EP0572438A1

EP0572438A1 - Kontaktelement für ein leiterplattenrelais und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: EP0572438A1
Application number: EP92903673A
Authority: EP
Inventors: Horst Hendel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-12-08
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: EP0572438B1; ATE114868T1; JPH06505353A; DE59200860D1; DE4105288C2; CA2104384A1; DE4105288A1; US5426272A; WO1992015107A1

Description

Kontaktelement für ein Leiterplattenrelais und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement zur Verankerung in einem Grundkörper aus Kunststoff für ein Relais, insbesondere ein Leiterplattenrelais, wobei dieses Kontaktelement mit inde- stens einem Endabschnitt einen Anschlußstift bildet. Dabei han¬ delt es sich speziell um ein Kontaktelement, welches zum Führen großer Ströme geeignet ist und in einem Sockel oder einer Bo¬ denplatte oder auch in einer Tasche eines Spulenkörpers veran¬ kert wird. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines derartigen Kontaktelementes.

Bekannt sind bereits Drahtfederkontakte, beispielsweise aus der DE-OS 21 02 651. Die dort verwendeten Drahtfedern besitzen al- lerdings einen verhältnismäßig dünnen Querschnitt, außerdem sind sowohl die beweglichen Kontaktelemente als auch die Gegen- kontaktele ente als lange Federn ausgebildet, wodurch sie zwi¬ schen Kontaktstelle und Anschlußstift einen verhältnismäßig ho¬ hen Widerstand ergeben, so daß nur geringe Ströme geschaltet werden können. Dies ergibt sich auch daraus, daß die im Kon¬ taktbereich gekreuzt aufeinanderliegenden runden Federquer¬ schnitte jeweils nur eine punktförmige Berührung ergeben, was wiederum einen hohen Übergangswiderstand bedeutet und das Schalten großer Ströme ausschließt.

Dies gilt im wesentlichen auch für Drahtfederkontakte, wie sie aus der DE-AS 11 41 717 bekannt sind. Dort ist eine Verstärkung der Kontaktstellen in der Weise vorgesehen, daß die Enden der Drähte an der Kontaktstelle abgebogen sind und so doppelt auf- einander liegen. Trotzdem handelt es sich dort um punktförmige Kontakte zwischen dünnen Drahtquerschnitten. Bekannt sind auch kurze runde Anschlußstifte mit Glasdurchfüh¬ rungen in Sockeln von hermetisch abgeschlossenen Relais (DE-AS 16 15 838), doch bildet dort der runde Anschlußstift nicht selbst das Kontaktelement, vielmehr ist dort jeweils ein zu- sätzliches Kontaktfederelement im Relaisinneren aufgeschweißt.

Aus der US-PS 3,624,571 ist auch bereits ein Relais bekannt, bei dem im Sockel beweglich angeordnete Kontaktelemente einen runden Querschnitt besitzen und an ihren kontaktgebenden Enden flachgeprägt sind. Für die Führung großer Ströme reicht diese Maßnahme jedoch nicht aus.

Auch bei Reed-Kontakten ist es üblich, die in ein Glasröhrchen eingeschmolzenen Abschnitte der Kontaktzungen mit einem runden Querschnitt zu versehen, während die Kontaktbereiche selbst ab¬ geflacht sind. Dort aber handelt es sich um ferromagnetische Zungen mit verhältnismäßig schlechter elektrischer Leitfähig¬ keit, die außerdem auch mit ihren Anschlußabschnitten keine Lötstifte zum Einsetzen in eine Leiterplatte bilden. Für ein Relais zum Schalten hoher Ströme wären solche Kontaktzungen je¬ denfalls nicht geeignet.

Ähnliche Kontaktzungen sind auch in der FR-OS 2 389 989 ge¬ zeigt, bei denen jeweils das Ende einer Federzunge geprägt und mit einem Kontaktstück versehen ist. Auch dort steht für die Stromleitung nur der Querschnitt einer langgestreckten Drahtfe¬ der zur Verfügung.

