DE2656736C2 - Verfahren zur Herstellung eines stiftartigen Kontaktelements aus Blechmaterial - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ansätze des Zwischenabschnitts (14) zur Erzielung einer Fertigungstoleranzen ausgleichenden federnden Kontaktgabe des Zwischenabschnitts (14) in dem durchplattierten Loch (34) durch einen Prägevorgang vor dem kreisbogenförmigen Runden auf eine zu den freien Ansatzenden hin kontinuierlich abnehmende Materialstärke gebracht werden, und daß zwischen, dem Zwischentuschnitt (14) und dem durch das Loch durchzusteckenden zweiten Endabschnitt (16) ein an sich bekanr; er konischer Übergangsabschnitt (41) angeformt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stiftartigen Kontaktelements aus Blechmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zur lötfrcien elektrischen Verbindung stromleitender Pfade auf einer gedruckten Schaltungsplatte mit anderen stromleitenden Elementen.

Stiftartige Kontaktelemente zur lötfreien elektrischen Kontaktgabe innerhalb durchplaitierter Löcher in gedruckten Schaltungsplatten weisen herkömmlicherweise einen quadratischen Bolzen im Mittelabschnitt des Kontaktelements auf, der einerseits eine sichere mechanische Halterung des Kontaktelements und andererseits die Kontaktgabe mit der Plattierung in dem Loch sicherstellen soll (vgl. US-PS 35 30 442; insbesondere Fig. 4). Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil, daß das Loch einschließlich der Plattierung beim Einsetzen des Kontaktelements mechanisch deformiert werden, so daß ein wiederholtes Einsetzen praktisch nicht möglich ist. Die quadratische Bolzenausbildung ergibt auch einen vergleichsweise hohen elektrischen Übergangswiderstand zwischen der Kontaktstelle und dem Loch, und die umgebende Atmosphäre kann frei zwischen der Lochwandung und dem das Loch durchsetzenden Bolzenabschniit zirkulieren, so daß sich ein korrodierender, nichtleitender Film ausbilden kann.

Um diese nachteiligen Effekte, insbesondere die unvermeidliche Beschädigung des durchplatticrten Lochs durch den Quadratischen Bolzenabschniit zu verringern oder zu vermeiden, ist es aus der US-PS 38 24 557 bekannt, diesen Halterungsabschnitt keilförmig zu gestalten oder, wie die US-PS 35 45 080 zeigt, durch ein abschnittweises Aufschlitzen und Aufspreizen des Schafts im nähernden Zwischenabschnitt die Verankerung und Kontaktgabe im Loch der Schaltungsplatte zu erreichen. In beiden Fällen wird zwar die Beschädigung des Lochs eher vermieden, die elektrische Kontaktgabe ist jedoch unbefriedigend. Ein besserer Vorschlag zur Erzielung einer guten Verankerung und eines ausreichenden elektrischen Kontakts in einem durchplattierten Loch ohne Lötverbindung ist aus der US-PS 37 83 433 sowie aus der DE-OS 22 39 424 bekannt Diese bekannten Koniaktelemente weisen einen mechanisch haltenden Zwischenabscbnitt auf, der mit dem durchplattierten Loch in Eingriff kommt, ohne das Loch zu deformieren und gewährleistet eine weitgehend gasdichte Abdichtung. Dieser das Kontaktelement auch mechanisch haltende Zwischenabschnitt weist ein Querschnrttsprofil aus zwei gleich langen, seitlich abstehenden Ansätzen auf, die in Anpassung an den Durchmesser des plattierten Lochs kreisbogeniörmig geformt sind. Die Herstellung des Zwischenabschnitts erfordert jedoch einen relativ breiten Abstand zwischen den aufeinanderfolgend herzustellenden Kontakten, wenn diese aus einem flachen Metallblechband oder dergleichen gestanzt werden. Ferner muß das Metallblech unterschiedlich dicke Abschnitte aufweisen, d. h. vor dem Stanzen muß das Ausgangsmaterial abschnittweise gewalzt werden. Dieser Walzvorgang trägt erheblich zur Erhöhung der Herstellungskosten des Kontaktelements bei. In der Praxis hat sich auch gezeigt, daß der Andruckkontakt der beiden gleich langen, kreisbogenförmig geformten Ansätze über den Umfang des durchplattierten Lochs nicht ganz gleich ist wegen der abschnittweise unterschiedlichen und unzureichenden Federungseigenschaften dieser seitlichen Ansätze. Auch lassen sich die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen der Durchmesser der durchplattierten Löcher nicht ausreichend ausgleichen, insbesondere wenn ein möglichst gleichbleibender Kontaktandruck an der Lochplattierung gewünscht wird.

