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Die Erfindung betrifft einen Einpreßkontaktverbinder (press
fit connector), d. h. einen unter Kraftaufwand auf eine
gedruckte Leiterplatte steckbaren Verbinder.
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Genauer gesagt umfaßt solch ein Verbinder einen Isolier-
Körper, der eine Reihe gekröpfter Stifte trägt, deren (der
Leiterplatte) nahen Zweige im wesentlichen senkrecht auf
der Leiterplatte stehen und ein Profil aufweisen, das das
Stecken unter Kraftaufwendung in ein metallisiertes Loch
der gedruckten Leiterplatte ermöglicht, und deren ferne
Zweige im wesentlichen zur Leiterplatte parallel sind und
als Verbindungsorgane in Form von Steckern oder Buchsen
konfiguriert sind.
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Das Stecken der Stifte unter Kraftaufwand in die
metallisierten Löcher der Leiterplatte wird im Prinzip einmal
endgültig durchgeführt (abgesehen von zwei oder drei möglichen
Demontagen des Verbinders, z. B. für Reparaturen),
wohingegen die von den fernen Zweigen der Stifte getragenen
Verbindungsorgane vorgesehen sind, um eine im wesentlichen
lösbare elektrische Verbindung herzustellen, typischerweise
in Form eines Anschlusses, der an einer Seite eines
Gehäuses angeordnet ist, das die Elektronikleiterplatte
umschließt, auf der der Verbinder montiert ist.
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Die Montage eines solchen unter Kraftaufwand steckbaren
Verbinders wird im allgemeinen durch direkten Druck auf die
Stifte in ihrem gekröpften Bereich durchgeführt, um deren
Eindringen in die gegenüberliegenden metallisierten Löcher
zu bewirken.
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Ein erster Nachteil dieses Vorgangs ist, daß für jeden
Verbinder ein spezifisches Werkzeug erforderlich ist, um
gleichzeitig und gleichförmig auf jeden Stift des
Verbinders drücken zu können.
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Ein anderer Nachteil dieser bekannten Verbinder liegt
darin, daß nachdem Stifte vollständig in die metallisierten
Löcher eingeführt worden sind und der Druck vom
Montagewerkzeug genommen worden ist, die Freigabe der Kräfte und
die von den verschiedenen Teilen des Verbinders erfahrenen
Verformungen bewirken, daß der die Stifte tragende Isolier-
Körper, anstatt genau an der Oberfläche der Leiterplatte
anzuliegen, zu dieser einen kleinen Zwischenraum von mehr
oder weniger zufälliger Größe aufweist.
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Das Vorhandensein dieses Zwischenraums erweist sich in der
Praxis besonders dann störend, wenn einerseits die
mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen Verbinder und
Leiterplatte vom genauen Anliegen des Isolierkörpers an der
Leiterplatte abhängt und andererseits der auftretende
Zwischenraum Rückwirkungen auf die Maßgenauigkeit der
Positionierung der von den fernen Zweigen der Stifte getragenen
Verbindungsorgane, der Stecker oder Buchsen hat.
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Da diese Verbindungsorgane in einer im wesentlichen zur
Leiterplatte parallelen Richtung orientiert sind, ist, wenn
der Verbinder nicht genau an der Leiterplatte anliegt, die
Achse der Verbindungsorgane radial gegen die Position
versetzt, die sie eigentlich hätte einnehmen sollen, was
die darauffolgende Herstellung einer befriedigenden
mechanischen und elektrischen Verbindung verhindert: Die Folge
davon ist, wenn die mit ihrem Verbinder versehene
Leiterplatte in dem für sie vorgesehenen Gehäuse plaziert wird,
die Verbindungsorgane nicht exakt bezüglich des Gehäuses an
genau der Stelle angeordnet sind, die sie eigentlich hätten
einnehmen sollen, wenn der Isolierkörper des Verbinders
genau an der Oberfläche der Leiterplatte anliegend
geblieben wäre.
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Eine der Aufgaben der Erfindung ist, diese diversen
Nachteile zu beheben, indem eine neue Struktur für einen unter
Kraftaufwand steckbaren Verbinder vorgeschlagen wird, der
einerseits für seine Montage auf der Leiterplatte kein
spezifisches Werkzeug erfordert, daher die mit der Einfachheit
und geringen Kosten der Anwendung zusammenhängenden
Vorteile aufweist, und der andererseits ein systematisches
Anliegen des die Stifte tragenden Isolierkörpers garantiert
- und somit die geometrische Position der Verbindungsorgane
in bezug zum Gehäuse genau definiert.
