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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement mit wenigstens einem sich längs erstreckenden Anschlussstift. Der Anschlussstift ist ausgebildet, in einen Durchbruch einer Leiterplatte eingeführt und mit der Leiterplatte elektrisch verbunden zu werden. Das Kontaktelement weist einen Anschluss, insbesondere einen Schraubanschluss für eine Schraube zum Verbinden des Kontaktelements mit einem Kabelschuh auf.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kontaktelementen, welche Anschlussstifte, insbesondere Einpressstifte zum Verbinden mit einer Leiterplatte aufweisen, wurde das Problem erkannt, dass bei einer Zugbelastung auf die Schraubverbindung die Zugbelastung auf die Anschlussstifte, und so auf die elektrische Verbindung, wirkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist das Kontaktelement der eingangs genannten Art einen Befestigungsabschnitt mit einem Gewinde für die Schraube auf, wobei der Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, in einen Befestigungsdurchbruch der Leiterplatte eingeführt zu werden, und beim Eindrehen der Schraube radial nach außen aufgespreizt zu werden, und das Kontaktelement in dem Befestigungsdurchbruch kraftschlüssig und/oder formschlüssig zu verankern. Mittels des Befestigungsabschnitts, welcher durch das zuvor erwähnte Aufspreizen mittels der Schraube in der Leiterplatte verankert wird, kann die Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlussstift und der Leiterplatte von einer Zugbelastung entlastet werden.
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Vorteilhaft ist durch den Befestigungsabschnitt mit dem Gewinde, insbesondere einem Innengewinde, sowohl ein Mittel zur Befestigung des Kontaktelements mit der Leiterplatte gebildet, als auch ein Teil des Schraubanschlusses, mit dem der Kabelschuh mit dem Kontaktelement verbunden werden kann. Wenn die zuvor erwähnte Schraube in das Gewinde eingedreht wird, so kann mit der Schraube ein Kabelschuh mit dem Kontaktelement verbunden werden. Beim Eindrehen der Schraube in das Gewinde wird so sowohl der Kabelschuh mit dem Kontaktelement verschraubt, als auch der Befestigungsabschnitt quer zu einer Einschraubrichtung, insbesondere einer Rotationsachse der Schraubverbindung, aufgespreizt. Das Kontaktelement kann so vorteilhaft beim Verbundenwerden mit dem Kabelschuh mittels der Schraubverbindung in der Leiterplatte verankert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Befestigungsabschnitt durch wenigstens zwei Zylinderwandsegmente gebildet, wobei an einer Innenwand der Zylinderwandsegmente jeweils ein Teil des Gewindes ausgebildet ist. Die Zylinderwandsegmente sind beispielsweise durch ein Durchstoßen eines spitzen Werkzeugs durch das Kontaktelement, insbesondere eines das Kontaktelement bildenden Bleches, erzeugt. Bevorzugt sind die Zylinderwandsegmente jeweils durch eine Ausnehmung voneinander getrennt. Die Ausnehmung ist beispielsweise durch Stanzen erzeugt. Zwischen den Ausnehmungen sind Laschen gebildet, welche beim Durchstoßen des zuvor erwähnten Werkzeugs jeweils abgewinkelt werden. Das Werkzeug ist beispielsweise zylinderförmig ausgebildet und weist an einem Längsabschnitt, welcher einem zum Durchstoßen des Blechabschnitts folgt, einen Gewindeschneider auf. Nach dem Durchstoßen des Bleches und dem Abwinkeln der Laschen, wodurch die Zylinderwandsegmente jeweils durch eine abgewinkelte Lasche gebildet werden, kann mit dem Gewindeschneider ein Gewinde in die Zylinderwandsegmente geschnitten werden. Das Gewinde bildet einen Teil des zuvor erwähnten Schraubanschlusses, wobei die Zylinderwandsegmente einen Teil des Befestigungsabschnitts bilden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kontaktelement mehrere Anschlussstifte auf, welche radial von dem Befestigungsabschnitt beabstandet sind. Die Anschlussstifte erstrecken sich jeweils parallel zu einer Rotationslängsachse des Schraubanschlusses.