Ausgehend von der US-PS 37 83 433 bzw. der DE-OS 22 39 424 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das bei sehr geringem Materialabfall eine einfache Kontaktelementherstellung ermöglicht und ein leichtes Montieren unter Gewährleistung einer möglichst form- und kraftschlüssigen elektrischen Verbindung auch bei im Toleranzbereich abweichenden Lochdurchmesserr zuläßt.

W Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben.

Zwar ist es für hohle stöpselartige, durch einen Schlitz unterteilte elektrische Steckverbinder bekannt, den Kontaktabschnitt aus zwei halbzylindrischen federnden Ansätzen mit zu den freien Enden hin abnehmender Materialstärke auszubilden (vgl. DE-PS 2 49 809). Die Herstellung dieser für ganz andere Zwecke bestimmten elektrischen Steckverbindungen erfolgt jedoch aus Vollmaterial, in das eine exzentrische Längsbohrung ho eingebracht wird. Anschließend wird die Wandung dieser Bohrung an der dünnsten Stelle in Axialrichtung aufgeschlitzt. Ein solches Herstellungsverfahren kommt bei aus Rlcchbandmutcrial von der Rolle in einem Flicßpro/.eß herzustellenden Kontaktclenicnten durch Stan/-. Biege- und gegebenenfalls Walzvorgänge nicht in Frage.

Das Anformcn eines konischen Übergangsabschnitts /wischen einem durch das Loch hindurchzusteckenden

Endabschnitt und dem die Lochplattierung kontaktierenden Zwischenabschnitt, um eine leichtere Einführbarkeit des Zwischenabschnitts zu gewährleisten, isi beispielsweise aus der NL-OS 3 02 726 und aus der US-PS 30 72 880 jedoch nur für andersartige Kontaktelemente bekannt, bei denen aufgespreizte Endkanten des Zwischenabschnhts in die Lochwandung einschneiden, um eine bessere mechanische Verankerung zu gewährleisten.

Mit der Erfindung wird ein verbesserter Kontakt bei guter mechanischer Verankerung für lötfreie elektrische Verbindungen mit den eingangs genannten stiftartigen Kontaktelementen erreicht, die aus einem flachen Metallblechband ohne Walzen und bei deutlich verringertem Materialverbrauch hergestellt werden können. Das Verfahren ist vorteilhaft, weil unvermeidliche Toleranzen der Löcher in der gedruckten Schaltungsplatte durch die geprägten Ansatzenden des C-förmigen Zwischenabschnitts federnd ausgeglichen werden und ein gasdichter Kontakt zur Verhinderung von Korrosionsschäden bei gleichzeitig niedrigem Obergangswiderstand erzielt wird. Ein mehrfaches Auswechseln der Kontakte ist möglich. Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik lag es auch in Verbindung mit der DE-PS 2 49 809 bzw. der US-PS 30 72 880 nicht nahe, ein Verfahren zu entwickein, bei dem die federnden Ansätze des in die Schaltungsplatte einzusetzenden Zwischenabschnitts gezielt zum Zwecke des Ausgleichs von Fertigungstoleranzen der durchplattierten Löcher durch einen die freien Enden in der Materialstärke kontinuierlich reduzierenden Prägevorgang hergestellt werden. Dadurch werden die beiden seitlich abstehenden Ansätze des Zwischenabschnitts über ihre gesamte Länge gleichförmig beansprucht und durch die Prägeverformung ergeben sich zudem gute Federungseigenschaften.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigt