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Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Verbinder von der
zu Beginn der Beschreibung genannten Art dadurch
gekennzeichnet, daß der Isolierkörper aufweist:
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- ein im allgemeinen winkelförmiges Teil, von dem ein im
wesentlichen zur Leiterplatte paralleler Schenkel ein
Montageschenkel ist, dessen Außenseite an der Oberfläche
der Leiterplatte zu liegen kommt, und dessen anderer, im
wesentlichen zur Leiterplatte senkrechter Schenkel ein
Verbindungsschenkel ist, mit dem die fernen Zweige der
Stifte verbunden sind, und
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- ein einen Druckblock bildendes Teil, mit:
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ersten Druckflächen, die an die fernen Zweige der
Stifte stoßen, so daß sie auf diese durch Ausübung einer
den Block in einer Richtung senkrecht zur Leiterplatte
beanspruchenden Kraft einen Druck ausüben, der ein
Eindringen dieser Stifte in die entsprechenden
metallisierten Löcher bewirkt, und
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zweiten Druckflächen, die an die Innenseite des
Montageschenkels des Winkels stoßen, wobei die relative
Position dieser ersten und zweiten Druckflächen so
definiert ist, daß, wenn die ersten Druckflächen
Spannungsfrei an die Stifte zu stoßen kommen, ein Spiel zwischen
den zweiten Druckflächen und der Innenfläche des
Montageschenkels besteht,
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wobei dieses Spiel kleiner ist als die elastische
Verformung unter Spannung, senkrecht zur Leiterplatte, der
Stifte bei Ausübung der Kraft, so daß beim Eindrücken
der Stifte in die metallisierten Löcher der
Montageschenkel auf Druck gegen die Leiterplatte beansprucht
wird, und
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dieses Spiel größer ist als die dauerhafte Verformung,
senkrecht zur Leiterplatte, der Stifte und des
Isolierkörpers nach vollständigem Eindringen der Stifte und
Freigabe der Spannungen, um so die Montagefläche des
Winkels an der Leiterplatte anliegend zu halten.
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Es wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verbinders mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben (in denen die gleichen Bezugszeichen immer
identische Elemente bezeichnen).
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Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung den Aufbau
des Isolierkörpers des Verbinders.
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Fig. 2 zeigt perspektivisch den erfindungsgemäßen
Verbinder, zusammengesetzt aus seinen
diversen Elementen, und fertig zum Stecken
auf eine gedruckte Leiterplatte.
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Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Verbinder aus
Fig. 2 im Aufriß.
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Fig. 4 und 5 sind Schnitte des erfindungsgemäßen
Verbinders in einer ersten Phase des
Montagevorgangs auf der gedruckten Leiterplatte, im
Aufriß bzw. in der Ebene.
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Fig. 6 und 7 entsprechen den Fig. 4 und 5 für eine
zweite Phase des Montagevorgangs.
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Fig. 8 und 9 entsprechen den Fig. 4 und 5 für eine
dritte Phase des Montagevorgangs.
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Der in Fig. 1 bis 3 unter verschiedenen Aspekten
dargestellte erfindungsgemäße Verbinder umfaßt im wesentlichen
einen aus zwei Teilen 100, 200 gebildeten Isolierkörper und
eine Reihe gekröpfter metallischer Stifte 300, die in ein
metallisches Gehäuse 400 münden, das eine Abschirmungshülle
bildet.
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Das Teil 100 ist ein allgemein winkelförmiges Teil mit
einem ersten Schenkel 110, der parallel zur Leiterplatte 500
orientiert ist (Fig. 3), und der später an dieser zu liegen
kommt, und der im folgenden als "Montageschenkel"
bezeichnet wird, und mit einem zweiten Schenkel 120,
senkrecht zum Schenkel 110, der im folgenden allgemein als
"Verbindungsschenkel" bezeichnet wird. Dieser Schenkel 110
weist zwei Löcher 111 auf, die eventuell eine ergänzende
Befestigung an der Leiterplatte oder die Positionierung des
Winkels bezüglich an dieser Leiterplatte definierten
Zentrierstiften ermöglichen. Die der Leiterplatte zugewandte
Fläche 112 des Montageschenkels kommt später in Kontakt mit
deren Oberfläche und dient auch als Bezugsoberfläche, die
die geometrische Position der diversen Elemente des
Verbinders definiert.