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Durch die so gebildete Ausführungsform kann das Kontaktelement, insbesondere die Anschlussstifte des Kontaktelements, in entsprechende Durchbrüche der Leiterplatte eingepresst werden. Während des Einpressens kann auch der Befestigungsabschnitt in den zum Befestigen des Kontaktelements in der Leiterplatten ausgebildeten Durchbruch eingeführt werden. Der Durchbruch in der Leiterplatte ist bevorzugt durch eine insbesondere zylindrische Durchbohrung oder eine Durchstanzung gebildet.
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Bevorzugt erstrecken sich die Zylinderwandsegmente und die Anschlussstifte in dieselbe Richtung.
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Das Kontaktelement kann so besonders aufwandsgünstig mit der Leiterplatte verbunden werden. Nach einem Einpressen des Kontaktelements mit den Anschlussstiften in die entsprechenden Ausnehmungen der Leiterplatte und dem Durchführen des Befestigungsabschnitts in den entsprechenden Durchbruch der Leiterplatte kann mittels einer Schraube ein Kabelschuh mit dem Kontaktelement verbunden werden. Beim Eindrehen der Schraube, und so beim Befestigen des Kabelschuhs mit dem Kontaktelement, werden die Zylinderwandsegmente radial nach außen aufgeweitet, und greifen in die Leiterplatte, insbesondere an den Rand der Leiterplatte, im Bereich des Durchbruchs ein. Das Kontaktelement wird so durch die Schraubverbindung kraftschlüssig oder zusätzlich formschlüssig in der Leiterplatte verankert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind durch die Anordnung der Anschlussstifte wenigstens zwei Reihen gebildet, welche den Befestigungsabschnitt zwischeneinander einschließen. Die Anschlussstifte, und so der elektrische Kontakt zwischen den Anschlussstiften und der Leiterplatte, ist so optimal vor einer Zugbelastung geschützt. Bei einem Auftreten einer Zugbelastung, beispielsweise ausgeübt durch ein mit dem Kabelschuh verbundenen Kabel, wird das Kontaktelement zwischen den Anschlussstiften belastet. Die Zugkraft wird so auf den Befestigungsabschnitt und über den Befestigungsabschnitt auf die Leiterplatte übertragen. Die Anschlussstifte sind so vorteilhaft von der Zugkraft wenigstens teilweise oder vollständig entlastet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussstifte kreisförmig um den Befestigungsabschnitt angeordnet. So können die Anschlussstifte bei einer zentrischen Belastung auf das Kontaktelement vorteilhaft entlastet sein, insoweit die Zugkraft auf den Befestigungsabschnitt wirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zylinderwandsegmente durch eine Ausnehmung voneinander getrennt. Weiter bevorzugt sind durch Ausnehmungen wenigstens zwei, drei oder vier Zylinderwandsegmente gebildet. Zum Erzeugen von vier Zylinderwandsegmenten kann in ein Blech, welches zum Erzeugen des Kontaktelements von einem Umformwerkzeug umgeformt wird, ein Kreuz in das Kontaktelement gestanzt werden. Nach einem Durchstoßen eines zylindrischen Werkzeugs, bevorzugt eines Werkzeugs mit einem Gewindeabschnitt, werden die zwischen zwei zueinander benachbarten Ausnehmungen angeordneten Laschen durch das Stoßwerkzeug abgewinkelt. Nach dem Abwinkeln kann so ein Zylinderwandsegment gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen eines Kontaktelements, insbesondere nach Kontaktelement gemäß der vorbeschriebenen Art.
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Bei dem Verfahren wird aus einem Blech, insbesondere Kupferblech oder Blech aus einer Kupferlegierung, insbesondere CuSn6 oder CuNiSi, das Kontaktelement derart gestanzt, dass sich die Anschlussstifte von einem Durchbruch für den Befestigungsabschnitt radial nach aussen erstrecken, und in einer flachen Erstreckung des Bleches an den Durchbruch sich radial nach aussen erstreckende Ausnehmungen angeformt sind, wobei der Durchbruch derart aufgeweitet wird, dass zwischen den sich radial nach aussen erstreckenden Ausnehmungen angeordnete Blechabschnitte abgewinkelt werden und dabei jeweils einen Zylinderwandabschnitt für eine Schraubverbindung ausbilden.