Fig. ί eine Perspektivdarstellung eines stiftartigen Kontaktelements zur Herstellung eines lötfreien elektrischen Kontakts, der in einer gedruckten Schaltungsplatte und in einem isolierenden Gehäuse befestigt ist; F i g. 2 eine Vorderansicht des Kontaktelements:

F i g. 3 eine Teilansicht des Kontaktelements;

Fig.4 eine perspektivische Ajisicht des Kontaktelements, wobei der Querschnitt des mittleren Abschnitts erkennbar ist;

Fig.5 eine Schnittansicht gesehen in Richtung der Pfeile an der Schnittlinie 5-5 in F i g. 3:

Fig.6 eine Schnittansicht des Zwischenabschnitts nach F · g. 5 vor dem Verformen;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines quadratischen zweiten Endabschnitts, der das Wickelende des Kontaktelements bildet:

Fig.8 eine Schnittansicht des Zwischenabschnitts nach F i g. 5 zur Verdeutlichung der Einsatzmöglichkeit in verschieden große Öffnungen von Löchern in einer Schaltungsplatte; und

Fig.9 eine Schnittansicht gesehen in Richtung der Pfeile an der Schnittlinie 9-9 in F i g. 3.

Das zur lötfreien Verbindung dienende elektrische Kontaktelement gemäß der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 mit 10 bezeichnet und besitzt einen oberen eingespannten ersten Endabschnitt 12, einen mittleren oder Zwischenabschnii! 14 und einen unteren oder zweiten Endabschnitt, deii 'Vickelendabschnitt 16. Der erste obere EndabsehnHt 12 wird durch einen flachen, freitragenden Arm gebildet, der durch einen Schlitz 18 so gegabelt ist, daß zwei Federarme 20 entstehen, die bei 22 nach in.ien gebogen sind und an den obersten Enden mit nach außen verlaufenden Ansätzen 24 enden. Der obere einseitig eingespannte Abschnitt 12 ist in der den Ausgangspunkt für die Erfindung bildenden US-PS 37 83 433 in gleicher oder äquivalenter Ausführung·;-form vorhanden einschließlich eines Buchsenabschnitts zur Aufnahme eines elektrischen Kontakts etwa von

ίο einer integrierten Schaltung.

Der mittlere oder Zwischenabschnitt 14, der sich am besten aus den F i g. 4 und 5 ersehen läßt, weist einen C-förmigen Querschnitt 26 auf, der durch entgegengesetzt verlaufende gekrümmte Arme oder Ansätze 28 gebildet ist. die sich auf eine reduzierte Querschnittsdikke zu den Enden jedes Ansatzes hin verjüngen, wie die F i g. 6 erkennen läßt.

Der obere Teil des Zwischenabschnitts 14 geht in den unteren Teil des einseitig eingespannten Endabschnitts 12 über einen verbreiterten Anschlag 30 über, der obere Schultern 32 bildet. Der Anschiß 30 dient als Bezugsstelle für den elektrischen Kontakt :ΰ, wenn dieser in eine Öffnung 34 in einer isolierenden Befestigungsplatte 36, z. B. eine gedruckte Schaltungsplatte, eingesetzt wird. Die Schultern 32 dienen als Anschlag, gegen die eint nicht dargestellte Druckvorrichtung den Kontakt 10 beim Einsetzen in die Öffnungen 34 beaufschlagt, die in zwei in gleichem Abstand versetzten Reihen in die Platte 36 eingebracht sein können. Sind die Kontaktelemente in die öffnung 34 eingesetzt und die gekrümmten Abschnitte 22 eines jeden Kontaktelements nach innen gerichtet, so schleifen die Kontakte gegen stromleitende Pfade auf einer zweiten gedruckten Schaltungsplatte (nicht dargestellt), die dazwischen eingesetzt wird.