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Der Verbindungsschenkel 110 trägt eine bestimmte Zahl von
Nischen 121, die die gekröpften Stifte aufnehmen, sowie
Kerben 122, die durch Anbördeln von Füßchen 410 des
metallischen Gehäuses 400 dessen Halt sicherstellen. Der
Verbindungsschenkel 110 umfaßt ferner Löcher 123, die z. B. die
mechanische Verbindung des Verbinders mit dem die
Gesamtheit der Elemente enthaltenden Gehäuse 600 ermöglicht.
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Der andere Bestandteil des Isolierkörpers des Verbinders
ist ein nachfolgend Druckblock genanntes, im wesentlichen
quaderförmiges Teil 200. Dieser Block umfaßt an seiner der
Leiterplatte zugewandten Seite Kerben 210, an deren Boden
die gekröpften Stifte 300 aufgenommen werden, wie in Fig. 3
genauer zu sehen ist, wobei die Stifte auf den Boden 220
der Kerbe 210 zu stoßen kommen. Der Block umfaßt außerdem
Stirnflächen 230, die z. B. durch eine der Seitenwände der
Rillen 240 definiert sind, und die bestimmt sind, um an die
Unterseite 113 des Montageschenkels 110 in nachfolgend
genauer zu beschreibender Weise anzustoßen.
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Der Block 200 wird auf den Winkel 100 gesteckt und weist zu
diesem Zweck einen Vorsprung 250 auf, der in einer am
Verbindungsschenkel 120 des Winkels gebildeten Rille 124 zu
liegen kommt; außerdem wirken die Rillen 240 mit
entsprechenden Rippen 114 des Montageschenkels 110 zusammen. Der
Druckblock 200 weist außerdem eine im wesentlichen ebene
Rückseite 260 auf, auf die bei der Montage des Verbinders
auf der Leiterplatte ein Druck ausgeübt wird.
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Die Stifte haben die in Fig. 3 dargestellte allgemeine
Form, also eine gekröpfte Form. Sie weisen einen ersten, in
der Folge als "naher Zweig" bezeichneten Zweig 310 auf, der
wie unter 311 dargestellt gebildet ist, um das Einstecken
unter Kraftaufwendung in ein metallisiertes Loch der
Leiterplatte zu ermöglichen. Der andere, nachfolgend "ferner
Zweig" genannte Zweig 320 verläuft senkrecht zum Zweig 310,
und damit parallel zur Leiterplatte; sein Ende ist, wie
unter 321 dargestellt, als Verbindungsorgan, also als Stecker
oder Buchse (im in der Figur dargestellten Beispiel in Form
einer Buchse) konfiguriert, um in Kombination mit dem
metallischen Gehäuse 400 eine Verbindungsanordnung zu bilden,
die z. B. aus dem Gehäuse 600 herausragt, innerhalb dessen
der Verbinder und die Leiterplatte montiert sind. Es ist
erkennbar, daß die Maßgenauigkeit der Anbringung des
Verbinders bezüglich des Gehäuses 600 vom Maß d abhängt, d.
h. vom Abstand zwischen der Transversalachse des
Verbindungsschenkels 120 und der Oberfläche der Leiterplatte 500,
so daß jeder Fehler beim Anliegen des Winkels an der
Leiterplatte einen Fehler bei der Positionierung des
Verbinders bezüglich des Gehäuses 600 mit sich bringt.
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Es wird nun mit Bezug auf die Fig. 4 bis 9 beschrieben, wie
der Verbinder auf der gedruckten Leiterplatte montiert
wird.
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In einer ersten Phase des Montagevorgangs, die in Fig. 4
und 5 dargestellt ist, wird der Verbinder der Leiterplatte
gegenüber gehalten, ohne Anwendung einer äußeren Spannung.
