DE69518157T2

DE69518157T2 - Glatte Kontaktelemente, Verfahren zur Herstellung solcher Elemente und Produkte mit solchen Elementen

Info

Publication number: DE69518157T2
Application number: DE69518157T
Authority: DE
Inventors: Niranjan Kumar Mitra; Petrus Wouter Hendrikus Schalk
Original assignee: Berg Electronics Manufacturing BV
Current assignee: Berg Electronics Manufacturing BV
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2015-12-02
Also published as: WO1997020369A1; DE69518157D1; EP0777306A1; JP2000501225A; EP0777306B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktelements mit wenigstens einer ersten Kontaktfläche zum Kontaktieren einer Gegenkontaktfläche, das mindestens den Schritt des Ausstanzens des Kontaktelements aus einem flachen Rohling mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche und einer vorbestimmten ersten Breite aufweist, wobei die erste Kontaktfläche im wesentlichen senkrecht zur flachen Fläche liegt.
In der Industrie zur Erzeugung von Steckverbindern ist ein derartiges Verfahren bekannt (EP-A-662 733). In dieser Industrie ist es üblich, daß die gegenüberliegenden Kontaktelemente für eine verminderte Abnutzung eine geringe Flächenrauheit aufweisen, um auch nach vielen Kontaktbetriebszyklen einen geringen (stabilen) Kontaktwiderstand zu gewährleisten. Um die gewünschte Steckverbinderleistung zu erreichen, sind nicht nur die topographische Ausbildung und die Schichtdicke der Metallisierung von Kontaktflächen von Bedeutung, sondern auch die Flächenrauheit des darunterliegenden Substratkontaktmaterials. Es ist bekannt, daß die intrinsische Oberflächenrauheit eines Kupferlegierungsstreifens, wie er vom Materialverkäufer nach dem Walzvorgang erhalten wird, entlang der Walzebene in der Größenordnung von einem Zehntel Mikrometer liegt. Die Eingangsmaterialuntersuchung dieses Parameters ist neben anderen Parametern wie z. B. der Abmessung und der Zugfestigkeit eine erste Möglichkeit, um die zukünftige Leistungsfähigkeit und Verwendbarkeit für hochentwickelte Steckverbinderanwendungen vorherzusagen.
Sobald dieses Material einem Stempel für die Stanzoperation zugeführt wurde, um ein Kontaktelement vorbestimmter Form zu erzeugen, erthöht sich seine Rauheit in den Bereichen, in denen es mit dem Stempelwerkzeug in Kontakt gelangt ist. Die entstandene Rauheit hängt von der Oberflächenrauheit des verwendeten Werkzeugs und jedem damit zusammenhängenden Stempelvorgang ab (d. h. Biegen, Prägen, den Rohling ausstanzen usw.). Bei diesen typischen Stempelvorgängen führt z. B. das Ziehen des Materials durch gegenüberliegenden Formaufspannplatten zur geringsten Zunahme der Rauheit. Dagegen wird in Bereichen, die einem Stanz- Ausschneidevorgang unterzogen wurden, mit einer starke Zunahme der Rauheit oder Gratbildung gerechnet. Dies wird auf die Scher/Bruch-Spaltausbreitung in Zusammenhang mit einer komplexen Funktion von Materialdicke, Materialeigenschaften, Stanzgeschwindigkeit und Abmessungsunterschieden (clearance) zwischen dem Stanzwerk zeug und der Prägevertiefung zurückgeführt. Der Fachmann weiß, daß jede gestanzte Kante unvollkommen ist. Unter normalen Umständen ist diese gebrochene Kante aufgrund ihrer starken Rauheit ohne weitere Vorsichtsmaßnahmen nicht als Kontaktfläche der Kontaktelemente verwendbar, die bei der elektrischen Steckverbinderherstellung verwendbar sind.
Die sich ergebenden Rauheiten und Grate oder die wellenförmigen Erhebungen auf solchen Kontaktflächen können teilweise geglättet werden, indem das Element mit einem vorbestimmten, geeigneten Metall (beispielsweise Gold) beschichtet wird. Bei gegenüberliegenden Kontakten eines zweiarmigen, stimmgabelförmigen Kontaktelements kann die Größe des Spalts aber nicht geringer als 0,8 mm eingestellt werden. Derartige Spalte sind zur Gewährleistung einer geeigneten Fortbewegung der Elektrolytflüssigkeit erforderlich, wodurch die Metallbeschichtung der Kontaktflächen möglich wird. In einem solchen Prozeß könnte man die Arme örtlich im Spaltbereich elektrolytisch entgraten oder ätzen. In einem abschließenden Teil dieses Prozesses muß man jedoch den Spalt verkleinern, zum Beispiel indem die Arme des Elements stärker zueinander abgewinkelt werden. In einem derartigen Prozeß ist die Breite der Kontaktfläche aber gleich der ursprünglichen Materialdicke, d. h. ungefähr 0,2 mm. Da ein steckerartiges Kontaktelement oft ein Stift mit einem regelmäßigen Querschnitt einer Breite von ungefähr 0,4 mm ist, würden solche 0,2 mm breiten Kontaktflächen des stimmgabelförmigen Kontaktelements (mit einer Breite an der Kontaktfläche, die im wesentlichen der Breite des Kontaktstiftes entspricht) wie ein "Messer" auf der metallisierten Schicht des zugehörigen steckerartigen Kontaktelements wirken. Für ein typisches steckerartiges Kontaktelement mit einem kreisförmigen Querschnitt sind solche stimmgabelförmigen Kontaktelemente überhaupt nicht geeignet, da sie von der Fläche des steckerförmigen Gegenkontaktelements abrutschen würden, es sei denn, die Stifte wären beispielsweise vom Gehäusehohlraum umgeben.
Um Probleme der Rauheit von Kontaktflächen und relativ kleinerer Kontaktflächenbreiten zu vermeiden, wird die Kontaktfläche von Kontaktelementen üblicherweise von den Steckverbinderdesignern entlang der flachgerollten Ebene des Materials angeordnet. Ein Beispiel eines solchen Kontaktelements nach dem Stand der Technik ist ein gehäuseartiges Kontaktelement 41, wie es schematisch in Fig. 1b gezeigt ist. Das Stanzen wird so ausgeführt, daß ein U-förmiger Querschnitt erhalten wird. Ein derartiges gehäuseartiges Element 41 weist einen zweiarmigen Aufnahmekontakt mit zwei gegenüberliegenden, freitragenden Federarmen 42, 43 mit einem spezifischen Spalt (Untergröße) auf, der mit einem Gegenkontaktstift (Übergröße) (nicht dargestellt in Fig. 1b) zusammenwirkt, was zu einer spezifizierten Normalkontaktkraft führt. Wenn der Querschnitt des Gegenkontaktstifts im Kontaktbereich rund ist, ist der gegenüberliegende Aufnahmekontaktbereich flach. Ist der Stift über dem Kontaktbereich im wesentlichen flach, muß der entsprechende Kontaktbereich des Aufnahmekontakts gekrümmt sein, was in der Praxis üblicherweise eine kreisförmige Vertiefung (nicht gezeigt) auf dem flachgerollten Abschnitt der gestanzten Federarme 42, 43 dieses zweiarmigen Kontakts ist.
Neben der Positionierung des Aufnahmekontakts und des Steckerkontakts in Plastikgehäusen eines Steckverbinders sind Hohlraumeingangs-Einführöffnungen für den Steckverbinder wichtig, um Gegensteckverbinderteile beim Einführ-/Entnahmezyklus gegenseitig zu führen. Zusätzlich ist auf den Kontaktelementen zur Vereinfachung des entsprechenden gegenseitigen Kontakts ein Einführ-Eingangstrichter für den Aufnahmekontakt vorgesehen, der mit dem konischen Abschnitt an dem Ende des Kontaktstifts zusammenwirkt.
Zur Herstellung von gehäuseartigen Kontaktelementen 41 von Fig. 1b gehören normalerweise drei Verarbeitungsschritte: ein Vorstanzen, Beschichten (mit der Ablagerung von Edelmetall auf wenigstens einem im wesentlichen großen Abschnitt der flachgerollten Fläche der Federarme 42, 43), und ein abschließender Stanzvorgang, der einen Vorgang der genauen Bemessung des Spalts einschließt, um die gehäuseförmige Basis der Kontaktarme zu bilden. Solche Kontakte werden benachbart zueinander und durch einen gemeinsamen Trägerstreifen verbunden mit einem Abstand gestanzt, der durch die Stützweite der Federarme 42, 43 im flachen Zustand definiert ist. Der Fachmann weiß, daß neben relativ viel Streifenmaterial und einer Verwendung von Edelmetall die Anzahl der Verfahrensschritte und die Betriebsgeschwindigkeit (aufgrund eines größeren Abstandes zwischen benachbarten Kontaktelementen auf dem Träger) zu einer weniger kostengünstigen Steckerherstellung führen. Außerdem schränken die Abmessungen des Gehäusequerschnitts solcher Kontaktelemente die Möglichkeiten der Reduzierung des Verbinderabstands bei dem allgemeinen Trend ein, elektronische Schaltungen zu miniaturisieren. Schließlich liegen alle Hohlräume eines Steckverbinders mit mehreren solchen U-förmigen, zweiarmigen, nebeneinanderliegenden, aber durch eine isolierende Wand getrennten Gehäusekontakten relativ nah beieinander, wodurch das gegenseitige Übersprechen in elektrischen Hochgeschwindigkeits-Steckverbinderanwendungen verstärkt wird.