Die öffnungen oder Löcher 34 in der gedruckten Schaltungsplatte 36 können über ihre gesamte Länge oder auch nur teilweise plattiert sein. Erstreckt sich eine solche Platticrung durch die axiale Länge des Lochs, so ist sie normalerweise mit einem stromleitenden Ansatz 38 verbunden, der wiederum mit einem leitenden Streifen 40 verbunden sein kann, um einen elektrischen Stromkreis zwischen zwei Platten zu schließen, wie an sich bekannt.

Fig.4 läßt erkennen, daß der untere Tail des mittleren C-förmigen Zwischenabschnitts 14 durcl·. einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 41 in den oberen Teil des zweiten Endabschnitts 16 des Wickelendabschnitts, übergeht, wobei der äußere Durchmesser der Ansätze 28 sich im Ubergangsbereich zum zweiten Endabschnitt

so 16 verringert. Bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 und 7 besitzt der Endabschnitt 16 einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenabmessung von 0,625 mm. Die einander gegenüberstehenden, sich verjüngenden Ansätze 28 weisen einen Schlitz 42 zwischen ihren freien Enden auf, der sich in den Übergangsabschnitt 41 erstreckt. Dieser Schlitz ermöglicht eine federnde Nachgiebigkeit für den kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitt 41 und damit eine ausreichende Elastizität beim Einset .en in das Loch 34, so daß eine Deformie-

bo rung de^r Lochwandung verhindert wird. Wäre der kegelstumpfförmige Übergangsabschnitt 41 nicht vorhanden, so müßte ein Deformieren des durchplattierten Lochs 34 befürchtet werden.

Die sich verjüngenden Ansätze 28 des Zwischenab-

b5 Schnitts 14 erge.jpn ein»n gleichförmig beanspruchten Halte- oder Trägerabschnitt und ermöglichen, daß der Außendurchmesser des Zwischenabschnitts 14 besser mit dem Innendurchmesser unterschiedlich prnßer I ft-

eher 34 übereinstimmt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Außendurchmesser des Zwischenabschnitts 1,175 mm. Dieser Durchmesser ist so ausgelegt, daß der Zwischenabschnitt Hohne Deformation in ein Loch 34 mit 1 mm Durchmesser und Toleranzabweichungen von ±0,075 mm paßt. Toleranzänderungen für gebohrte Löcher können wesentlich kleiner gehalten werden. Erfindungsgemäße Kontaktelemente lassen sich jedoch bei gebohrten Löchern, insbesondere durchplattierten Löchern, verwenden, wobei es erwünscht ist, einen größeren Toleranzbereich zur Verfügung zu haben, da die Schichtdicke der Lochplattierung sich wirtschaftlich nur bei größeren zulässigen Toleranzen erreichen läßt. Der Zwischenabschnitt 14 kann also in Löcher eingesetzt werden, die eine Durchmessertoleranzänderung von ±7,5% aufweisen oder anders ausgedrückt, der Zwischenabschnitt 14 kann in Löcher eingesetzt werden, die zwischen 8.5 und 21% kleiner sind ais der Auuendurchrncsscr des Zwischenabschnitts 14. Die Konfiguration des Zwischenabschnitts 14 in Anpassung an verschieden große Lochdurchmesser läßt sich am besten aus F i g. 8 anschaulich ersehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform kann der zweite oder Wickelendabschnitt 16 unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise auch mit quadratischem Querschnitt 17, wie Fig.7 zeigt, oder auch mit einem hutförmig gewölbten Querschnitt 43, wie die F i g. 9 erkennen läßt. Dieser hutförmige Querschnitt 43 des Wikkelendabschnitts 16 wird durch Prägen des Metallblechs geformt, aus welchem das elektrische Kontaktelement 10 mit einem Schlitzformwerkzeug hergestellt wird, das einen konkaven Schlitz oder eine konkave Rippe 44 von einer Seite des im Schnitt rechtwinklig ausgebildeten Wickelendabschnitts 16 ausformt. Das Werkzeug, das die Rippe 44 erzeugt, formt auch das Metall auf der entgegengesetzten Seite des Wickelendabschnitts 16 in ciMcm gerundeter. Hohlraum, der den konvexen oberen Rippenteil 46 formt. Die Rippe 44, 46 verstärkt den Wickelendabschnitt 43, der dünner ist als der Abschnitt 17, um beim Umwickeln mit einem Anschlußdraht eine Verbiegung zu verhindern.

