DE10064969B4

DE10064969B4 - Filtervorrichtung für mindestens eine von außen an ein Gehäuse anzuschließende elektrische Leitung

Info

Publication number: DE10064969B4
Application number: DE10064969A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang DÜRR; Johann Schunn; Manfred Streit
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2020-12-24
Also published as: DE10064969A1; US6364712B2; JP2001203490A; JP4861558B2; US20010009816A1

Abstract

Filtervorrichtung für mindestens eine von außen an ein Gehäuse (13) anzuschließende elektrische Leitung, umfassend mindestens einen Kontaktstift (20) zum Anschluss der von außerhalb des Gehäuses (13) anzuschließenden Leitung und eine mehrlagige Leiterplatte (1) mit mindestens einer Trägerschicht (4, 6) und mindestens einer Leiterschicht (5),
– wobei an der Leiterplatte (1) der filterseitige Teil des Kontaktstiftes (20) befestigt ist,
– wobei mindestens eine Außenlage der Leiterplatte als vollflächige oder gitterförmige Schirmlage (3, 7) ausgeführt ist,
– wobei die Schirmlage (7) in einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung zu dem Gehäuse (13) steht,
– wobei mit der Leiterplatte (1) der mindestens eine Kontaktstift (20) verbunden ist, welcher eine Leiterbahn der innen liegenden Leiterschicht (5) nach außen führt,
– wobei der Kontaktstift (20) ohne elektrische Verbindung zu der Schirmlage (3, 7) angeordnet ist,
– wobei an dem Kontaktstift (20) ein elektrisches Filterelement (25) angesetzt ist, dessen elektrische Eigenschaft dem...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung für mindestens eine von außen an ein Gehäuse anzuschließende elektrische Leitung zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen. Um die elektromagnetische Verträglichkeit an einem Gerät oder an einer Anlage mit aktiver Elektronik einzuhalten, müssen in der Regel die Verbindungsleitungen nach außen geschirmt oder gefiltert werden. Dies gilt auch für Signalleitungen im Kleinspannungsbereich.
Stand der Technik
Für die Filterung der Verbindungsleitungen ist es bekannt, Filterstecker zu verwenden, die mit einer Leiterplatte oder sonstigen Bauteilen innerhalb eines Geräts verbunden sein können.
Derartige Filterstecker gibt es zur Zeit in beschränkter Auswahl und zu hohen Preisen. Darüber hinaus ist die Freiheit bei der Auslegung der Leitungen und der Anschlußtechniken sowie der zulässigen Strom- und Spannungsbelastungen stark eingeschränkt.
Hierzu ist beispielsweise aus der EP 0 181 286 A1 eine geschirmte Anordnung zum Störschutz von Nachrichtenleitungen bekannt. Es werden über Mehrfachstecker Signalleitungen in einem aus gut leitendem Blech hergestellten Blechschirm auf eine Filterplatine geleitet. Die Filterplatine ist mehrlagig aufgebaut, wobei eine Schirmlage im Wesentlichen als Innenlage der Leiterplatte ausgebildet ist. Auf der Filterplatine befinden sich LC-Tiefpässe, die direkt auf die Leiterbahnen zwischen Ein- und Ausgangslöchern gelötet sind.
Aus der DE 32 11 758 A1 ist ein Gehäuse für die elektrische Nachrichtentechnik bekannt. Diese weist ein Gehäuse mit einer Gehäuserückwandplatine mit mehrlagigem Aufbau auf. Zwischen zwei außenseitig befindlichen Schirmlagen sind Leiterbahnen und Durchkontaktierungen zum Anbringen von Filterbauelementen geführt.
Aus der DE 42 36 593 A1 ist eine Rückwandleiterplatte für einen Baugruppenrahmen bekannt. Die mehrlagige Leiterplatte für die Rückwand ist mit einer weitgehend geschlossenen Schirmlage versehen. Derartiges ist auch aus der JP 5-243 782 A bekannt.
Aus der DE 77 39 031 U1 ist eine Anschlussplatte bekannt, welche zur Abschirmung gegen Störfrequenzen auf ihrer Außenseite mit einem über die ganze Platte reichenden Metallbelag versehen und an Masse geführt ist.
Aus der DE 90 16 083 U1 ist ein Stecker bekannt, wobei zwischen den Steckerstiften und einem Masseblech Vielschichtkeramik-Kondensatoren federnd eingeklemmt sind.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine kostengünstige Filterung der Verbindungsleitungen bereitzustellen, die die oben aufgeführten Nachteile beseitigt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit einer Filtervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Filtervorrichtung für mindestens eine von außen an ein Gehäuse anzuschließende elektrische Leitung umfaßt mindestens einen Kontakt zum Anschluß der von außerhalb des Gehäuses anzuschließenden Leitung und eine mehrlagige Leiterplatte mit mindestens einer Trägerschicht und mindestens einer Leitschicht. An der Leiterplatte ist der filterseitige Teil des Kontaktes befestigt. Dabei ist mindestens eine Außenlage der Leiterplatte als vollflächige oder gitterförmige Schirmlage ausgeführt. Die Schirmlage steht darüber hinaus in einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung zu dem Gehäuse. Mindestens ein Kontaktstift einer nach außen zu führenden Leiterbahn der innen liegenden Leiterschicht ist mit der Leiterplatte verbunden, wobei der Kontaktstift ohne elektrische Verbindung zu der Schirmlage angeordnet ist. An dem Kontaktstift ist ein elektrisches Filterelement angesetzt, dessen elektrische Eigenschaften dem gewählten Wert der entsprechenden Filterung entspricht. Dabei ist das Filterelement mit der Schirmlage elektrisch leitend verbunden.