Bei den heutigen Anforderungen bezüglich einer höheren Anzahl von Signalen pro Oberflächenbereich von gedrucktem Leiterplatten (und auch bei verringertem Gehäusevolumen) zusammen mit einer beträchtlichen Taktfrequenz der elektronischen Signale und sehr strengen Abschirmungsbedingungen sind Alternativen zu den zweiarmigen Gehäusekontaktelementen wünschenswert. Außerdem sollte ein derartiges Konzept gleichzeitig die gegenseitige Signalkopplung zwischen benachbarten Kontakten verringern. Hierfür kann ein attraktives, bereits bekanntes, stimmgabelförmiges Konzept verwendet werden, das in Fig. 1a gezeigt ist.
Das in Fig. 1a gezeigte, übliche, stimmgabelförmige Kontaktelement 1 ist in einem Hohlraum eines im Querschnitt dargestellten Steckverbinders 31 angeordnet. Das Kontaktelement 1 weist zwei gegenüberliegende Arme 2, 3 auf, die Kontaktflächen 4, 5 für den Kontakt mit einem Gegenkontaktelement, beispielsweise einem steckerförmigen Element 6 (gezeigt in den Fig. 2a, 2b, 2c) aufweisen. Für den Gegenkontakt mit dem steckerförmigen Element 6 wird letzteres entlang einer Mittellinienachse x des stimmgabelförmigen Elements 1 eingeführt, die symmetrisch zwischen den beiden Armen 2, 3 angeordnet ist. Um das Einführen eines steckerförmigen Gegenelements 6 zu erleichtern, weisen die Kontaktflächen 4, 5 trichterartig aufgeweitete Einführabschnitte 4', 5' auf, wie es in Fig. 1a gezeigt ist.
Da die Materialdicke für einen stimmgabelförmigen Kontakt der Materialdicke für ein gehäuseartiges Element 41 entspricht, sind die Federarme 2, 3 des stimmgabelförmigen Kontaktelements 1 steifer, aufgrund des neuen Trägheitsmoments, wie es in der theoretischen Kräfteablenkungsgleichung anwendbar ist (d. h. es Wird eine längere Federarmlänge oder eine reduzierte Materialdicke oder eine Kombination davon für die gleiche Normalkraftanforderung benötigt), und es kann ein positiver Beitrag zur Miniaturisierung geleistet werden. Da der Stanzvorgang das Stanzschneiden beinhaltet, um den Kontaktspalt zwischen den Kontaktflächen 4 und 5 auszubilden, kann eine genaue Spaltgrößensteuerung (wie sie notwendig ist, um der Kontaktnormalkraft zu genügen und um die Einführ-/Entnahmekräfte innerhalb erlaubter Grenzen zu halten), angewandt werden. Allerdings befindet sich der Kontaktbereich beim stimmgabelförmigen Konzept auf der gestanzten (abgegrateten) Kante der Federarme. Die sich, wie oben erklärt, aus der Scherbrechung ergebende hohe Rauheit führt zu einem ungewollten, beschleunigten Verschleiß an der Kontaktschnittstelle. Versuche haben gezeigt, daß Verbindungen mit derartigen Kontakten bei geeigneter Kontaktanordnung bestenfalls 20 Zyklen aushalten, ehe die Metallsierung bricht, wodurch die Verbindung fehlerhaft wird. Obwohl das stimmgabelförmige Konzept anscheinend die Anforderungen an die Kontakt- (und damit Steckverbinder- )miniaturisierung und elektronische Hochgeschwindigkeits-Schaltungsanordnungen erfüllt, erfüllt es jedoch nicht die Voraussetzung einer glatten (vorhersehbare geringe Rauheit) Kontaktfläche, um Steckverbinderzyklen auszuhalten (mit einem Minimum von 200 Zyklen bei Telekommunikationsanwendungen), wie es bei Hochleistungs- Steckverbindern erwartet wird.
Nachfolgend werden praktische Schwierigkeiten mit dem stimmgabelförmigen Konzept unter Bezugnahme auf die Fig. 2a, 2b und 2c besprochen.
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt der beiden Arme 2, 3, während sie elektrisch und mechanisch mit dem Gegenkontaktelement 6 in Kontakt stehen, das ein punktförmiges Ende 7 zur leichteren Einfügung zwischen die beiden Arme 2, 3 aufweisen kann. In Fig. 2a ist die "ideale" Situation gezeigt, in der die beiden Arme 2, 3 immer noch in einer Ebene liegen und das Gegenkontaktelement 6 entlang der Mittellinienachse x eingefügt ist. Die Kontaktflächen 4, 5 der Arme 2, 3 sind mit rauhen Oberflächen dargestellt, die aufgrund des Stanzverfahrens zur Herstellung des Kontaktelements 1 Grate aufweisen.
Neben den Graten und den unebenen Kontaktflächen 4, 5 kann die in Fig. 2a gezeigte Kontaktsituation aus zwei Gründen für relativ ideal gehalten werden:
a. die Achse des Gegenkontaktelements 6 fällt im wesentlichen mit der Mittellinienachse x (Fig. 1a) zusammen; somit kann die Normalkraft über die gezeigten, winzigen Flächenunebenheiten verteilt werden, obwohl dies örtlich hohe Drücke an diesen unebenen Stellen erzeugt;
b. die Materialdicke der Arme 2, 3 des Kontaktelements 1 ist, wie in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigt, gleich der oder größer als die tatsächliche Breite des Gegenkontaktelements 6 im Kontaktflächenbereich. Es muß betont werden, daß das Ziel eines Steckverbinderdesigners darin besteht, daß eine Kontaktfläche des Aufnahmekontaktelements wesentlich größer ist als die Oberfläche des Kontaktstifts an der Schnittstelle.
Tatsächlich ergibt sich jedoch häufig eine weniger ideale Situation. Fig. 2b zeigt eine Situation, in der die Arme 2, 3 immer noch im wesentlichen innerhalb einer Ebene liegen, in der aber das Gegenkontaktelement 6 in Bezug auf die Mittellinienachse x verschoben ist. Fig. 2c zeigt eine Situation, in der nicht nur das Gegenkontaktelement 6, sondern auch einer der beiden Arme 2, 3 um einen Betrag Δx in Bezug auf die Mittellinienachse x verschoben ist. Letztere Verschiebung ist oft das Ergebnis einer schlechten Stempelanpassung beim Stanzvorgang.
In beiden in den Fig. 2b und 2c gezeigten Situationen besteht die große Gefahr, daß eine "scharfe" Kante eines der Arme 2, 3 auf dem Gegenkontaktelement 6 verläuft. Dies führt zu einem unbeabsichtigten Bruch der Metallisierung des Elements in der Mitte des Elements 6, die durch Bezugszeichen 32 angegeben ist, wodurch die Wirksamkeit der Verbindung zwischen den Kontaktelementen 1 und 6 beeinträchtigt wird. Bei den in den Fig. 2b und 2c gezeigten Situationen haben Untersuchungen gezeigt, daß die Anzahl der Verbindungs- und Entriegelungszyklen z. B. nur zwei Zyklen betragen kann.
Die Lehren nach dem Stand der Technik zeigen eine Alternative, die ein stimmgabelförmiges Kontaktelement 51 verwendet, das die in Fig. 1c gezeigten, gekrümmten Armen 52, 53 aufweist. Ähnlich gekrümmte Armkontaktelemente sind beispielsweise in US-A-4 743 208 und US-A-5 199 886 gezeigt. Solche gekrümmten Armkontaktelemente 51 haben den Vorteil eines Stimmgabelkonzepts, und durch Krümmen der Federarme 52, 53 um 90º werden die Kontaktflächen 54, 55 im wesentlichen zur ursprünglich walzgerollten Fläche des Streifenmaterials mit reduzierter Flächenrauheit, aus dem das Element 51 erzeugt wird. In der Praxis weist das Konzept der gekrümmten Armkontaktelemente jedoch die folgenden Probleme auf:
a. aufgrund des geringen gegenseitigen Abstandes und Zwischenraums zwischen benachbarten Elementen (nach dem Stanzen werden alle Elemente nebeneinander zu einem gemeinsamen Steckverbinderträger zusammengeschlossen) ist es schwierig, die Arme des stimmgabelförmigen Elements nach dem ersten Stanzen zu krümmen;
b. die Krümmung der Arme kann nur bei hochdehnbarem, relativ teurem Cupronickel- oder Berylliumkupfermaterial erfolgreich durchgeführt werden, und nicht bei dem relativ günstigen Phosphorbronzekupfermaterial, das normalerweise in der Steckverbinderindustrie verwendet wird. Bei der Krümmung von Phosphorbronze entstehen Risse im Material am Anfang der Armkrümmung. Dies führt schließlich zu einem Verlust der Kontaktnormalkraft bei der Verwendung des Steckverbinders;
c. die Präzision der Größe des Spalts, der sich nach der Krümmung der gegenüberliegenden Arme des Elements ergibt, ist bei schnellen Stanzvorgängen schwierig zu steuern.
Neben den miteinander verbundenen Nachteilen rauher und mit Graten versehener Kontaktflächen hat die Verwendung stimmgabelförmiger Elemente viele inhärente Vorteile. Folglich sollte die Verwendung von (flachen) gestanzten, stimmgabelförmigen Kontaktelementen weiterverfolgt werden, unter der Voraussetzung, daß die damit verbundenen Nachteile beseitigt werden können. Verglichen mit gehäuseartigen Elementen können stimmgabelförmige Kontaktelemente in einem einfacheren Verfahren gestanzt werden, und der Kontaktabstand auf dem Träger kann geringer ausfallen, beispielsweise 2 mm, wodurch weniger Material pro Element benötigt wird. Wenn stimmgabelförmige Kontaktelemente in das Steckverbindergehäuse für einen Verbinder mit vielen Reihen und vielen Spalten eingeführt werden, wird außerdem ein größerer gegenseitiger Abstand zwischen benachbarten Elementen erreicht als bei gehäuseartigen Elementen. Somit wird bei stimmgabelförmigen Kontaktelementen die Kopplung zwischen benachbarten Kontakten (Übersprechen) bei Hochfrequenz-Anwendungen verringert. Daher haben bei zukünftigen Steckverbinderanwendungen stimmgabelförmige Kontaktelemente einige Vorteile gegenüber gehäuseartigen Elementen.