Wie vorstehend erwähnt, weist der Wickelendabschnitt 17 quadratischen Querschnitt mit einer Seitenabmessung von 0,625 mm auf. Die Diagonale dieses Abschnitts ist etwas größer als 0,875 mm, so daß ein Loch von mindestens 0,9 mm Durchmesser erforderlich ist, um den quadratischen Wickelendabschnitt 17 hindurchstecken zu können. Der hutförmige Wickelendabschnitt 43 besitzt typischerweise eine Breite von 0,825 mm mit einer Diagonale von etwas weniger als 0325 mm. Beide Ausführungen des zweiten oder Wickelendabschnitts 16 gehen durch ein Loch 34 mit einem Durchmesser von 1.0 mm hindurch.

Der erfindungsgemäß gestaltete Zwischenabschnitt 14 hat gegenüber dem entsprechenden Abschnitt beim US-Patent 37 83 433 oder bei der DE-OS 22 39 424 den Vorteil, daß zur Herstellung des C-förmigen Abschnitts 26 weniger Material benötigt wird. Dies ermöglicht, daß die Kontaktelemente aus einem Metallblechband bei geringeren Minen- oder Achsabständen hergestellt werden können, wodurch der Materialabfall vermindert wird. Ist im Bereich der gekrümmten Teile 22 eine Goldauflage vorgesehen, die den Kontakt mit einer /weiten gedruckten Schaltungsplatte herstellt, so wird durch die engerer. Mittenabstände der GoldabfaH erheblich verringert Der geringere Mittenabstand hat den weiteren Vorteil, daß die Kontaktelemente an einem Trägerstreifen zum gleichzeitigen Vielfacheinsetzen in Löcher 34 gehalten werden können. Nach dem Einsetzen kann dann der Trägerstreifen längs einer knapp über den Ansätzen 24 vorhandenen Markierung abgebrochen werden.

Nach dem Einsetzen der elektrischen Kontaktelemenle 10 in die Löcher 34 der gedruckten Schalungsplatte 36 kann ein Isoliergehäuse 48 über die Kontaktelementc 10 gesetzt werden, um die Kontakte zu schützen und eine Führung für die erwähnte zweite gedruckte Schaltungsplatte zwischen gegenüberliegenden Kontaktrcihcn sicherzustellen. Wie sich am besten aus Fig. I ersehen läßt, weist das Isoliergehäuse 48 eine Platte mit einem Schlitz 50 auf, welcher an einem Plattenanschlag endet, der durch eine Schulter 52 gebildet ist. Auf jeder Seite der Schulter 52 sind Kanäle 54 vorhanden, die sich von der oberen Fläche des Isoliergehäuses 48 zu deren unterer Fläche erstrecken. Die Kanäle 54 nehmen die elektrischen Kontaktelemente 10 auf und öffnen sich bei 56 in den Schlitz 50 der Platte, wobei sich die gekrümmten Teile 22 der elektrischen Kontaktclemcnie 10 in den Schlitz 50 erstrecken. Die öffnung 56 ist teilweise durch vertikal verlaufende Streifen 58 begrenzt, die die Schultern 60 bilden, gegen welche Ansätze 24 zur federnden Vorspannung der gekrümmten Teile 22 anliegen, nachdem das Gehäuse 48 über die Kontaktelemente 10 gestülpt worden ist.

Das koliergehäuse 48 kann mit der gedruckten Schaltungsplat'·. 36 durch (nicht dargestellte) Schrauben verbunden sein. Andererseits kann das flache Anschlagteil 30 mit einem Ansatz versehen sein, der in eine mit einer Schulter versehene Fläche einer Rippe in Eingriff kommt, welche längs der inneren Oberfläche des Kanals 54 ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung ist aus der bereits genannten US-PS 37 83 433 bekannt.

