EP1898496B1 - Metallisches Kontaktelement für eine elektrische Kontaktanordnung - Google Patents

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EP1898496B1
EP1898496B1 EP07112126A EP07112126A EP1898496B1 EP 1898496 B1 EP1898496 B1 EP 1898496B1 EP 07112126 A EP07112126 A EP 07112126A EP 07112126 A EP07112126 A EP 07112126A EP 1898496 B1 EP1898496 B1 EP 1898496B1
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electrical contact
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shorter
contact arrangement
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Markus Kroeckel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/58—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals terminals for insertion into holes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/06—Riveted connections

Definitions

  • the invention is based on an electrical contact arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • tin in this specification means a tin-containing alloy suitable for electrical contact purposes.
  • the person skilled in the art selects a tin alloy suitable for the desired application from known alloys.
  • US-A-5,282,758 is a metallic contact element having a Maisierabêt and with a mounting portion for connecting to a printed circuit board known
  • the fastening portion has two different lengths of bendable legs, which extend substantially parallel to each other in the direction away from a contacting portion. The longer of the legs is designed such that it projects beyond the shorter of the legs with an end portion.
  • This contact element is pressed with elastically compressed legs through a hole in a printed circuit board and held by a subsequent take place springing the legs of this.
  • metal shavings which can cause shorts or shorts on the circuit board, can be produced by peeling during this press-fitting. As a result, the reliability of this contact arrangement is compromised.
  • the object of the invention is to provide an electrical contact arrangement between a contact element and a printed circuit board, which is functionally reliable.
  • a contact element is used, which is connected when passing through a hole in a printed circuit board with no or little application of force and then forms an undercut by means of a plastic deformation.
  • This material Abschschabitch be avoided in the preparation of this contact arrangement and created a functionally reliable contact arrangement.
  • the printed circuit board is significantly less stressed in the contact area. It is to be expected a high contact security with good long-term behavior. Furthermore, in principle, large holding forces are possible because the contacting of the mounting portion forms an undercut after the plastic deformation. Although several metals are suitable for cold welding, tin is preferred.
  • contact element 1 is made of tinned sheet (in the example brass sheet) punched and has an upper Maisierabites 2, a lower mounting portion 3 and between two lateral projections 4.
  • the Jardinierabêt 2 is for example a cross-sectionally approximately rectangular contact pin or a blade contact in the form of a tab.
  • the attachment portion 3 has two downwardly projecting legs 5, 6 with different lengths. Starting from the projections 4, the two legs 5, 6 on their sides facing away from each other down to each other tapered wedge surfaces 7 and then parallel to each other outer surfaces 8, 9.
  • the longer leg 5 protrudes with an end portion 10 on the shorter leg 6, wherein the end portion 10 is hook-shaped bent to the shorter leg 6 and has a downwardly directed tip 11. This tip 11 is arranged eccentrically to the median plane 12 of the longer leg 5 by the amount a.
  • the shorter leg 6 has an oblique end face 13 facing the longer leg 5.
  • Fig. 2a is the contact element 1 by means of a punch 14 which acts from above on the projections 4, has been inserted into a round hole 15 of a printed circuit board 16, wherein the pointed end portion 10 of the longer leg 5 a Introducer.
  • the attachment portion 3 With the exception of its wedge surfaces 7, the attachment portion 3 has a cross section which is smaller than the diameter of the hole 15 on all sides.
  • the hole 15 is formed by a tinned sleeve 17 which is inserted in the printed circuit board 16. The insertion process is almost powerless, because the legs 5, 6 with the exception of their wedge surfaces 7 without resistance can be inserted into the hole 15.
  • a die 20 (forming tool) is pressed against the end portion 10 by a driving force, as indicated by the arrow 21.
  • the longer leg 5 is bent to the left and partially bent until it finally abuts with its end face (hook surface) 22 against the end face 13 of the shorter leg 6 and this bends to the right and supported.
  • the specially shaped die 20 supports this embossing or forming process.
  • the embossment of the legs 5, 6 caused on the one hand, due to the eccentric load of the longer leg 5 and the specially shaped Gesenkgeometrie, a curling of the longer leg 5, on the other hand thereby the shorter leg 6 is displaced to the outside.
  • Essential for the embossment is the expansion of the two legs 5, 6 in relation to the hole 15.