Neben dieser spezifischen Nachfrage nach stimmgabelförmigen Kontaktelementen gibt es einen allgemeinen Bedarf, Kontaktflächen von Kontaktelementen zu glätten, wobei die Kontaktflächen durch Stanzvorgänge erhalten werden und äls die Kanten senkrecht zur Stanzrichtung definiert sind.
Daher ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein allgemeines Verfahren zum Glätten solcher Kontaktflächen anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Glätten gegenüberliegender Kontaktflächen von zweiarmigen, stimmgabelförmigen Kontaktelementen derart, daß eine gut definierte Spaltgröße erhalten wird. Vorzugsweise ist bei einem derartigen Verfahren die tatsächliche Kontaktfläche breiter als die ursprüngliche Lagerbreite.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahrens zur Bildung einer geglätteten Kontaktflächenkontur von Preßpaßkontaktelementen, die vorzugswei se einen "konisch erweiterten" Querschnitt haben, d. h. mit einer Breitenzunahme der Materialdicke nach außen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Kontaktelementen mit geglätteten Kontaktflächen und von Produkten, die solche Kontaktflächen aufweisen, wobei die Elemente aus dünnem, d. h. in einem Bereich bis zu 1 mm dicken, flachem Stapelmaterial hergestellt werden.
Die erste oben erwähnte Aufgabe wird durch die Verwendung eines Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erreicht, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- Drücken der ersten Kontaktfläche gegen eine erste, stark geglättete Fläche eines Haltewerkzeugs, wobei die erste geglättete Fläche eine erste vorbestimmte Form hat,
- Ausüben einer ersten vorbestimmten Kraft auf das Kontaktelement, um die erste Kontaktfläche gegen die erste, stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs zu verformen, wodurch die erste Kontaktfläche geglättet wird.
Durch dieses Verfahren wird die ursprüngliche, rauhe Kontaktfläche dadurch stark geglättet, daß sie gegen die stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs gedrückt wird, wodurch die Nachteile der rauhen Kontaktflächen nach dem Stand der Technik vermieden werden.
Vorzugsweise wird die erste vorbestimmte Kraft so ausgeübt und ist die erste vorbestimmte Form derart, daß nach dem letzten Schritt die erste Kontaktfläche eine zweite Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite. Damit kann die frühere "Messer"-Wirkung der Kontaktfläche während der Herstellung des Kontakts vermieden werden.
In einer Ausführungsform betrifft das Verfahren die Herstellung von stimmgabelförmigen Elementen. Das Kontaktelement weist dann außerdem eine zweite Kontaktfläche auf, die im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche und gegenüber der ersten Kontaktfläche liegt, wodurch ein Spalt für die Aufnahme eines Gegenkontaktelements entsteht, wobei das Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte aufweist:
- Drücken der zweiten Kontaktfläche gegen eine zweite, stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs, wobei die zweite geglättete Fläche eine zweite vorbestimmte Form aufweist,
- Ausüben einer zweiten vorbestimmten Kraft auf das Kontaktelement, um die zweite Kontaktfläche gegen die zweite, stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs zu verformen, wodurch die zweite Kontaktfläche geglättet wird.
Durch eine solche Herstellung von stimmgabelförmigen Elementen wird auch eine sehr genaue, gesteuerte Spaltgröße zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche erreicht, da die Spaltgröße vom Haltewerkzeug bestimmt wird.
Vorzugsweise wird die zweite vorbestimmte Kraft so ausgeübt und ist die zweite vorbestimmte Form derart, daß nach dem letzten Schritt die zweite Kontaktfläche eine dritte Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite.
Die erste Fläche des Haltewerkzeugs kann jede gewünschte Form aufweisen, aber in einer Ausführungsform ist sie derart ausgebildet, daß sie die erste Kontaktfläche derart formt, daß eine Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur glatten Fläche im wesentlichen geradlinig ist.
Außerdem kann die zweite Fläche des Haltewerkzeugs so ausgebildet sein, daß die zweite Kontaktfläche so geformt wird, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche und der Querschnittsebene im wesentlichen geradlinig ist. Eine solche Form wird bei einer Steckverbinderkonfiguration mit Kontaktstiften mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt.
Alternativ kann die erste Fläche des Haltewerkzeugs so ausgebildet sein, daß die erste Kontaktfläche so geformt wird, daß eine Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen gekrümmt ist. Dann ist auch die zweite Fläche des Haltewerkzeugs vorzugsweise so ausgebildet, daß die zweite Kontaktfläche so geformt wird, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche und der Querschnittsebene im wesentlichen gekrümmt ist. Eine solche Form wird bei Steckverbinderkonfigurationen mit Kontaktstift mit rechteckigem Querschnitt bevorzugt.
Das Glätten und die mögliche Verbreiterung der Kontaktflächen kann mit speziell geformten Stanzwerkzeugen erfolgen. Diese Stanzwerkzeuge können entweder im wesentlichen senkrecht zu den flachen Flächen des Elements oder im wesentlichen parallel zu den flachen Flächen des Elements und in Richtung der stark geglätteten Fläche(n) des Haltewerkzeugs geführt werden, um die für die Glättung und die mögliche Verbreiterung der Kontaktflächen benötigten Kräfte auszuüben.
Die vorliegende Erfindung ist, wie nachfolgend erklärt wird, ebenso bei Preßpaßelementen anwendbar.
Das Preßpassen von Steckverbindern auf bedruckte Leiterplatten (PCB) ist eine übliche Praxis. Aktuelle Technologietrends, mit der Verwendung von Multischichtplatten bei elektronischen Schaltungen, zwingen zur Verwendung eines Steckverbinders mit geringem Zwischenabstand, um Eingabe-/Ausgabeanforderungen hoher Dichte zu erfüllen. Folglich wird der hintere Abschnitt des Preßpaßteils oft mit einem dünnen Stapelverbinderelement verbunden. Außerdem ist das Preßpaßelement oft auf einem hinteren Abschnitt angeordnet, der einen 90º-Winkel zur Achse des Aufnahmekontaktelements bildet, beispielsweise zur Verwendung in rechtwinkligen Steckverbindern. In solchen extremen Fällen sind die Positionierung und die Preßpassung an gedruckte Leiterplatten besonders schwierig. Insbesondere sind die Werkzeugbestückung und die Einrichtung zur Durchführung der Preßpassung, einschließlich der Kraftübertragung auf das Preßpaßende, ein kritischer Punkt. Es muß ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen den Gestaltungsparametern erreicht werden, indem die Stecker/Buchsen-Einführungs/Entnahmekräfte, die Einrichtungen zum Anbringen des Steckverbinders auf der Leiterplatte, der Schaden an metallisierten Durchgangslöchern in der Leiterplatte und die Spannungsrelaxation an der Verbindungsstelle zwischen dem Preßpaßfederelement und dem metallisierten Durchgangsloch in der Leiterplatte analysiert werden.
Preßpaßkontaktelemente für relativ breite Zwischenräume hatten in der Vergangenheit üblicherweise einen quadratischen (massiven) Querschnitt. Die diagonale Übergröße bei metallisierten Durchgangslöchern (PTH) ergab ein wirksames Maß zur Aufrechterhaltung der elektrisch/mechanischen Einheit der Preßpaßverbindung. Zunächst definierten die elastoplastischen, mechanischen Verformungen und die Eigenschaften des Leiterplattenmaterials die Haltekraftwerte des Preßpaßquerschnitts. Solche Preßpaßsysteme mit massiven Preßpaßkontaktelementen bedeuten allgemein ho he Einführkräfte, eine örtliche Leiterplattenkrümmung und eine mögliche Gefahr, daß ein Bruch der Metallisierung des Durchgangskontaktlochs die Steckverbinderqualität beeinflußt. Diese Faktoren sind von besonderer Bedeutung bei der Anwendung mit Multischicht-Leiterplatten. Somit ist der technische Gedanke bei der Entwicklung von speziellen federnden Preßpaßkontaktelementen klar. Verschiedene Ausbildungen wurden in der Patentliteratur in geeigneter Weise dokumentiert.