Das Problem bei den hier betrachteten Kontaktelementen besteht darin, daß einfache Kleinrelais zum Schalten hoher Ströme, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, Gegen- kontaktelemente mit großen Querschnitten benötigen. Diese Ge- genkontaktelemente sind in der Regel aus einem Flachbandmate¬ rial geschnitten, wobei zur Anschlußseite Flachstecker mit dem gleichen oder einem ähnlich großen rechteckigen Querschnitt an¬ geformt sind. Sollen derartige Relais auf Leiterplatten gesetzt werden, so ist es üblich, an den Enden der Flachstecker durch Beschneiden kurze Lötzapfen auszubilden, die in Lötdurchbrüche der Leiterplatte eingesetzt werden können. Solche Lötdurchbrü¬ che in den Leiterplatten werden aber fast ausnahmslos gebohrt, um sicherzustellen, daß sie relativ glatte Wandungen aufweisen und frei von Spannungsrissen sind. Ein durch Beschneiden eines Flachsteckers gewonnener Lötzapfen besitzt aber einem quadrati¬ schen oder rechteckigen Querschnitt, der die runde Bohrung nicht vollständig ausfüllt, so daß nicht nur ein Teil des mög¬ lichen Querschnitts für die Stromleitung verlorengeht, sondern auch die Zuverlässigkeit der Verbindung auf der Leiterplatte gemindert wird.

Mit der Erfindung soll ein Kontaktelement für ein Leiterplat¬ tenrelais geschaffen werden, welches auf einfachste Weise her- stellbar ist, mit seinen Anschlußstiften den runden Leiterplat¬ tenbohrungen angepaßt ist und trotzdem große Schaltkontaktflä¬ chen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kontaktfedern aus Runddraht wird hier ein starres Gegenkontaktelement ge¬ schaffen, wobei also sowohl der Drahtquerschnitt als auch das Drahtmaterial entsprechend den zu schaltenden Strömen gewählt werden kann. Als Material kommt dabei vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung in Betracht. Mit ihrem runden Querschnitt sind die Kontaktelemente nicht nur gut an die Bohrungen der Leiterplatte angepaßt, vielmehr können sie auch gut in entspre¬ chenden Bohrungen bzw. runden Durchbrüchen des Grundkörpers durch Preßsitz befestigt werden. Dadurch wird verhindert, daß beispielsweise beim Lötvorgang Kolophonium oder sonstige Verun¬ reinigungen entlang den Anschlußstiften in den Kontaktraum auf¬ steigen können. Beim Stecken der runden Kontaktelemente besteht auch im Gegensatz zu scharfkantigen Kontaktträgern nicht die Gefahr, daß Abrieb entsteht und die Isolierstrecken beeinträch- tigt. Durch entsprechende Prägung können auch die Stiftenden gratfrei ausgeführt werden. Durch die Haarnadelform mit zwei parallelen Schenkeln, von de¬ nen mindestens einer als Lötanschlußstift dient, wobei der Krümmungsbereich zwischen beiden Schenkeln zu einer gemeinsamen Kontaktzone mit ebener Oberfläche flachgeprägt ist, ergibt sich eine vergrößerte Kontaktzone, die mit Kontaktschichten oder mit einem Schweißkontakt versehen werden kann. Mit zwei als An¬ schlußstiften ausgebildeten Schenkeln ergibt sich auch der dop¬ pelte Leiterquerschnitt zum Führen hoher Ströme zwischen Schaltkontakt und Leiterplatte. Die beiden Schenkel als An- schlußstifte sind dabei in einem vorgegebenen Rastermaß ange¬ ordnet, so daß sie in zwei benachbarte Bohrungen der Leiter¬ platte eingesetzt und auf der Leiterplatte oder in einem ande¬ ren Schaltungsteil elektrisch miteinander verbunden werden kön¬ nen.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsge¬ mäßen Kontaktelementes sieht vor, daß zunächst der Draht U-för- mig zur Bildung der beiden Schenkel in einem vorgegebenen Ra¬ sterabstand gebogen wird und daß dann der Krümmungsbereich mit- tels einer Prägevorrichtung flachgeprägt wird. Vor der Flach¬ prägung werden die beiden Schenkel im Bereich der Krümmung auf Berührung zueinander gebogen werden. Auf die Kontaktzone wird zweckmäßigerweise anschließend ein Kontaktstück aufgeschweißt oder hartverlötet.

Durch entsprechende Gestaltung der Prägevorrichtung bzw. der Prägestempel können dem Kontaktelement Vertiefungen oder erha¬ bene Partien angeformt werden. Beispielsweise können Warzen für eine gezielte Schweißung oder eine Führungsnut als Steckhilfe eingeprägt werden. Durch Begrenzungen der Prägeaufnahme können dabei dem Kontaktelement auch in Länge und/oder Breite maßhal¬ tige Paßformen gegeben werden. Durch das Flachprägen des Kon¬ taktträgers ergibt sich auch eine platzsparende Anordnung beim Aufbringen eines zusätzlichen Kontaktstücks, da das Kontakt- stück auf der zurückgeprägten Kontaktzone nicht über den Durch¬ messer des Anschlußstiftes vorsteht. Durch das Maß des Flach¬ prägens kann insgesamt ein Höhenausgleich der Kontaktfläche bei der Verarbeitung unterschiedlich hoher Kontakte vorgenommen werden. Auch das Kriechstromverhalten zwischen zwei runden Kon¬ taktelementen ist gegenüber flachen Elementen verbessert.