Landscapes

  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Multi-Conductor Connections (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Kontaktanordnung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
  • Um Steckkontakte, z.B. Kontaktstifte, mit einer aus elektrisch isolierendem Material hergestellten Platine (auch Leiterplatte genannt) dauerhaft zu kontaktieren, wird Einpresstechnik eingesetzt. Ein runder, bolzenförmiger Befestigungsabschnitt des Kontaktelements wird in ein Leiterplattenloch gepresst, das durch eine in die Leiterplatte eingebrachte verzinnte Hülse gebildet ist. Die Einpresszone wird dabei plastisch und elastisch verformt, wodurch es an den Berührungsstellen zu einer dauerhaft festen Kaltverschweißung zwischen Metallteilen kommt. Beim Einpressen entstehen durch Abschälen Metallspäne, die Kurzschlüsse oder Nebenschlüsse (= hochohmige Kurzschlüsse) verursachen können. Außerdem kann durch die axiale Kraftbeaufschlagung während des Einpressprozesses die in die Leiterplatte eingebrachte verzinnte Hülse beschädigt werden, wodurch die Qualität der elektrischen Verbindung sofort oder erst nach langer Betriebszeit beeinträchtigt werden kann.
  • Kaltverschweißung kann auch zwischen anderen Metallen auftreten, z. B. zwischen Gold-Gold und Kupfer-Kupfer. Wie auch Zinn, sind die zuletzt genannten Metalle im Zusammenhang mit der Herstellung von Leiterplatten bekannt. Der Ausdruck Zinn bedeutet in dieser Beschreibung eine Zinn enthaltende Legierung, die für elektrische Kontaktzwecke geeignet ist. Der Fachmann wählt eine für den gewünschten Anwendungsfall geeignete Zinnlegierung aus bekannten Legierungen aus.
  • Durch die US-A-5 282 758 ist ein metallisches Kontaktelement mit einem Kontaktierabschnitt und mit einem Befestigungsabschnitt zum Verbinden mit einer Leiterplatte bekannt Der Befestigungsabschnitt weist zwei unterschiedlich lange biegbare Schenkel auf, die sich im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung fort von einem Kontaktierabschnitt erstrecken. Der längere der Schenkel ist derart ausgebildet, dass er mit einem Endbereich den kürzeren der Schenkel überragt. Dieses Kontaktelement wird mit elastisch zusammengedrückten Schenkeln durch eine Bohrung in einer Leiterplatte gepresst und durch eine danach erfolgende Auffederung der Schenkel an dieser gehalten. In unerwünschter Weise können bei diesem Einpressen durch Abschälen Metallspäne entstehen, die Kurzschlüsse oder Nebenschlüsse auf der Leiterplatte verursachen können. Dadurch ist die Funktionssicherheit dieser Kontaktanordnung gefährdet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Kontaktanordnung zwischen einem Kontaktelement und einer Leiterplatte zu schaffen, die funktionssicher ist.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer elektrischen Kontaktanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei dieser Ausbildung der elektrischen Kontaktanordnung kommt ein Kontaktelement zur Anwendung, das beim Hindurchgreifen durch ein Loch einer Leiterplatte mit keiner oder geringer Kraftbeaufschlagung verbunden ist und danach mittels einer plastischen Umformung einen Hinterschnitt bildet. Damit werden Materialabschabungen bei der Herstellungen dieser Kontaktanordnung vermieden und eine funktionssichere Kontaktanordnung geschaffen.
  • Auch wird die Leiterplatte im Bereich der Kontaktierung deutlich weniger gestresst. Es ist eine hohe Kontaktsicherheit mit gutem Langzeitverhalten zu erwarten. Weiterhin sind prinzipiell große Haltekräfte möglich, da die Kontaktierzone des Befestigungsabschnitts nach der plastischen Umformung einen Hinterschnitt bildet. Wenn auch mehrere Metalle sich für Kaltverschweißungen eignen, wird Zinn bevorzugt.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktelements ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren sind teilweise abgebrochen, schematisch und nicht maßstäblich. Es zeigen:
    • Fig. 1
    die erfindungsgemäße elektrische Kontaktanordnung; und
    Fign. 2a, 2b
    ein in ein Leiterplattenloch eingesetztes Kontaktelement der Kontaktanordnung der Fig. 1 vor dem Verprägen (Fig. 2a) und nach dem Verprägen (Fig. 2b).
    Ausführungsform der Erfindung