Von besonderem Interesse hierbei ist die Entwicklung von Preßpaßsteckverbindungen aus dünnen Stapelmaterialien. Eine wichtige Anforderung bleibt jedoch ein Minimum an Rückhaltekraft an der Preßpaßschnittstelle, um die Integrität der Verbindung zu gewährleisten. Der Übergang des Kontaktes in dem Preßpaßbereich ist bei solch dünnem Lagermaterial relativ schwach und Einführungsschwierigkeiten müssen bei der Entwicklung des Kontaktelements berücksichtigt werden. Da das Material dünn ist, durchschneiden die Kanten auch leicht die Metallisierung des Durchgangslochs, was die Qualität der elektromechanischen Verbindung beeinträchigt. Somit besteht neben dem Konzept einer elastischen Verformung (wobei die Federüberdehnung des Preßpaßbereichs während der Anwendung und Verwendung vermieden wird) ein Bedarf, den jeweiligen Kontaktbereich zwischen dem Preßpaßkontaktelement und dem metallisierten Durchgangsloch in der gedruckten Leiterplatte zu vergrößern. Dies würde eine örtliche Beanspruchung verringern, wodurch ein Bruch der Metallisierung des Loches verhindert wird.
Somit betrifft das oben definierte Verfahren auch Preßpaßkontaktelemente, die außerdem eine zweite Kontaktfläche aufweisen, die zur ersten Kontaktfläche im wesentlichen parallel ist und ihr gegenüberliegt, wobei die erste und die zweite Kontaktfläche für eine Preßpaßverbindung mit einem metallisierten Durchgangsloch, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte, angeordnet sind, wobei die oben definierten Verfahrensschritte zusätzlich die folgenden Schritte aufweisen:
- Drücken der zweiten Kontaktfläche gegen eine zweite, stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs, wobei die zweite Fläche eine zweite vorbestimmte Form aufweist,
- Ausüben einer vorbestimmten Kraft auf das Preßpaßelement, um die zweite Kontaktfläche gegen die zweite, stark geglättete Fläche des Haltewerkzeugs zu verformen, wodurch die zweite Kontaktfläche geglättet wird, wobei es vorzugsweise eine dritte Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite, beispielsweise in Form eines konisch zulaufenden oder eines konisch erweiterten Querschnitts.
Vorzugsweise ist die erste Fläche des Haltewerkzeugs bei einem derartigen Preßpaßelement so ausgebildet, daß die erste Kontaktfläche so geformt wird, daß eine erste Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen gekrümmt ist und/oder die zweite Fläche des Haltewerkzeugs derart ausgebildet ist, daß die zweite Kontaktfläche so geformt wird, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche und der Querschnittsebene im wesentlichen gekrümmt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Kontaktelement mit mindestens einer ersten Kontaktfläche, die einen Gegenkontaktbereich kontaktiert und aus einem Rohling mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche mit einer vorbestimmten ersten Dicke ausgestanzt wird, wobei die erste Kontaktfläche im wesentlichen senkrecht zu der flachen Fläche liegt und stark geglättet wird, indem die erste Kontaktfläche gegen eine erste stark geglättete Fläche eines Haltewerkzeugs gedrückt wird.
Vorzugsweise weist die erste Kontaktfläche eine zweite Breite auf, die breiter ist als die erste Breite.
Das erfindungsgemäße Kontaktelement kann außerdem eine zweite Kontaktfläche aufweisen, die im wesentlichen senkrecht zu der flachen Fläche und gegenüber der ersten Kontaktfläche liegt, um einen Spalt zur Aufnahme eines Gegenkontaktelements zu liefern, wobei die zweite Kontaktfläche stark geglättet ist.
Vorzugsweise weist die zweite Kontaktfläche eine dritte Breite auf, die breiter ist als die erste Breite.
Ein derartiges Kontaktelement kann ein Preßpaßelement mit stark geglätteten und möglicherweise verbreiteten Kontaktflächen sein.
Die Erfindung betrifft auch einen Steckverbinder mit mindestens einem Kontaktelement, das nach einem der oben beschriebenen bzw. einem oben definierten Verfahren hergestellt wurde.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Anordnung eines Substrats und mindestens eines Kontaktelements, das nach einem der oben beschriebenen bzw. einem oben definierten Verfahren hergestellt wurde, wobei das mindestens eine Kontaktelement am Substrat befestigt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen erklärt, die die Erfindung darstellen, aber nicht einschränken.
Die Fig. 1a, 1b und 1c zeigen ein stimmgabelförmiges Kontaktelement bzw. ein gehäuseartiges Kontaktelement bzw. ein stimmgabelförmiges Kontaktelement mit gekrümmten Armen gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2a zeigt einen seitlichen Querschnitt durch das Kontaktelement gemäß Fig. 1a entlang der Linie IIa-IIa, das in elektrischem Kontakt mit einem steckerartigen Gegenkontaktelement steht;
die Fig. 2b und 2c zeigen alternative seitliche Querschnitte durch das Kontaktelement aus Fig. 1a;
Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht eines stimmgabelförmigen erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 3b zeigt eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Kontaktelement aus Fig. 3a;
Die Fig. 3c und 3d zeigen Querschnittsansichten des Kontaktelements aus Fig. 3a entlang den Linien IIIc-IIIc und IIId-IIId;
Fig. 3e zeigt eine alternative Aufsicht auf das Kontaktelement aus Fig. 3a;
die Fig. 4a, 4b zeigen Querschnittsansichten wie die Fig. 3c, 3d, jedoch von einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 5a zeigt das Kontaktelement aus Fig. 3a und ein mittleres Haltewerkzeug zur Herstellung eines derartigen Kontaktelements;
Fig. 5b zeigt einen Querschnitt durch das in Fig. 5a gezeigte, mittlere Haltewerkzeug und einen Querschnitt durch ein seitliches Haltewerkzeug, die zusammen das Kontaktelement bilden;
Fig. 6a, 6b zeigen erfindungsgemäße einarmige Kontaktelemente;
Fig. 6c zeigt erfindungsgemäße einarmige Kontaktelemente, die als Kantenkartenverbinder für die direkte Verbindung zu Leiterbahnen einer Leiterplatte verwendet werden;
Fig. 6d zeigt erfindungsgemäße einarmige Kontaktelemente, die an gegenüberliegende Flächen eines Substrates angeschlossen und so angeordnet sind, daß sie mit einem in Fig. 6c gezeigten Kantenkartenverbinder zusammenwirken;
Fig. 7a zeigt ein Preßpaßelement mit geglätteten Flächen;
Fig. 7b zeigt einen Querschnitt durch das Preßpaßelement entlang der Linie VIIb- VIIb in Fig. 7a, sowie Querschnitte durch ein stark geglättetes Haltewerkzeug und durch Stanzwerkzeuge, die zur Herstellung des Preßpaßelements verwendet werden;
Fig. 8a zeigt ein alternatives, zweiarmiges, stimmgabelfbrmiges Element mit geglätteten Kontaktflächen, und
Fig. 8b zeigt ein Verfahren zur Herstellung des zweiarmigen stimmgabelförmigen Kontaktelements aus Fig. 8a.
In den Fig. 3a-3e ist ein erfindungsgemäßes stimmgabelförmiges Element 1 dargestellt. Es entspricht dem Element nach dem Stand der Technik in Fig. 1a bis auf Vertiefungen 8-11 und Verlängerungen 12-15, die sich aus dem Herstellungsverfahren ergeben. Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht des Elements 1, während Fig. 3b eine Aufsicht auf die Vorderseite des Elements 1 zeigt, das mit einem Gegenelement 6 (Fig. 2a-2c) verbunden werden soll. In Fig. 3b sind die Verlängerungen 12, 13 des Arms 3 zu sehen. Fig. 3e zeigt eine Aufsicht auf das Element 1 in einer weiteren Ausführungsform, in der die Arme 2, 3 in Bezug auf die Mittelachse x so gekrümmt sind, daß der Endabschnitt des versetzt geformten Elements nicht mit der Mittelachse x zusammenfällt. In der Ausführungsform gemäß Fig. 3e kann also ein stiftartiges Gegenkontaktelement 6 tiefer zwischen die beiden Arme 2, 3 eingeführt werden, ohne daß es durch den hinteren Teil des Elements 1 angehalten wird. Folglich können vorhandene, relativ lange, stiftartige Elemente 6 vom Element 1 aufgenommen werden, selbst wenn die Arme 2, 3 kürzer sind als bei den stimmgabelförmigen Elementen nach dem Stand der Technik.
Fig. 3c zeigt einen Querschnitt durch das Element 1 entlang der Linie IIIc-IIIc in Fig. 3a, während Fig. 3d einen Querschnitt durch das Element 1 entlang der Linie IIId- IIId von Fig. 3a zeigt. Fig. 3d zeigt klar die Vertiefungen 8-11 über den Verlängerungen 12-15 an diesen Stellen der Arme 2, 3. Die an die Materialfläche anschließenden Verlängerungen 12, 13 und 14, 15 sind die Aufnahmeflächen, die mit entsprechenden Flächen des Kontaktstifts 6 zusammenpassen. Die Kontaktflächen 4, 5 der Arme 2, 3 sind in Bezug auf die Breite der Arme 2, 3 verbreitert und durch den nachfolgend beschriebenen Herstellungsprozeß sehr stark geglättet. Die Breite der Kontaktflächen 4, 5 kann geringer als 1,0 mm sein und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 0,5 bis 0,6 mm, während die Breite der Arme 2, 3 1,0 mm oder weniger betragen kann und vorzugsweise im Bereich bis zu 0,5 mm, beispielsweise 0,3 mm, liegt. Der dazugehörige Kontaktspalt hängt von der benötigten Normalkraft ab und liegt für eine Kraft von 0,5 N üblicherweise in der Größenordnung von 0,2 mm.