Für einen ausreichenden Steckfestsitz in dem Grundkörper können die Anschlußstifte mit Haltenasen versehen werden, die z. B. beim Flachprägen des Kontaktträgers oder beim Beschneiden der Anschlußstifte erzeugt werden können.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Herstell¬ verfahrens können die Kontaktträger nahezu abfallos hergestellt werden. Hierbei wird der Draht mäanderförmig zu einem Band von zusammenhängenden, abwechselnd einander gegenüberstehenden Kon¬ taktelementen gebogen. Durch Abtrennung entlang der Mittelachse dieses Bandes werden dann die einzelnen Kontaktelemente gewon¬ nen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines Relais mit einem Grund¬ körper, bei dem erfindungsgemäße Kontaktelemente verwendet sind,

Figur 2 ein einzelnes Kontaktelement mit zwei Schenkeln in drei Ansichten,

Figur 3 ein etwas abgewandeltes Kontaktelement in Vorderan¬ sicht,

Figur 4 eine Prägevorrichtung mit einem Kontaktelement in drei Ansichten,

Figur 5 ein Band von zusammenhängend ausgebildeten Kontaktele- menten nach Figur 2.

Das in Figur 1 dargestellte Relais besitzt einen üblichen Auf- bau mit einem als Grundkörper dienenden Spulenkörper 1, der oh¬ ne Wicklung gezeigt ist. Das Magnetsystem des Relais ist mit einem Kern 2, einem doch 3 und einem Anker 4 schematisch ge¬ zeichnet. Mit dem Anker 4 wird eine Kontaktfeder 5 als Mittel- kontaktfeder betätigt, die einen nur teilweise gezeichneten Litzenanschluß 6 besitzt. In dem Grundkörper 1 sind in entspre¬ chenden Durchbrüchen zwei Gegenkontaktelemente 10 verankert, die in ihren oberen Bereichen 8 jeweils flachgeprägt und mit je einem aufgeschweißten Kontaktstück 9 versehen sind. Die ge- nauere Gestaltung und Herstellung dieser Kontaktelemente 10 wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.

In Figur 2 ist ein Kontaktelement 10 gezeigt, welches haarna- delförmig aus einem Runddraht gebogen ist. Die beiden Schenkel 11 und 12 sind dabei mit dem Rundquerschnitt des Drahtes als Lötanschlußstifte in einem vorgegebenen Abstand gemäß einem ge¬ wünschten Rastermaß parallel ausgeformt. Im Bereich der Krüm¬ mung jedoch sind die beiden Schenkel auf Berührung im Punkt 13 zusammengedrückt, wobei sie eine Art von Öse bilden. Außerdem ist dieser Krümmungsbereich flachgeprägt und bildet so eine Kontaktzone 14 mit ebenen Oberflächen, jedoch geringerer Dicke als der Drahtdurchmesser. In Figur 2 sind die Konturen des Drahtes nach dem Biegen und vor dem Flachprägen mit den gestri¬ chelten Linien 15 angedeutet, während die durchgezogenen Linien 16 die Umrisse des fertigen Kontaktelementes wiedergeben. Im Mittelbereich der Kontaktzone 14 ist ein kreisförmiger Schweiß¬ bereich 17 erhaben geprägt. Damit ergibt sich eine gute Schweißfläche für ein nachträglich aufgebrachtes, in der Vor¬ deransicht von Figur 2 nicht gezeigtes Kontaktstück 18. An den Schenkeln 11 und 12 sind außerdem Haltenasen 19 angeprägt, mit denen der Festsitz des Kontaktelementes in den Durchbrüchen des Grundkörpers 1 verbessert wird. An der Oberseite der Kontaktzo¬ ne 14 ist durch entsprechende Gestaltung des Prägewerkzeuges eine Abschlußfläche 20 angeprägt, wodurch das Kontaktelement insgesamt ein vorgegebenes Längenmaß erhält. Wie in Figur 2 au¬ ßerdem zu sehen ist, kann in die Rückseite der Kontaktzone eine Führungsnut 21 als Steckhilfe eingeprägt werden. Je nach den Erfordernissen der Kontaktlage kann der Krümmungs¬ bereich des Kontaktelementes mit der aus ihm gebildeten Kon¬ taktzone entweder symmetrisch zu den beiden Schenkeln 11 und 12 gestaltet werden, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, oder er kann auch unsymmetrisch gestaltet werden. Eine Möglichkeit für die letztere Gestaltung zeigt Figur 3, wobei der Kontaktbereich un¬ ter einem Winkel von beispielsweise 45^* zur Längsachse der Schenkel 11 und 12 geneigt ausgebildet ist. In diesem Fall ist nicht nur an der Oberseite eine Abschlußfläche 20, sondern auch in der Zeichnung rechts eine seitliche Abschlußfläche 22 ange¬ prägt, wodurch das Kontaktelement sowohl in der Länge als auch in der Breite eine vorgegebene Paßform einnimmt.