In diesem Zustand, der dem Ruhezustand der
unterschiedlichen Teile entspricht, stoßen die fernen Zweige 320 der
Stifte ohne Spiel (J&sub1; = 0) auf den Boden der Kerben 210,
die die Stifte aufnehmen. Hinsichtlich der
Relativpositionierung des Winkels 100 und des Druckblocks 200 sind diese
Teile so dimensioniert, daß wenn die oben genannte
Andruckbedingung gilt (J&sub1; = 0), ein Restspiel J&sub2; zwischen der
Stirnseite 230 des Druckblocks 200 und der Innenseite 113
des Montageschenkels 110 des Winkels 100 verbleibt;
nachfolgend wird angegeben, welchen Zweck entwurfsgemäß dieses
Spiel hat, damit der Verbinder die gewünschten Funktionen
erfüllen kann.
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In einer zweiten Phase des Montagevorgangs, die in Fig. 6
und 7 dargestellt ist, wird ein Werkzeug 700 auf die
Rückseite 260 des Druckblocks 200 gedrückt, ein Werkzeug, das
sehr einfach sein kann, z. B. mit einer einfachen ebenen
Fläche, auf die eine Kraft F ausgeübt wird, um den
Druckblock 200 - und damit die Gesamtheit des Verbinders mit
seinen Stiften - mit einer Kraft in einer Richtung
senkrecht zur Leiterplatte zu beaufschlagen.
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Das Anfangsspiel, das in der vorhergehenden Phase zwischen
den Seiten 113 und 230 des Winkels 100 und des Blocks 200
bestand, ist nun vor die Rippe 114 verschoben, die zwei
Flächen 113 und 230 liegen aneinander an, was die Wirkung
hat, daß über den Druckblock 200 die vom Werkzeug 700
ausgeübte Kraft sowohl auf den Winkel 100 als auch auf die
Stifte 300 übertragen wird.
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Diese Phase endet, wenn die Stirnseite 112 des
Montageschenkels in Kontakt mit der Oberfläche der Leiterplatte
kommt, wobei dann die Stifte 300 bis zum Boden in die
metallisierten Löcher 510 der Leiterplatte 500 eingedrungen
sind (Endposition, entsprechend der Darstellung in den Fig.
6 und 7).
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In der dritten und letzten Phase des Montagevorgangs wird
das Werkzeug 700 zurückgezogen, was die Wirkung hat, daß
der auf die unterschiedlichen Elemente des Verbinders
ausgeübte Druck verschwindet, und so die im Laufe der
vorhergehenden Phase angesammelten inneren Spannungen, die sowohl
von der Eigendeformation der unterschiedlichen Teile des
Isolierkörpers als auch von der Biegung der metallischen
Stifte herrühren, freigegeben werden.
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Die Stifte drücken dann den Druckblock 200 zurück, wodurch
das Spiel J&sub3; der vorhergehenden Phase beseitigt und als J&sub4;
zwischen die Flächen 113 und 230 des Winkels 100 und des
Druckblocks 200 verlagert wird. Aufgrund der von den
verschiedenen Teilen des Verbinders erfahrenen dauerhaften
Verformung ist dieses endgültige Spiel J&sub4; kleiner als das
Anfangs-Spiel J&sub2;, das ursprünglich zwischen diesen zwei
Oberflächen bestand.
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Wenn man durch die Konstruktion das Spiel J&sub2; so bestimmt
hat, daß es einerseits kleiner ist als die elastische
Verformung der Stifte unter Spannung (damit im Laufe der
zweiten, in Fig. 6 und 7 dargestellten Phase, die Flächen 113
und 230 miteinander in Berührung kommen) und es
andererseits größer als die dauerhafte Verformung der Stifte und
des Isolierkörpers nach vollständigem Eindrücken der Stifte
und Freigabe der Spannungen ist (damit das endgültige Spiel
J&sub4; einen positiven, nicht verschwindenden Wert hat), so
stellt man fest, daß die Außenfläche 112 des
Montageschenkels 110 an der Oberläche der Leiterplatte 500 anliegend
bleibt, wodurch eine optimale mechanische Montage und eine
exakte Einhaltung des Maßes d, das die Position der im
Gehäuse 400 enthaltenen Verbindungsorgane bezüglich der
Leiterplatte 400 definiert, sichergestellt sind.
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Dieses Fehlen von Spiel zwischen dem Isolierkörper des
Verbinders und der gedruckten Leiterplatte ist ein
charakteristisches Ergebnis der Erfindung, das bisher mit
bekannten Strukturen von Einpreßkontaktverbindern mit gekröpften
Stiften nicht erreicht werden konnte.