  • Das in Fig. 1 gezeigte Kontaktelement 1 ist aus verzinntem Blech (im Beispiel Messingblech) gestanzt und weist einen oberen Kontaktierabschnitt 2, einen unteren Befestigungsabschnitt 3 und dazwischen zwei seitliche Vorsprünge 4 auf. Der Kontaktierabschnitt 2 ist zum Beispiel ein im Querschnitt etwa rechteckiger Kontaktstift oder ein Messerkontakt in Form eines Flachsteckers. Der Befestigungsabschnitt 3 weist zwei nach unten ragende Schenkel 5, 6 mit unterschiedlicher Länge auf. Ausgehend von den Vorsprüngen 4 weisen die beiden Schenkel 5, 6 auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils nach unten aufeinander zulaufende Keilflächen 7 und daran anschließend zueinander parallele Außenflächen 8, 9 auf. Der längere Schenkel 5 steht mit einem Endabschnitt 10 über den kürzeren Schenkel 6 vor, wobei der Endabschnitt 10 hakenförmig zum kürzeren Schenkel 6 umgebogen ist und eine nach unten gerichtete Spitze 11 aufweist. Diese Spitze 11 ist um den Betrag a außermittig zur Mittelebene 12 des längeren Schenkels 5 angeordnet. Der kürzere Schenkel 6 weist eine zum längeren Schenkel 5 weisende schräge Endfläche 13 auf.
  • In Fig. 2a ist das Kontaktelement 1 mithilfe eines Stempels 14, der von oben auf die Vorsprünge 4 wirkt, in ein rundes Loch 15 einer Leiterplatte 16 eingeschoben worden, wobei der zugespitzte Endabschnitt 10 des längeren Schenkels 5 eine Einführhilfe darstellt. Mit Ausnahme ihrer Keilflächen 7 hat der Befestigungsabschnitt 3 einen Querschnitt hat, der allseits kleiner ist als der Durchmesser des Loches 15. Das Loch 15 ist durch eine verzinnte Hülse 17 gebildet, die in die Leiterplatte 16 eingebracht ist. Der Einschiebevorgang verläuft nahezu kraftlos, weil die Schenkel 5, 6 mit Ausnahme ihrer Keilflächen 7 ohne Widerstand in das Loch 15 eingeschoben werden können. Erst wenn die Keilflächen 7 mit der Wand 18 des Lochs 15 in Berührung kommen, ist eine merkliche Kraft (Fügekraft) durch den Stempel 15 aufzubringen, damit die Keilflächen 7 sich in die Lochwand 18 eindrücken können, wodurch an der Leiterplattenoberseite im Bereich 19 eine Kaltverschweißung, d.h. ein oberer Kontaktbereich, erzeugt wird.
  • Nun wird von unten her ein Gesenk 20 (Umformwerkzeug) gegen den Endabschnitt 10 durch eine Antriebskraft gedrückt, wie durch den Pfeil 21 angedeutet ist. Dadurch wird der längere Schenkel 5 nach links gebogen und teilweise umgebogen, bis er schließlich mit seiner Endfläche (Hakenfläche) 22 gegen die Endfläche 13 des kürzeren Schenkels 6 stößt und diesen nach rechts umbiegt und abstützt. Das speziell geformte Gesenk 20 unterstützt diesen Prägevorgang oder Umformvorgang. Die Verprägung der Schenkel 5, 6 verursacht zum einen, bedingt durch die außermittige Belastung des längeren Schenkels 5 und die speziell geformte Gesenkgeometrie, ein Einrollen des längeren Schenkels 5, zum anderen wird hierdurch der kürzere Schenkel 6 nach außen verdrängt. Wesentlich für die Verprägung ist das Aufweiten der beiden Schenkel 5, 6 in Relation zum Loch 15. Hierdurch entsteht im Bereich des Loches 15 an der Leiterplattenunterseite ein Formschluss, der jede Relativbewegung zwischen dem Kontaktelement 1 und der Lochwand 18 verhindert. Dadurch wird, wie in Fig. 2b gezeigt, an der Leiterplattenunterseite im Bereich 23 eine Kaltverschweißung, d.h. ein unterer Kontaktbereich, erzeugt. Eine axiale Belastung der verzinnten Hülse 17 oder ihrer metallischen Hülseninnenwand 18 wie bei der bekannten Einpresstechnik entfällt. Eine Spanbildung tritt entweder nicht auf, oder, sofern durch die Keilflächen 7 doch Späne abgespant werden, sind diese unverlierbar zwischen den Vorsprüngen 4 und den verprägten Schenkeln 5, 6 gehalten. In Fig. 2b ist die Kontaktanordnung aus Leiterplatte 16, Hülse 17 und verprägtem Kontaktelement 1 insgesamt mit 24 bezeichnet.
  • Alternativ oder zusätzlich zur außermittigen Anordnung der Spitze 11 bzw. des Endabschnitts 10 des längeren Schenkels 5 kann dieser auch auf seiner dem kürzeren Schenkel 6 zugewandten Seite eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Kerbe 25 aufweisen. Diese Kerbe 25 bewirkt, dass der längere Schenkels 5 sich unter Druckbelastung nach links biegt und mit seinem Endabschnitt 10 den kürzeren Schenkel 6 nach links umbiegt.