Die Kontaktflächen 4, 5 sind im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen der Arme 2, 3. In der Ausführungsform gemäß den Fig. 3c, 3d sind die Schnittlinien zwischen den Kontaktflächen 4, 5 und der Querschnittsfläche entlang den Linien IIIc- IIIc und IIId-IIId geradlinig. Die Ausführungsform gemäß den Fig. 3c, 3d wird bevorzugt, wenn das Gegenkontaktelement 6 einen runden Querschnitt hat. Jedoch können diese Schnittlinien gekrümmt sein, wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, die Querschnitte durch das Element 1 ähnlich den Querschnitten der Fig. 3c bzw. 3d zeigen, jedoch gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform gemäß den Fig. 4a, 4b wird bevorzugt, wenn das Gegenelement 6 einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Anstelle geradliniger oder gekrümmter (entweder konvexer oder konkaver) Schnittlinien können wunschgemäß auch anders geformte Schnittlinien verwendet werden. Die in den Fig. 3c, 3d, 4a, 4b gezeigten Querschnitte wurden jedoch gezeigt, um die Wirkungsweise der Kontaktformung und Spaltgrößendefinition darzustellen.
Fig. 5a zeigt einen Querschnitt durch ein speziell geformtes, mittleres Haltewerkzeug 16, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elemente verwendet wird. Fig. 5b zeigt einen Querschnitt durch speziell geformte, seitliche Haltestanzwerkzeuge 28, 29 (nicht gezeigt in Fig. 5a), die gleichzeitig mit dem Haltewerkzeug 16 in einer Ebene senkrecht zu den Armen 2, 3 entlang der in Fig. 5a gezeigten Linie Vb-Vb verwendet werden. Man erkennt, daß die Formen der Stanzwerkzeugflächen 33, 34 der seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 den Seitenflächen der Arme 2, 3 entsprechen. Die Flächen 27, 30 des mittleren Haltewerkzeugs 16 in Fig. 5b sind stark geglättet. Die Stanzwerkzeugflächen 33, 34 müssen nicht stark geglättet sein, obwohl es bekannt ist, daß eine glatte Kontur den Materialfluß bei einem Preßschritt (siehe unten) begünstigt.
Nun wird das Herstellungsverfahren eines Elements mit Hilfe des Haltewerkzeugs 16 und der Stanzwerkzeuge 28, 29 beschrieben. Nachdem das stimmgabelförmige Element 1 aus einem Rohling ausgestanzt wurde, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist, wird das Haltewerkzeug 16 zwischen die Arme 2, 3 des Elements 1 entlang der Mittellinienachse x in einer durch den Pfeil P 1 angedeuteten Richtung bis zu der in Fig. 5a gezeigten Position eingeführt. Dann werden die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 zu den Armen 2, 3 in Richtungen bewegt, die durch die Pfeile P2 bzw. P3 angedeutet sind. Zu diesem Zeitpunkt sind die Seitenflächen der Arme 2, 3 immer noch im wesentlichen flach (nicht gezeigt). Die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 werden gegen die Seitenflächen der Arme 2, 3 gedrückt und legen eine vorbestimmte Kraft an, um die Arme 2, 3 an den Seitenflächen örtlich einzudrücken und zusammenzudrücken. Die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 sind so geformt, daß sie einen Materialfluß der Arme 2, 3 in eine Richtung weg von den Kontaktflächen 4, 5 verhindern und einen Materialfluß zu den Flächen 27, 30 des mittleren Haltewerkzeugs 16 bewirken. Das Material der Arme 2, 3 wird somit durch Zusammendrücken zum Fließen gezwungen, um die gegenseitige Öffnung zwischen den seitlichen Haltestanzwerkzeugen 28, 29 und den Flächen 27, 30 zu füllen, wodurch die Verlängerungen 12, 13, 14, 15 und Vertiefungen 8, 9, 10, 11 gebildet werden. Da die Flächen 27, 30 des mittleren Haltewerkzeugs 16 stark geglättet sind, werden die Kontaktflächen 4, 5 durch dieses Verfahren geglättet oder erhalten wenigstens eine stark reduzierte Flächenrauheit. Außerdem werden die Breiten der Kontaktflächen 4, 5 in Bezug auf die Breiten der Arme 2, 3 vorzugsweise vergrößert, wodurch die Schärfe der Kontaktflächen 4, 5 weiter verringert wird. Es ist günstig, daß der Spalt zwischen den Kontaktflächen 4, 5 aufgrund der Verwendung des mittleren Haltewerkzeugs 16 genau definiert bleibt. Am Ende dieses Schritts kann das mittlere Haltewerkzeug 16 (entgegengesetzt zur Richtung P1) herausgezogen werden, und anschließend können die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 entfernt werden und hinterlassen eine stark konisch erweiterte Kontaktfläche mit einer vorbestimhiten Spaltgröße zwischen den Kontaktarmen 2, 3.
Das mittlere Haltewerkzeug 16 und die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 sind derart geformt, daß die Höhen der Arme 2, 3 vorzugsweise im wesentlichen nicht durch die Zusammendrückkraft verändert werden. Die Kontrolle der Höhen der Arme 2, 3 ist notwendig, da sie durch die Größe des Verbinderhohlraums bestimmt werden, in den das Element 1 eingeführt werden soll (siehe Fig. 1a). Zu diesem Zweck haben die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29, wie gezeigt, entsprechende Verlängerungen. Alternativ hierzu kann das mittlere Haltewerkzeug 16 jedoch geeignete Verlängerungen aufweisen, um zu verhindern, daß die Höhen der Arme 2, 3 während des Herstellungsverfahrens vergrößert werden.
Es ist anzumerken, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Anwendung eines mittleren Haltewerkzeugs 16 und zweier seitlicher Haltestanzwerkzeuge 28, 29 beschränkt ist. Alternativ kann eine andere Anzahl von Stanzwerkzeugen verwendet werden. Man kann ebenso eines oder mehrere Haltewerkzeuge entwerfen, die sowohl die erforderlichen, stark geglätteten Flächen (wie die Flächen 27, 30) aufweisen, als auch ausgebildet sind, um das Zusammendrücken der Arme 2, 3 zu ermöglichen. Beispielsweise können zwei Stanzwerkzeuge (nicht gezeigt) in die Richtungen der Pfeile P2 bzw. P3 bewegt werden, die stark geglättete Flächen, wie die Flächen 27, 30 des mittleren Haltewerkzeugs 16, und geeignet geformte Stanzwerkzeugflächen 33 und 34 aufweisen. Solche zwei Stanzwerkzeuge arbeiten somit sowohl als mittleres Haltewerkzeug 16 als auch als seitliche Haltestanzwerkzeuge 28, 29.
Die vorhergehende Erläuterung bezieht sich auf die Verwendung der Erfindung für das Kontaktende und das hintere (Preßpaß-) Ende. Jedoch kann auch der verbleibende Zwischenabschnitt der Kontaktelementkanten, der ursprünglich durch den Stanzprozeß gegratet wurde, örtlich geglättet und konisch erweitert werden, je nach den Erfordernissen. Beispielsweise könnte der Verbindungsabschnitt zwischen den Armen 2 und 3 des zweiarmigen Elements 1 eine geglättete und konisch aufgeweitete Kante 56 aufweisen, wie es in Fig. 5a dargestellt ist. Wenn dieser Verbindungsabschnitt zwischen den Armen 2, 3 mit einer vergrößerten Breite versehen wird, werden die Arme aufgrund des erhöhten Trägheitsmoments steifer, womit sich die Möglichkeit ergibt, weniger Material zu verwenden, um die gleiche Steifheit wie bei zweiarmigen Elementen ohne derartige konisch aufgeweitete Verbindungskanten zu erreichen. Damit könnte eine weitere Miniaturisierung erzielt werden.
Um den Materialfluß und die Glättungswirkung der Quetschkraft zu erleichtern, können das mittlere Haltewerkzeug 16 und/oder die seitlichen Haltestanzwerkzeuge 28, 29 geringfügig erwärmt werden. Alternativ können die Arme 2, 3 des Elements 1 vor dem Zusammendrücken durch das Haltewerkzeug 16 und die Stanzwerkzeuge 28, 29 geringfügig erwärmt werden.
Normalerweise könnte eine derartige Haltewerkzeugbestückung Teil einer kammartigen Struktur sein, um ein Mehrfachstanzen zu vereinfachen.
Die Erfindung ist nicht auf zweiarmige Kontaktelemente, wie z. B. stimmgabelförmige Kontaktelemente begrenzt. Die Fig. 6a und 6b zeigen einarmige Kontaktelemente 17, 18 mit Armen 19 bzw. 20. In diesen Figuren wurden aus Gründen der Klarheit die Plastiksteckverbindergehäuse weggelassen. Der Arm 19 weist eine Kontaktfläche 25 und der Arm 20 eine Kontaktfläche 26 auf. Die Kontaktflächen 25, 26 werden durch das gleiche Verfahren geglättet, das für die Glättung der Kontaktflächen 4, 5 der Arme 2, 3 des stimmgabelförmigen Kontaktelements 1 verwendet wurde. Die Glättungswerkzeuge sind im wesentlichen die gleichen wie für die Glättung der zweiarmigen Kontaktelemente, sie können jedoch speziell ausgebildet und hergestellt sein. Wenn das Glättungsverfahren, das mit Bezug auf die Fig. 5a, 5b beschrieben wurde, verwendet wird, entstehen Vertiefungen 8.
Fig. 6a zeigt eine Steckverbinderstruktur mit einarmigen Elementen 17, 18, die eine Basis 21, 23 aufweisen, welche als Mittel zur Verbindung zweier Substrate 22, 24, beispielsweise gedruckter Leiterplatten, verwendet werden. Das Element 18 ist, wie gezeigt, L-förmig ausgebildet und definiert so eine Blockierposition für den Arm 17, wenn er den Arm 18 so berührt, daß die Kontaktflächen 25 und 26 sich gegenseitig in einer vorbestimmten Art berühren.