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Bevorzugt werden bei dem Verfahren die Anschlussstifte quer zur flachen Erstreckung des Bleches beim Aufweiten des Durchbruchs für die Schraubverbindung abgewinkelt.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird nach dem Ausbilden der Zylinderwandsegmente ein Gewinde für die Schraubverbindung in eine Innenwand der Zylinderwandsegmente geschnitten, wobei die Zylinderwandsegmente gemeinsam das Gewinde formen.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von weiteren Figuren und Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement in einer Schnittdarstellung;
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2 zeigt das in 1 dargestellte Kontaktelement in einer Aufsicht auf eine Einschraubseite;
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In den 3, 4 und 5 ist jeweils ein Verfahrensschritt zum Verbinden des in 1 dargestellten Kontaktelements mit einer Leiterplatte dargestellt;
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Die 6, 6a und 6b zeigen jeweils einen Verfahrensschritt zum Erzeugen des Befestigungsabschnitts 7 des in 1 dargestellten Kontaktelements;
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7 zeigt die Anschlussstifte des in 1 dargestellten Kontaktelements in einer seitlichen Aufsicht im Detail.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktelement 1. Das Kontaktelement 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel zehn Anschlussstifte auf, von denen ein Anschlussstift 5 und ein Anschlussstift 3 beispielhaft bezeichnet sind. Die Anschlussstifte 3 und 5 bilden jeweils einen mittigen Anschlussstift von zwei parallel zueinander verlaufenden Reihen, die in 2 näher dargestellt sind.
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Dargestellt ist auch eine Leiterplatte 12, welche einen Durchbruch 13 für den Anschlussstift 5 und einen Durchbruch 15 für den Anschlussstift 3 aufweist. Die Anschlussstifte 3 und 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch die Durchbrüche 13 beziehungsweise 15 hindurchgeführt. Die Durchbrüche 13 und 15 weisen jeweils eine – beispielsweise galvanisch erzeugte – Kupfermetallisierung auf. Der Durchbruch 15 weist an einer Durchbruchwand eine Kupfermetallisierung 14, und der Durchbruch 13 weist an einer Durchbruchwand eine Kupfermetallisierung 16 auf.
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Das Kontaktelement 1 weist auch einen Befestigungsabschnitt 7 auf. Der Befestigungsabschnitt 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel hohlzylinderförmig ausgebildet. Im Inneren des hohlzylinderförmig ausgebildeten Befestigungsabschnitts 7 ist ein Gewinde, 8, insbesondere Innengewinde ausgebildet. Das Gewinde 8 in dem Befestigungsabschnitt 7 bildet einen Schraubabschluss des Kontaktelements 1.
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Eine Schraube 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel in das Innengewinde 8 des Befestigungsabschnitts 7 eingeschraubt und klemmt einen Kabelschuh 10 gegen das Kontaktelement 1. Die Wand des Befestigungsabschnitts 7 wird durch die Schraube 9 – nach Art eines Dübels – gegen eine Wand eines Durchbruchs in der Leiterplatte 12 gepresst, wobei der Durchbruch zwischen den Durchbrüchen 13 und 15 angeordnet ist. Der Kabelschuh 10 wird dabei durch die Schraube 9 auf eine in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildete Schulter 11 gepresst. Die Schulter 11 verbindet den Befestigungsabschnitt 7 mit den Anschlussstiften.