Anhand der Figur 4 ist die Ausformung des Kontaktelementes in einem Prägewerkzeug gezeigt. Dieses Werkzeug besteht aus einer Prägeaufnahme 23 mit einer die Paßform bzw. die Begrenzungen des Kontaktelementes festlegenden Prägevertiefung 24 und einem Prägestempel 25, der in der Draufsicht von Figur 7 nicht darge¬ stellt ist. In die Prägeaufnahme 23 wird das Kontaktelement 10 bzw. der vorgebogene Draht 26 eingelegt und dann mit dem Präge¬ stempel 25 in die entsprechende Form geprägt, wobei insbesonde¬ re die Kontaktzonge 14 von der ursprünglichen Kontur 15 in die Kontur 16 verprägt wird. Die Prägeaufnahme 23 besitzt hierzu eine Erhöhung 27, in welcher wiederum eine Vertiefung 28 zur Ausbildung des erwähnten Schweißbereiches 17 vorgesehen ist. Zuvor jedoch wird der Krümmungsbereich mittels seitlicher Prä¬ gestempel, die in Richtung der Pfeile 29 eingeführt werden, auf Berührung geprägt.

Besonders vorteilhaft ist das Herstellungsverfahren dann, wenn nicht jedes einzelne Kontaktelement gebogen und. geprägt wird, sondern eine Vielzahl von Kontaktelementen in einer Endlosfer¬ tigung aus einem fortlaufenden Draht geformt werden können. Fi¬ gur 5 zeigt einen Abschnitt eines fortlaufenden Bandes 30 von Kontaktelementen 10, die durch äanderförmige Biegung eines Drahtes 26 zusammenhängend ausgebildet werden. Die einzelnen Kontaktelemente 10 können dabei beispielsweise in einem Ver- bundwerkzeug nacheinander auf Form geprägt und mit Kontakt¬ stücken versehen werden. Erst die fertigen Kontaktelemente 10 werden dann durch Heraustrennen der Mittelstücke 31 entlang der Mittelachse des Bandes 30 gewonnen.

Claims

Patentansprüche

1. Kontaktelement zur Verankerung in einem Grundkörper (1) aus Kunststoff für Relais mit folgenden Merkmalen: - das Kontaktelement (10) ist als starres Gegenkontaktele ent einstückig aus einem Runddraht geformt,

- es ist in Haarnadelform mit zwei parallelen Schenkeln (11, 12) gebogen, von denen mindestens einer als Anschlußstift dient; - die beiden in einem vorgegebenen Abstand parallel verlaufen¬ den Schenkel (11, 12) sind im Krümmungsbereich auf Berührung zueinander gebogen und

- der Krümmungsbereich zwischen beiden Schenkeln (11, 12) ist zu einer gemeinsamen Kontaktzone (14) mit ebener Oberfläche flach geprägt und mit einer Kontaktschicht (18) belegt.

2. Kontaktelement nach Anspruch 1, wobei die Kontaktzone (14) gegenüber der Längsachse der Schenkel (11, 12) schräg gestellt ist (Figur 3) .

3. Kontaktelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktzone (14) zumindest auf einer Seite mit einem vorzugsweise aufge¬ schweißten Kontaktstück (18) belegt ist.

4. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schenkel (11, 12) jeweils in den zur Verankerung in dem Träger (1) bestimmten Bereichen mit angeprägten Haltenasen versehen sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zunächst ein Runddraht (26) U-för- mig zur Bildung der beiden Schenkel (11, 12) in einem vorgege¬ benen Rasterabstand gebogen wird, wobei dann die beiden Schen¬ kel (11, 12) im Bereich der Krümmung auf Berührung zueinander gebogen werden und wobei schließlich der Krümmungsbereich mit¬ tels einer Prägevorrichtung (23, 25) flachgeprägt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei auf der Kontaktzone ein er¬ habener Schweißbereich (17) angeprägt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei durch mäanderför ige Bie- gung des Drahtes (26) ein Band (30) von zusammenhängenden, ab¬ wechselnd einander gegenüberstehenden Kontaktelementen (10) ge¬ bildet wird und wobei durch Abtrennung entlang der Mittelachse des Bandes die einzelnen Kontaktelemente gewonnen werden.