Claims (9)

  1. Elektrische Kontaktanordnung mit einer Leiterplatte (14) und mit einem damit verbundenen metallischen Kontaktelement (1), an dem ein Kontaktierabschnitt (2) und ein zum Verbinden mit der Leiterplatte (14) vorgesehener Befestigungsabschnitt (3) ausgebildet ist und der Befestigungsabschnitt (3) zwei unterschiedlich lange biegbare Schenkel (5, 6) aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung fort vom Kontaktierabschnitt (2) erstrecken und durch ein Loch (15) der Leiterplatte (16) hindurchgreifen, wobei nach dem Hindurchgreifen durch das Loch (15) ein längerer Schenkel (5) derart ausgebildet wird, dass unter Druckbelastung seines, einen kürzeren Schenkel (6) überragenden Endabschnitts (10) in Richtung (21) des Kontaktierabschnitt (2) der längere Schenkel (5) sich fort vom kürzeren Schenkel (6) umbiegt und mit dem Endabschnitt (10) den kürzeren Schenkel (6) fort vom längeren Schenkel (5) umbiegt
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden Schenkel (5, 6) des Kontaktelements (1) nach dem Hindurchgreifen durch das Loch (15) bereichsweise in Richtung voneinander fort unter Ausbildung einer Kaltschweißverbindung (23) mit einer metallischen Lochwand (18) des Loches (15) umgebogen sind und nachfolgend die freien Enden der beiden Schenkel (5, 6) aneinander anliegen.
  2. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Kontaktelement (1) der Endabschnitt (10) des längeren Schenkels (5) seitlich in Richtung auf den kürzeren Schenkel (6) vorsteht, insbesondere den kürzeren Schenkel (6) seitlich überragt.
  3. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (10) des längeren Schenkels (5) hakenförmig zum kürzeren Schenkel (6), insbesondere zur Endfläche (13) des kürzeren Schenkels (6) hin, umgebogen ist.
  4. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das äußerste Ende (11) des Endabschnitts (10) außermittig zum längeren Schenkel (5) angeordnet ist.
  5. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der längere Schenkel (5) an der dem kürzeren Schenkel (6) zugewandten Seite eine Kerbe (25) aufweist.
  6. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (5, 6) an ihren dem Kontaktierbereich (2) zugewandten Enden auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils Keilflächen (7) aufweisen, die in Richtung auf die freien Schenkelenden aufeinander zulaufen.
  7. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzere Schenkel (6) eine zum längeren Schenkel (5) weisende schräge Endfläche (11) aufweist.
  8. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an ihren dem Kontaktierbereich (2) zugewandten Enden die beiden Schenkel (5, 6) auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils Keilflächen (7) aufweisen, die in Richtung auf die freien Schenkelenden (10, 11) aufeinander zulaufen und in die metallische Lochwand (18) unter Ausbildung einer weiteren Kaltschweißverbindung (19) eingedrückt sind.
  9. Elektrische Kontaktanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (15) der Leiterplatte (16) durch eine metallische, insbesondere verzinnte Hülse (17) gebildet ist.
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