Fig. 6b zeigt einen Teil des gleichen einarmigen Elements 18, wobei jedoch die Basis 23 für eine rechtwinklige Verbindung mit dem Substrat 24 verwendet wird.
Fig. 6c zeigt die Anwendung von zwei einarmigen Elementen 35, 36, die in einem Kantenkartenverbinder 37 angeordnet sind und die zur Verbindung zu Leiterbahnen auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Substrates 44 geeignet sind. Vertiefungen 47 und 48 sind jeweils auf den Elementen 35 bzw. 36 für eine feste Anordnung der Elemente 35, 36 im Steckverbinder 37 angeordnet. Die Vertiefungen 47, 48 können geglättete, konisch erweiterte Kantenabschnitte sein, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Wie gezeigt, kann der Steckverbinder 37 mit einem weiteren Substrat 38 verbunden sein, das (nicht gezeigte) Leiterbahnen aufweist, die in einer dem Fachmann bekannten Art an die Elemente 35, 36 beispielsweise durch Löten oder eine Preßpaßverbindung angeschlossen sind. Das Substrat 44 weist auch (nicht gezeigte) Leiterbahnen auf, die die Kontaktelemente 35, 36 berühren, wenn der Steckverbinder 37 mit der Kante des Substrats 44 verbunden ist. Vorzugsweise sind die einarmigen Elemente 35, 36 mit Stoppern 39, 40 versehen, die die Einführtiefe des Substrats 44 in den Kantenkartenverbinder 37 definieren. Natürlich kann der Steckverbinder 37 mehrere einarmige Elemente wie die Elemente 35, 36 parallel zu diesen aufweisen.
Fig. 6d zeigt, daß das Substrat 44 einarmige Elemente 45, 46 aufweisen kann, die den Elementen 35, 36 ähnlich und angeordnet sind, um diese zu kontaktieren und die (nicht gezeigten) Leiterbahnen auf dem Substrat 44 zu ersetzen. Das Bezugszeichen 49 bezieht sich auf eine Erhebung auf der Leiterplatte 44, die die Einführtiefe der Leiterplatte 44 in den Steckverbinder 37 definiert, um zu gewährleisten, daß die geglätteten und möglicherweise konisch aufgeweiteten Abschnitte der Kontaktflächen der Arme 35 und 36 die Kontaktflächen der Arme 45 bzw. 46 im eingefügten Zustand berühren.
Die Erfindung kann auch bei hinteren Preßpaßbereichen verwendet werden, wie es in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist.
Jede gegratete oder rauhe Fläche eines Kontaktelements kann durch das oben dargestellte Verfahren geglättet werden. Fig. 7a zeigt ein Preßpaßelement 60 mit einer schlitzförmigen Öffnung 61 in seiner Mittellinie, die die auf das Preßpaßelement 60 ausgeübten Kräfte federnd absorbiert, wenn es in ein metallisiertes (Durchgangs-) Loch mit Untergröße beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte (nicht gezeigt) eingeführt wird, wie es dem Fachmann bekannt ist. Ein derartiges Preßpaßelement ist als eine "eye of a needle"(Nadelöhr-)-Preßpassung bekannt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Art eines Preßpaßelements beschränkt.
Das Preßpaßelement 60 weist ein Einführteil 62 mit Kontaktflächen 64 (Fig. 7b) und 65 auf, die sich aus dem Stanzen eines Rohlings ergeben. Somit sind wie bei den obigen Ausführungsformen nach dem anfänglichen Stanzschritt die Kontaktflächen 64, 65 rauh und gegratet. In einem nachfolgenden Schritt werden diese rauhen und gegrateten Flächen 64, 65 geglättet, indem sie zuerst gegen stark geglättete Flächen 66 bzw. 67 eines Haltewerkzeugs 16' gedrückt werden, indem beispielsweise die Flächen 66, 67 in die Richtungen der Pfeile P4 bzw. PS bewegt werden (siehe Fig. 7b). Dann werden Stanzwerkzeuge 68, 69 gegen die flachen oberen und unteren Flächen des Preßpaßelements 60 gedrückt, wie es in Fig. 7b durch die Pfeile P6 bzw. P7 dargestellt ist. Dem Fachmann ist klar, daß durch das Glätten der Kontaktflächen 64, 65 die mögliche Gefahr der Beschädigung eines metallisierten Lochs während der Einführung eines Preßpaßelements 60 verringert werden kann.
Vorzugsweise sind die Stirnflächen der Stanzwerkzeuge 68, 69 und die Flächen 66, 67 des Haltewerkzeugs 16' derart geformt, daß die Dicke der Kontaktflächen 64, 65 des Preßpaßelements 60 in Bezug auf die ursprüngliche Dicke des flachen (gerollten) Materials vergrößert (oder konisch erweitert) wird, aus dem die ursprüngliche Kontur des Preßpaßabschnitts ausgeschnitten wurde. Außerdem hat die vergrößerte Breite der Kontaktflächen 64, 65 den Vorteil, daß die auf die Wand des metallisierten Durchgangsloches in einer gedruckten Leiterplatte ausgeübten Normalkräfte über einen größeren Bereich verteilt sind. Dies verringert die Gefahr, das metallisierte Durchgangsloch zu beschädigen, was zu einer guten, zuverlässigen elektrischen Verbindung zwischen dem Preßpaßelement und dem metallisierten Loch führt.
In den Fig. 7a und 7b ist das Preßpaßelement in seinem Zustand nach dem Glätten und nach der möglichen Verbreiterung (oder konischen Aufweitung) der Kontaktflächen 64, 65 gezeigt.
In der obigen Erörterung beschreibt die Erfindung im wesentlichen die Verwendung von zwei gegenüberliegenden, sich verzahnenden Stanzwerkzeugen, die von der flachgerollten Seite herabdrücken (d. h. entlang der Lagermaterialdicke und senkrecht zu den flachen Materialoberflächen), während das Materialauspressen durch die Haltewerkzeugbestückung beschränkt wird, die an den beiden anderen Kanten (d. h. entlang der Breite) des Kontaktausschnitts angeordnet ist. Diese Betriebsart war die Grundlage für die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7. Jedoch gibt es eine weitere, alternative Betriebsart, um eine verbreiterte geglättete Kontaktfläche zu erhalten, nämlich durch das Anlegen der Verformungskräfte entlang der Breite (wie oben definiert), während der Materialfluß bis zu einem vorbestimmten Ausmaß in Richtung der Materialdicke beschränkt wird. Dies wird mit Bezug auf die Fig. 8a und 8b beschrieben.
Fig. 8a zeigt ein zweiarmiges, stimmgabelförmiges Element 1 mit Armen 2, 3. Die Kontaktflächen 4, 5 sind geglättet und haben die Form eines Löffels. Die Kontaktflächen 4, 5 haben eine Breite w2, die größer ist als die ursprüngliche Breite w1 des Elements. w1 kann 0,3 mm oder weniger betragen, während w2 0,58 mm oder weniger sein kann.
Fig. 8b zeigt, wie diese löffelartigen Kontaktflächen 4, 5 hergestellt werden können. Im oberen Teil der Fig. 8b sind fünf rechtwinklige Kontaktelemente 1 in ihrem Zustand nach dem Stanzschritt gezeigt. Die Arme 2 bzw. 3 besitzen rauhe, gegratete Kontaktflächen 4 bzw. 5.
Im unteren Teil der Fig. 8b sind fünf rechtwinklige Kontaktelemente 1 mit löffelartigen Kontaktflächen 4 und 5 gezeigt. Die Löffelform der Kontaktflächen 4 und 5 wird erreicht, indem das Haltewerkzeug 16 zwischen die Kontaktflächen 4 und 5 eingeführt wird, und indem die Kontaktflächen 4, 5 durch Stanzwerkzeuge 70, 71 mit einer vorbestimmten Kraft gegen eine stark geglättete Fläche 27, 30 gedrückt werden. Zur Erzeugung dieser Kraft werden die Stanzwerkzeuge 70, 71 in eine Richtung zur stark geglätteten Fläche des Stützwerkzeugs 16 hin bewegt, wie es durch die Pfeile P8 und P9 dargestellt ist.
Um die Stanzwerkzeuge 70, 71 in die Richtungen der Pfeile P8, P9 an die richtigen Stellen bewegen zu können, müssen sie zuerst zwischen einen Arm 4, 5 eines Elements und einen Arm 4, 5 eines benachbarten Elements eingefügt werden. Aufgrund der Notwendigkeit, während des Stanzschrittes so wenig Material wie möglich zu verschwenden, liegen benachbarte Elemente 1 so nahe wie möglich beieinander, wodurch zwischen ihnen nur ein begrenzter Raum für die Einführung der Stanzwerkzeuge 70, 71 freigelassen wird. Daher wird das Verfahren zur Glättung der Kontaktflächen, wie es mit Bezug auf die Fig. 5a und 5b beschrieben wurde, bevorzugt. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeit des begrenzten verfügbaren Raumes zu vermeiden, läge darin, die einzelnen Kontaktelemente 1 vor dem Glättungsschritt um beispielsweise 90º zu drehen. Dies würde jedoch einen zusätzlichen Verfahrensschritt erfordern.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Das Verfahren zur Glättung und zur möglichen Verbreiterung rauher, gegrateter Kontaktflächen, die sich aus den Stanzverfahren ergeben, kann auf beliebig geformte Kontaktelemente angewandt werden, die für den elektrischen Kontakt mit beliebigen Gegenkontaktbereichen bestimmt sind, beispielsweise ein Gegenkontaktelement, die Metallisierung eines metallisierten Loches in einer gedruckten Leiterplatte usw.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktelements (1, 17, 18, 35, 36, 60), das wenigstens eine erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) aufweist, zum Kontaktieren beispielsweise eines Gegenkontaktbereichs (6, 18, 17), mit wenigstens folgendem Schritt:

a) Stanzen des Kontaktelements aus einem ersten Rohling mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche und einer vorbestimmten ersten Breite, wobei die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) im wesentlichen senkrecht zu der flachen Oberfläche liegt,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

b) Drücken der ersten Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) gegen eine erste stark geglättete Fläche (27, 66) eines Haltewerkzeugs (16), wobei die erste geglättete Fläche (27, 66) eine erste vorbestimmte Form hat,

c) Ausüben einer ersten vorbestimmten Kraft auf das Kontaktelement, um die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) an der ersten, stark geglätteten Fläche (27, 66) des Haltewerkzeugs (16) zu verformen, wodurch die erste Kontaktfläche geglättet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste vorbestimmte Kraft so ausgeübt wird und die erste vorbestimmte Form derart ist, daß nach Schritt c) die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) eine zweite Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktelement (1) außerdem eine zweite Kontaktfläche (5) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur flachen Fläche und gegenüber der ersten Kontaktfläche (4) liegt, wodurch sich ein Spalt für die Aufnahme eines Gegenkontaktelements (6) ergibt, wobei die Verfahrensschritte b) und c) zusätzlich folgende Schritte aufweisen:

b') Drücken der zweiten Kontaktfläche (5) gegen eine zweite stark geglättete Fläche (30) des Haltewerkzeugs (16), wobei die zweite geglättete Fläche (30) eine zweite vorbestimmte Form aufweist,

