eine Querschnittsansicht eines Befestigungsteilstücks
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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die Figuren 3 und 4 Querschnittsansichten des Kontaktstiftes aus
Figur 2, der in ein Durchgangsloch eingeführt ist;
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Figur 5A eine Querschnittsansicht eines Befestigungsteilstücks
eines herkömmlichen Kontaktstiftes;
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Figur 5B eine Querschnittsansicht des Kontaktstiftes aus Figur
5A, wobei dieser in ein Durchgangsloch eingeführt ist;
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Figur 6A eine Querschnittsansicht eines Befestigungsteilstücks
eines weiteren herkömmlichen Kontaktstiftes;
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Figur 6B eine Querschnittsansicht des Kontaktstiftes aus Figur
6A, wobei dieser in ein Durchgangsloch eingeführt ist;
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die Figuren 7 bis 9 Graphen, welche die Beziehungen zwischen
Belastungen und Verschiebungen der Körperteilstücke bei einem
herkömmlichen Kontaktstift bzw. einem Kontaktstift gemäß der
vorliegenden Erfindung anzeigen;
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Figur 10 eine Querschnittsansicht eines Befestigungsteilstücks
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Kontaktstiftes der
vorliegenden Erfindung; und
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die Figuren 11 und 12 Querschnittsansichten von
Befestigungsteilstücken gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend werden in bezug auf die beigefügten Zeichnungen
bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, wobei ein Einpreßkontaktstift 8 in ein Durchgangsloch
24 eines Leiterplattenträgers 22 eingeführt und in diesem
angebracht ist.
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Bei dem in der Figur 1 im Querschnitt dargestellten gedruckten
Träger, handelt es sich um einen Glas-Epoxid-Werkstoff, wobei an
beiden Seiten der Platte eine Kupferfolie angeklebt ist, um die
Leiteranschlußflächen 20, 28 zu gestalten. Ferner ist die
Innenoberfläche des Durchgangslochs 24 mit einem Überzug aus
Kupfer oder einem anderen leitfähigen Metall ausgebildet. Der
Durchmesser des Durchgangslochs beträgt etwa 0,6 mm.
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Der integral ausgebildete Kontaktstift 8 umfaßt einen Flansch 12;
oberhalb und unterhalb des Flansches sind entsprechend ein oberes
Endstück 10 und ein unteres Befestigungsendstück 16 angeordnet.
Das untere Endstück 16 umfaßt an seiner Mittelposition die
Befestigungsteilstücke 14, welche mit der Innenoberfläche 26 des
Durchgangslochs 24 eingreifen, wenn der Stift in das
Durchgangsloch des gedruckten Trägers eingeführt wird. Der
Flansch 12 erstreckt sich von dem Stift auf einer zu der
Stiftachse senkrechten Ebene und er dient als Stoppeinrichtung
zur Positionierung des Kontaktstifts in dem gedruckten Träger mit
bestimmter Tiefe. Die untere Kante des Flanschs 12 ist so
adaptiert, daß sie einen engen Kontakt mit einer
Leiteranschlußfläche des gedruckten Trägers herstellt.
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Wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ist das
Befestigungsteilstück 14 des Stiftes 8 in zwei Körperteilstücke
geteilt, die im Querschnitt um eine zu der Stiftachse senkrechten
Linie symmetrisch sind und die als die Teilstücke 30, 40
gekennzeichnet sind, welche die Arme 32 bzw. 42 aufweisen. In dem
in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der
Querschnitt jedes Körperteilstücks eine Form auf, welche dem
Längsquerschnitt eines Schlägerkopfes eines Golfschlägers
gleicht.
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In der Querschnittsansicht erstreckt sich jeder Arm von einem
Ende des Körperteilstücks radial nach innen, zu der Mitte des
Befestigungsteilstücks und die beiden Arme sind voneinander
getrennt.
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Wenn der Stift in das Durchgangsloch des gedruckten Trägers
eingeführt wird, wird die Druckkraft auf jedes der
Körperteilstücke in eine Richtung (radial nach innen) ausgeübt,
die in Figur 2 durch einen Pfeil angezeigt wird, und das
Befestigungsteilstück wird so verformt, daß die Körperteilstücke
angeordnet sind und sich nähern und daß der Durchmesser des
Befestigungsteilstücks erhöht wird, wie dies in Figur 3
dargestellt ist. In diesem Zustand wird eine weitere
punktsymmetrische Querschnittsform des Befestigungsteilstücks
gebildet, wobei sich jeder Arm von dem zentralen Teilstück zu dem
peripheren Teilstück erstreckt und wobei jedes Körperteilstück
einen engen Kontakt mit der Innenoberfläche des Durchgangslochs
aufweist, wodurch eine gute Leitfähigkeit gewährleistet wird.
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Wenn der Innendurchmesser des Durchgangslochs klein ist und die
auf den Stift einwirkende Druckkraft aufgrund einer weiteren
Einführung des Stiftes zunimmt, gelangen die Körperteilstücke an
den Armen 32, 42 aneinander, wie dies in Figur 4 dargestellt ist.
Wenn die Druckkraft noch größer wird, so sinkt das
Befestigungsteilstück geringfügig in die Innenoberfläche 26 des
Durchgangslochs 24 und die Arme 32, 42 der Körperteilstücke sind
elastisch verbogen. Bei einem umfassenden Bereich von
Körperteilstückverschiebungen, kann eine notwendige
Kontaktbelastung folglich beibehalten werden. Und ferner kann ein
ausgezeichneter elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen
dem Stift 8 und der Innenoberfläche des Durchgangslochs erreicht
werden.