Wird der quadratische Wickelendabschnitt 17 nach F i g. 7 vorgesehen, so ist ein Metallblech mit einer der Seitenlänge des quadratischen Wickelabschnitts entsprechenden Dicke erforderlich. Wird der sich zu den Enden hin verjüngende C-förmige Abschnitt 26 des Zwischenabschnitts 14 vorgesehen, so ist für den mittleren Teil keine so dünne Materialstärke erforderlich. Dies ermöglicht, das dickere Material auf die zu den Enden der abstehenden Ansätze hin abnehmende Dicke des Zwischenabschnitts 14 durch Stauchen herzustellen, so daß der bei den bekannten Kontaktelementen notwendige Walzschritt entfällt. Wenn die Dicke des Zwischenabschnitts 14 durch Stauchen hergestellt worden ist. werden die sich verjüngenden Ansätze 28 des C-förmigen Abschnitts 26 durch einen zusätzlichen Prägeso schritt hergestellt, wie in F i g. 6 angedeutet. Die abgeflachten, sich verjüngenden Ansätze 28 werden d»nn in aufeinanderfolgenden Stufen eines Preßwerkzeugs mit mehreren Stationen gerundet. Wenn der hutförmige Querschnitt 43 nach F i g. 9 vorgesehen werden soll, so wird die gewünschte Metallblechdicke wesentlich verringert. Bei dieser Ausführungsform ist der Unterschied in der Abmessung zwischen dem Zwischenabschnitt 14 und dem Endabschnitt 43 gering und in manchen Ausführungsformen gleich Null. Es ist daher möglich, den wesentlich dünneren Abschnitt, der für den Zwischenabschniit 14 erforderlich ist, mit geringerem Kraftaufwand zu stauchen. Wenn die maximale Dicke des C-förmigen Querschnitts im Zwischenabschnitt 14 einmal erzielt ist, werden die sich verjüngenden Ansätze 28 in der vorbeschriebenen Weise durch Prägen geformt.

Der sich verjüngende, C-förrnige Abschnitt 26 des elektrischen Kontaktelements 10 hat mehrere Vorteile. Es wurde festgestellt, daß es mit dieser Ausbildung des

Zwischenabschnitts dem Hersteller gedruckter Schaltungsplatten mit durchplattierten Löchern möglich ist, einen größeren Toleran/.bcrcich durchzulassen, eist die gekrümmten, sL-h verjüngenden Enden 28 an verschiedene Innendurchmesser der Löcher 34 anpassen. Die ■> sich verjüngenden Ansätze 28 gewährleisten, daß der Verlauf der Beanspruchung innerhalb des C-förmigen Abvrhnitts 26 auf einem Minimum verbleibt, so daß beim Eingriff im durchplattierten Loch 24 keine Lochverformung auftritt. Ferner ergibt der sich verjüngende C-förmige Querschnitt eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Kontaktelement und dem Loch, wodurch eine nachteilige korrosive Beeinflussung des elektrischen Koniakts verhindert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

JO

J5

•to

50

55

60

65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines stiftartigen Kontaktelements aus Blechmaterial durch Stanzen und spanlose Bearbeitung, welches Kontaktelement

   — einen über die eine Oberfläche einer Schaltungsplatte hinausragenden ersten Endabschnitt,

   — einen beim Einsetzen des Kontaktelements in die Schaltungsplatte durch ein leitend durchplattiertes Loch hindurchzusteckenden zweiten Endabschnitt, der über die andere Oberfläche der Schaltungsplatte hinausragt, und

   — einen die Lochplattierung durch den Einsteckvorgang elektrisch kontaktierenden und das Kontaktelement mechanisch haltenden Zwischenabschnitt aufweist, dessen Querschnittsprofil e^s zwei gleich langen, seitlich abstehenden Ansätzen in Anpassung an den Durchmesser des plattierten Lochs kreisbogenförmig geformt wird,