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2 zeigt das in 1 bereits in einer Schnittdarstellung dargestellte Kontaktelement 1 in einer Aufsicht. Dargestellt ist auch eine Schnittlinie 6 zu der in 1 dargestellten Schnittdarstellung. Der Befestigungsabschnitt 7 des Kontaktelements 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Ausnehmungen auf, nämlich eine Ausnehmung 19 und eine Ausnehmung 20, welche jeweils entlang einer Längserstreckung des Kontaktelements 1 verlaufen, und zwei weitere quer zur Längserstreckung des Kontaktelements verlaufende Ausnehmungen 21 und 22. Die Ausnehmungen 19, 20, 21 und 22 bilden in diesem Ausführungsbeispiel somit eine Kreuzform. Der Befestigungsabschnitt 7 umfasst 4 Zylinderwandsegmente 35, 36, 37, und 38. Zwischen den Ausnehmungen 20 und 21 erstreckt sich das Zylinderwandsegment 38, zwischen den Ausnehmungen 20 und 22 erstreckt sich das Zylinderwandsegment 37, zwischen den Ausnehmungen 22 und 19 erstreckt sich das Zylinderwandsegment 36 und zwischen den Ausnehmungen 19 und 21 erstreckt sich das Zylinderwandsegment 35.
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Durch die Anordnung der Anschlussstifte des Kontaktelements sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei zueinander parallel verlaufende Reihen 2 und 4 gebildet, wobei jede Reihe fünf Anschlussstifte umfasst.
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3 zeigt das in den 1 und 2 bereits dargestellte Kontaktelement 1 in einer Schnittdarstellung, in der die Anschlussstifte 3 und 5 sowie der Befestigungsabschnitt 7 sichtbar sind. Die Schnittdarstellung entspricht der in 2 dargestellten Schnittlinie 6. Das Kontaktelement 1 wird in 3 mit der Leiterplatte 12 verbunden. Dazu werden die Anschlussstifte 3 und 5 in die Durchbrüche 13 beziehungsweise 15 eingeführt. Die Anschlussstifte 3 und 5 sind jeweils als Einpressstifte ausgebildet und kontaktieren beim Einpressen die Kupfermetallisierung in dem jeweiligen Durchbruch.
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Die Anschlussstifte 3 und 5 weisen jeweils eine größere Längserstreckung auf als der Befestigungsabschnitt 7. Dadurch wird beim Einpressen des Kontaktelements 1 in die Leiterplatte 12 der Befestigungsabschnitt 7 später an den entsprechenden Befestigungsdurchbruch 30 in der Leiterplatte 12 für den Befestigungsabschnitt 7 herangeführt, als die Anschlussstifte 3 und 5. Die Anschlussstifte 3 und 5 bilden so beim Einpressen des Befestigungsabschnitts 7 eine Führungshilfe. Dargestellt ist auch die in 2 bereits dargestellte Ausnehmung 19, welche in der in 3 gezeigten Schnittdarstellung im Hintergrund sichtbar ist. Sichtbar ist auch das Gewinde 8, welches als Innengewinde in dem Befestigungsabschnitt 7 ausgebildet ist.
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4 zeigt das in 3 bereits teilweise in die Leiterplatte 12 eingeschobene Kontaktelement 1, welches mit dem Befestigungsabschnitt 7 in den Durchbruch 30, zuvor auch Befestigungsdurchbruch 30 genannt, der Leiterplatte 12 eingeführt wird. Zum Einpressen des Kontaktelements 1 in die Leiterplatte 12, insbesondere zum Einpressen des Befestigungsabschnitts 7 in den Durchbruch 30, wirkt dazu eine Kraft 28 auf die in 1 bereits dargestellte Schulter 11.
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Der in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig geprägte Befestigungsabschnitt 7, insbesondere Zylinderwandsegmente des Befestigungsabschnitts 7, nehmen nach dem Einpressen einen Winkel 18 ein. Das kommt dadurch zustande, dass der Durchbruch 30 in der Leiterplatte 12 einen kleineren Durchmesser aufweist, als ein Außendurchmesser des Befestigungsabschnitts 7.