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Die Figur 10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, wobei das Befestigungsteilstück so
gestaltet ist, daß die Arme der Körperteilstücke miteinander
verbunden sind. Wenn der Stift in diesem Ausführungsbeispiel in
das Durchgangsloch eingeführt wird und das Befestigungsteilstück
in Kontakt mit der Innenoberfläche des Durchgangslochs gelangt
und eine erhöhte Druckkraft aufnimmt, so wird das
Verbindungsteilstück der Arme durchbrochen und ähnlich zu dem
ersten Ausführungsbeispiel, wird die Spitze des Arms jedes
Körperteilstücks angeordnet und nähert sich der Innenoberfläche
des anderen Körperteilstücks und gelangt in Kontakt mit diesem,
wenn die Druckkraft über eine bestimmtes Ausmaß erhöht wird. Wenn
die Druckkraft weiter zunimmt, funktionieren die Arme auf die
gleiche Art und Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Herkömmliche Einpreßkontaktstifte zweier Arten sind in den
Figuren 5A und 6A im Querschnitt dargestellt. Wenn diese Stifte
in ein Durchgangsloch eines gedruckten Trägers eingeführt werden,
verformen sich die Querschnittsformen der Befestigungsteilstücke
entsprechend gemäß den Darstellungen in den Figuren 5B bzw. 6B.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen Graphen, von denen jeder eine
Beziehung zwischen einer auf ein Befestigungsteilstück wirkenden
Belastung bzw. einer auf die Innenoberfläche eines
Durchgangslochs wirkenden Belastung und einem Versatz des
Körperteilstücks anzeigt, wenn jeder der herkömmlichen
Kontaktstifte in ein Durchgangsloch eingeführt wird.
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Um einen einwandfreien Kontakt zwischen einem
Befestigungsteilstück eines Kontaktstifts und einer
Innenoberfläche eines Durchgangslochs zu erreichen, ist eine
Belastung notwendig, die mindestens so groß ist wie die in den
Figuren angezeigte Belastung P1.
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P1 bezeichnet einen notwendigen Minimumwert für die
Gewährleistung eines einwandfreien elektrischen und mechanischen
Kontakts, und P1 wird durch den Innendurchmesser des
Durchgangslochs, den Außendurchmesser des Stifts vor dessen
Einführung in das Durchgangsloch und das Elastizitätsmodul des
Kontaktstiftes bestimmt.
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In Beispiel 1 eines früheren Kontaktstifts gemäß der Darstellung
in Figur 7, wird der Versatz D1 verursacht, wenn eine minimale
Belastung P1 angewandt wird. Wenn die Belastung zunimmt und der
Versatz auf D2 zunimmt, gelangen einige Teilstücke des
Befestigungsteilstücks in Kontakt miteinander. Folglich wird das
Durchgangsloch beschädigt, wenn die Belastung weiter zunimmt.
Demgemäß ist der zulässige Versatzbereich D1-D2 gering und es ist
für den Stift schwierig, einen einwandfreien Kontakt in einem
gedruckten Träger mit Durchgangslöchern mit geringem Durchmesser
zu erreichen.
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In Beispiel 2 eines früheren Kontaktstifts, der in Figur 8
dargestellt ist, ist der zulässige Versatzbereich eher groß. Wenn
die Absolutwerte der Belastung und des Versatzes jedoch zunehmen,
so bleibt die Verformung des Befestigungsteilstücks jedoch nicht
in einem elastischen Bereich, sondern erreicht einen plastischen
Bereich, wobei die Elastizität des Befestigungsteilstücks
verloren geht und der einwandfreie Kontakt des
Befestigungsteilstücks mit der Innenoberfläche des
Durchgangslochs nicht beibehalten werden kann.
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Der zulässige Versatzbereich D5-D6 bei einem Kontaktstift gemäß
der vorliegenden Erfindung, wie dies in Figur 9 dargestellt ist,
ist hingegen ausreichend groß. Bei dem Versatz D6 gelangt der Arm
eines Körperteilstücks ferner in Kontakt mit dem anderen
Körperteilstück und beginnt eine elastische Verformung und bei
dem Versatz D7 wird die Elastizität des Befestigungsteilstücks
weiter beibehalten. Durch einen erfindungsgemäßen Kontaktstift
kann mit anderen Worten ein umfassender Versatzbereich D5-D7
erreicht werden. Somit wird deutlich, daß ein Einpreßkontaktstift
gemäß der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise durch ein
Durchgangsloch mit geringem Durchmesser eingeführt werden kann.
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In den Figuren 11 und 12 sind Querschnittsansichten von
Kontaktstiften gemäß anderen Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Durch die Anordnung gemaß der vorliegenden Erfindung wird ein
einwandfreier elektrischen und mechanischer Kontakt eines
Einpreßkontaktstifts in einem herkömmlichen gedruckten Träger mit
kleinen Durchgangslöchern ebenso erreicht wie in einem gedruckten
Träger mit wesentlich kleineren Durchgangslöchern aufgrund einer
Vorrichtung mit hoher Dichte.
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Ferner kann die Tiefe des Stiftes genau bestimmt werden, wenn ein
Stift durch ein Durchgangsloch eines gedruckten Trägers
eingeführt wird und zwar dadurch, daß ein Flansch vorgesehen ist.