c') Ausüben einer zweiten vorbestimmten Kraft auf das Kontaktelement, um die zweite Kontaktfläche (5) gegen die zweite, stark geglättete Fläche (30) des Haltewerkzeugs (16) zu verformen, wodurch die zweite Kontaktfläche geglättet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite vorbestimmte Kraft so ausgeübt wird und die zweite vorbestimmte Form derart ist, daß nach Schritt c') die zweite Kontaktfläche (5, 65) eine dritte Breite aufweist, die breiter ist als die erste Breite.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Fläche (27) des Haltewerkzeugs (16) derart ausgebildet ist, daß es die erste Kontaktfläche (4) so formt, daß eine Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche (4) und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen geradlinig ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Fläche (27) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß es die erste Kontaktfläche (4) so formt, daß eine erste Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche (4) und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen geradlinig ist, und wobei die zweite Fläche (30) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß sie die zweite Kontaktfläche (5) so formt, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche (5) und der Querschnittsebene im wesentlichen geradlinig ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Fläche (27) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß die erste Kontaktfläche (4) so geformt wird, daß eine Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche (4) und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen gekrümmt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 7, wobei die erste Fläche (27) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß sie die erste Kontaktfläche (4) so formt, daß eine erste Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche (4) und einer Querschnittsfläche durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen gekrümmt ist, und wobei die zweite Fläche (30) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß sie die zweite Kontaktfläche (5) so formt, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche (5) und der Querschnittsebene im wesentlichen gekrümmt ist.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Schritt c) mit einem ersten (28, 68) und einem zweiten (29, 69) speziell geformten Stanzwerkzeug ausgeführt wird, und wobei das erste Stanzwerkzeug (28, 68) und das Kontaktelement relativ zueinander in einer im wesentlichen senkrechten Richtung zur flachen Fläche bewegt werden, damit die erste vorbestimmte Kraft ausgeübt wird, und wobei das zweite Stanzwerkzeug (29, 69) und das Kontaktelement zueinander in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden, damit die zweite vorbestimmte Kraft ausgeübt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 3, 4, 6 oder 8, wobei die Schritte c) und c') mit einem ersten (28) und einem zweiten (29) speziell geformten Stanzwerkzeug ausgeführt werden, und wobei das erste Stanzwerkzeug (28) und das Kontaktelement zueinander in einer zur flachen Fläche im wesentlichen senkrechten Richtung bewegt werden, damit die erste vorbestimmte Kraft ausgeübt wird, und wobei das zweite Stanzwerkzeug (29) und das Kontaktelement zueinander in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden, damit die zweite vorbestimmte Kraft ausgeübt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei entweder das Haltewerkzeug (16) und die ersten und zweiten Stanzwerkzeuge (28, 29, 68, 69) oder das Kontaktelement geringfügig erwärmt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Schritt c) mit einem speziell geformten Stanzwerkzeug (70) ausgeführt wird und das Stanzwerkzeug (70) zum Kontaktelement in einer im wesentlichen zur flachen Fläche parallelen Richtung und zur ersten, stark geglätteten Fläche (27) bewegt wird, um die erste vorbestimmte Kraft auszuüben.

13. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schritte c) und c') mit speziell geformten ersten und zweiten Stanzwerkzeugen (70, 71) ausgeführt werden, wobei das erste Stanzwerkzeug (70) zum Kontaktelement in einer zur flachen Fläche im wesentlichen parallelen Richtung und zur ersten, stark geglätteten Fläche (27) bewegt wird, um die erste vorbestimmte Kraft auszuüben, und das zweite Stanzwerkzeug (71) zum Kontaktelement in die entgegengesetzte Richtung zur zweiten, stark geglätteten Fläche (30) bewegt wird, um die zweite vorbestimmte Kraft auszuüben.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das außerdem den folgenden Schritt aufweist:

d) Verbiegen des Kontaktelements, um die erste Kontaktfläche aus der Ebene zu verlagern, die die flache Fläche enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, das außerdem den folgenden Schritt aufweist:

d) Verbiegen des Kontaktelements, um die ersten und zweiten Kontaktflächen aus einer Ebene zu verlagern, die die flache Fläche enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Kontaktfläche (47, 48) angeordnet ist, um das Element in einem Hohlraum eines Steckverbindergehäuses festzuklemmen.

17. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kontaktelement ein Preßpaßelement (60) ist, das außerdem eine zweite Kontaktfläche (65) aufweist, die im wesentlichen parallel und gegenüberliegend zur ersten Kontaktfläche (64) ist, wobei die erste (64) und die zweite Kontaktflächen (65) für eine Preßpaßverbindung mit einem metallisierten Loch z. B. einer gedruckten Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Verfahrensschritte b) und c) zusätzlich folgende Schritte aufweisen:

b') Drücken der zweiten Kontaktfläche (65) gegen eine zweite stark geglättete Fläche (67) des Haltewerkzeugs (16), wobei die zweite Fläche (67) eine zweite, vorbestimmte Form aufweist,

c') Ausüben einer zweiten vorbestimmten Kraft auf das Preßpaßelement, um die zweite Kontaktfläche (65) gegen die zweite, stark geglättete Fläche (67) des Haltewerkzeugs (16) zu verformen, wodurch die zweite Kontaktfläche geglättet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste vorbestimmte Kraft so ausgeübt wird und die erste vorbestimmte Form derart ist, daß nach Schritt c) die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) eine zweite Breite aufweist, die größer ist als die erste Breite und/oder wobei die zweite vorbestimmte Kraft so ausgeübt wird und die zweite vorbestimmte Form derart ist, daß nach Schritt c') die zweite Kontaktfläche (65) eine dritte Breite aufweist, die breiter als die erste Breite ist, beispielsweise in Form eines konisch zulaufenden oder eines konisch erweiterten Querschnitts.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die erste Fläche (66) des Haltewerkzeugs (16) so ausgebildet ist, daß sie die erste Kontaktfläche (64) so formt, daß eine erste Schnittlinie zwischen der ersten Kontaktfläche (64) und einer Querschnittsebene durch das Kontaktelement und senkrecht zur flachen Fläche im wesentlichen gekrümmt ist und/oder die zweite Fläche (67) des Haltewerkzeugs (16) derart ausgebildet ist, daß sie die zweite Kontaktfläche (65) so formt, daß eine zweite Schnittlinie zwischen der zweiten Kontaktfläche (65) und der Querschnittsebene im wesentlichen gekrümmt ist.

20. Kontaktelement (1, 17, 18, 35, 36, 60) mit wenigstens einer ersten Kontaktfläche (4, 25, 26, 64), die eine Gegenkontaktfläche (6, 18, 17) kontaktiert und aus einem rohling mit einer im wesentlichen flachen Oberfläche mit einer vorbestimmten ersten Breite ausgestanzt wird, wobei die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktfläche stark geglättet wird, indem die erste Kontakt-Fläche gegen eine erste, stark geglättete Fläche eines Haltewerkzeugs gedrückt wird.

21. Kontaktelement nach Anspruch 20, wobei die erste Kontaktfläche (4, 25, 26, 64) eine zweite Breite aufweist, die größer ist als die erste Breite.

22. Kontaktelement nach Anspruch 20 oder 21, das außerdem eine zweite Kontaktfläche (5) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche und gegenüber der ersten Kontaktfläche (4) liegt, um einen Spalt für die Aufnahme eines Gegenkontaktelements (6) zu liefern, wobei die zweite Kontaktfläche (5) stark geglättet ist.

23. Kontaktelement nach Anspruch 22, wobei die zweite Kontaktfläche (5) eine dritte Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist.

24. Kontaktelement nach Anspruch 22 oder 23, wobei die ersten und zweiten Kontaktflächen (4, 5) die Kontaktflächen eines zweiarmigen, stimmgabelförmigen Kontaktelements sind, dessen beide Arme miteinander durch eine Y-förmige Verbindung verbunden sind, die eine geglättete und konisch erweiterte innere Kante (56) aufweist.

25. Kontaktelement nach Anspruch 20, das ein Preßpaßelement (60) ist, das außerdem eine zweite Kontaktfläche (65) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur flachen Oberfläche und gegenüber der ersten Kontaktfläche (64) liegt, wobei die zweite Kontaktfläche (65) stark geglättet ist.

26. Kontaktelement nach Anspruch 25, wobei die erste Kontakt-Fläche (4, 25, 26, 64) eine zweite Breite aufweist, die größer ist als die erste Breite und/oder wobei die zweite Kontaktfläche (65) eine dritte Breite aufweist, die breiter als die erste Breite ist.

27. Steckverbinder (31, 37) mit wenigstens einem Kontaktelement (1, 17, 18, 35, 36, 60), das nach einem der Verfahren entweder gemäß den Ansprüchen 1 bis 19 oder gemäß den Ansprüchen 20 bis 26 hergestellt wurde.

28. Steckverbinder nach Anspruch 27, wobei der Steckverbinder ein Kantenkartenverbinder (37) ist, der wenigstens zwei gegenüberliegende, einarmige Kontaktelemente (35, 36) aufweist.

29. Zusammenbau eines Substrats (22, 24, 44) und wenigstens eines Kontaktelements (17, 18, 45, 46), entweder wie es nach einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 19 hergestellt wurde, oder wie es in den Ansprüchen 20 bis 26 definiert ist, wobei wenigstens ein Kontaktelement (17, 18, 45, 46) mit dem Substrat (22, 24, 44) verbunden ist.