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5 zeigt das in den 3 und 4 bereits dargestellte Kontaktelement 1, welches in einem letzten Schritt mit der in 1 bereits dargestellten Schraube 9 in der Leiterplatte 12 verankert wird. Dazu wird die Schraube 9 in den Befestigungsabschnitt 7, insbesondere in das Innengewinde 8 des Befestigungsabschnitts 7 eingedreht. Dabei wird der Befestigungsabschnitt 7, insbesondere die Zylinderwandsegmente des Befestigungsabschnitts 7, mit einer Kraft 29 gegen die Wände des Durchbruchs 30 der Leiterplatte 12 gepresst. Die Schraube 9 weist dazu im Bereich eines Gewindeabschnitts einen Durchmesser auf, welcher dem Durchmesser des Innengewindes 8 in dem Befestigungsabschnitt 7 entspricht. Der in 4 dargestellte Winkel 18 wird dabei beim Eindrehen der Schraube 9 um eine Rotationslängsachse 40 wieder aufgeweitet, sodass der Befestigungsabschnitt 7 – nach Art eines Dübels – in der Leiterplatte 12, insbesondere dem Durchbruch 30, verankert ist. Die Anschlussstifte 3 und 5, sowie weitere in 2 dargestellte Anschlussstifte des Kontaktelements 1, sind dann bei einer Zugbelastung, die auf den Kabelschuh 10 einwirkt, vorteilhaft entlastet.
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Die 6, 6a und 6b zeigen ein Verfahren zum Erzeugen des in den 1 und 2 bereits dargestellten Befestigungsabschnitts 7 und den Aussparungen 19, 20, 21 und 22, durch welche der Befestigungsabschnitt 7 in Zylinderwandsegmente aufgeteilt ist. Dazu wird in 6 in einem Schritt 31 eine – der Zahl der Zylinderwandsegmente entsprechende – Kreuz- oder Sternform in ein das Kontaktelement 1 bildendes Blech gestanzt. Bei dem Verfahrensschritt 31 sind so bereits die in 2 sichtbaren Aussparungen 19, 20, 21 und 22 erzeugt.
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6a zeigt einen weiteren Schritt 32, in dem dann durch ein Prägewerkzeug eine Einführschräge und – in diesem Ausführungsbeispiel – Rillen 23 geprägt werden können. Die Rillen 23 können den Befestigungsabschnitt 7 vorteilhaft in dem Durchbruch 30 der Leiterplatte 12 verankern und erzeugen beim Angepresstwerden des Befestigungsabschnitts 7 an eine Durchbruchwand des Durchbruchs 30 einen Formschluss zum Sichern des Kontaktelements 1 in dem Durchbruch 30 der Leiterplatte 12.
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Nach dem in dem Schritt 32 beschriebenen Prägen kann mittels eines Gewindeschneidbolzens – welcher beispielsweise an einem Endabschnitt konisch ausgebildet ist, und an dessen konisch ausgebildeten Endabschnitt sich ein Längsabschnitt mit einem Gewindeschneider erstreckt – durch ein Zentrum 34 des beim Stanzen in Schritt 31 erzeugten Durchbruchs gestoßen werden. Dabei werden die zwischen den Aussparungen 19, 20, 21 und 22 angeordneten Blechlappen durch den zuvor beschriebenen Bolzen in Durchstoßrichtung abgewinkelt.
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6b zeigt einen Schritt 33, bei dem nach dem Durchstoßen mit dem Bolzen der Bolzen entlang seiner Längsachse gedreht wird und so das in 1 bereits dargestellte Innengewinde 8 geschnitten wird.
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7 zeigt eine Reihe der in 2 bereits dargestellten Anschlussstifte des Kontaktelements 1, umfassend den Anschlussstift 5 in einer seitlichen Aufsicht.
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Die Anschlussstifte wie der Anschlussstift 5 weisen eine Tiefenprägung 24 auf, sodass seitliche, jeweils ein Teilfederelement bildende Wandabschnitte 25 und 26 des Anschlussstiftes 5, zusammen mit dem verbleibenden Boden oder Steg 27 ein gemeinsames Federelement bilden. Das die Wandabschnitte 25, 26 und 27 umfassende Federelement ist derart ausgebildet, beim Eingepresstwerden des Kontaktelements 1 in die Leiterplatte 12 in die in 1 bereits dargestellte Kupfermetallisierung 16 des Durchbruchs 13 federnd anzupressen und/oder einzuschneiden. Die Federgeometrie des Kontaktelements 1 ist hier beispielhaft gewählt, sie ist vorteilhaft über Stanz-Präge-Prozesse aufwandsgünstig herzustellen.