Diese Art der Ausführung hat den Vorteil, dass innerhalb eines Steckers individuelle Filterwerte für jede einzelne Leitung möglich sind. Darüber hinaus ist man für die Filterung nicht an einen Standardsteckertyp gebunden, so dass nicht nur Stecker, sondern auch Klemmen zum Einsatz kommen können. Weiterhin können auf einer Platine mehrere Kontaktstifte gleichzeitig zugänglich gemacht werden, von denen jedoch jeweils nur ein Teil einem Stecker zugeordnet wird, so dass durch Umstecken des Steckers eine andere Filterung erreicht wird.
Vorteilhafterweise wird als elektrisches Filterelement ein Kondensator mit einer entsprechenden Kapazität eingesetzt.
Die Filterwirkung wird dadurch weiter verbessert, dass der Kondensator über eine sehr niederinduktive Anbindung an die Schirmlage angeschlossen ist, wobei der Kondensator vorzugsweise in SMD-Technik direkt mit dem Kontaktstift und der Schirmlage verbunden sein kann. Insbesondere diese unmittelbare Verbindung bewirkt eine effektive Filterung der Störeinflüsse.
Vorzugsweise wird der Rand der Schirmlage ringsherum leitend in einer entsprechenden Breite ausgeführt, so dass eine flächige elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse sichergestellt ist.
Diese Verbindung zwischen Leiterplatte und Gehäuse wird durch die Verwendung einer Schraubverbindung und/oder Nietverbindung hergestellt. Dabei ist der Abstand zwischen den Verbindungspunkten gemäß EMV-Kriterien gewählt und/oder eine niederohmige EMV-Dichtung ist zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse angeordnet.
Zur weiteren Verbesserung der Filterwirkung kann in der Leiterbahn vor dem Kondensator noch eine Drossel, vorzugsweise in SMD-Technik, geschaltet sein.
Werden mindestens zwei unterschiedliche Kondensatorwerte bei mehreren Leitungen verwendet, so lassen sich innerhalb eines Steckers individuelle Filterungen einzelner Leitungen erzielen.
Dabei können in einem Stecker oder auf einer Platine unterschiedliche Kombinationen von Strom- und Spannungsleitungen vorhanden sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt die
1 einen Querschnitt durch eine Filtervorrichtung im Bereich zweier Kontaktstifte, die
2 eine Detailansicht einer weiteren Verbindung des Filterelements mit dem Kontaktstift einerseits und der Schirmlage andererseits, die
3 eine Draufsicht auf eine Filterplatine und die
4 eine Sicht von unten auf die Filterplatine aus 3.
Ausführungsbeispiel
In 1 ist eine aus mehreren Lagen aufgebaute Leiterplatte 1 dargestellt. Auf der Außenseite ist zunächst eine Lackschicht als Schutzschicht 2 aufgebracht, welche eine darunterliegende Schirmlage 3 aus elektrisch leitendem Werkstoff schützt. Die Schirmlage 3 ist auf einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 4 angeordnet. Auf der anderen Seite der Trägerschicht 4 befindet sich eine Leiterschicht 5, in welcher über Leiterbahnen elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Orten der Leiterplatte 1 hergestellt werden.
Die Leiterbahn 5 wird wiederum von einer aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gefertigten Trägerschicht 6 abgedeckt, auf welcher eine innere Schirmlage 7 aufgebracht ist, welche wiederum mit einem Schutzlack 8 als Schutzschicht 2 versehen ist.
In die Leiterplatte 1 eingesteckt ist ein erster Kontaktstift 9, welcher über eine Lötverbindung 10 elektrisch leitend mit der Leiterschicht 5 verbunden ist und auf der Trägerschicht 4 befestigt ist. Entsprechend dem Stand der Technik kann auch eine Pressverbindung gewählt werden. In dem Bereich des Kontaktstifts 9 weist die Schutzschicht 2 und die Schirmlage 3 eine Aussparung 11 auf, so dass ein elektrischer Kontakt der Lötverbindung 10 mit der Schirmlage 3 sicher vermieden wird.
Der Kontaktstift 9 wird an seinem gegenüberliegenden Ende von einem Stecker 12 umgriffen, wobei eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Der Stecker 12 befindet sich im Innenraum eines Gehäuses 13, von dem lediglich eine Wand dargestellt ist und welches in dieser Wand eine Durchbrechung 14 aufweist, welche von der Leiterplatte 1 abgedeckt wird. Zur Verbindung der Leiterplatte 1 mit dem Gehäuse 13 werden nicht dargestellte Verbindungsmittel 15 verwendet.
Die Ausgangskontaktierung zu einer von außen an das Gehäuse 13 anzuschließenden elektrischen Leitung erfolgt über einen Kontaktstift 20, der Teil eines Steckergehäuses 21 ist. Der Kontaktstift 20 ist ebenfalls mit der Leiterschicht 5 über eine Lötverbindung 22 oder alternativ über eine Pressverbindung elektrisch verbunden, welche wiederum in einer Aussparung 23 der Schirmlage 7 bzw. des Schutzlacks 8 angeordnet ist.
Der Kontaktstift 20 weist einen über die Schirmlage 7 herausragenden Kontaktstiftfuß 24 auf, an dem ein elektrisches Filterelement in Form eines Kondensators 25 mittels einer Lötverbindung 26 elektrisch leitend befestigt ist. Der Kondensator 25 ist darüber hinaus über eine weitere Verbindung 27 mit der Schirmlage 7 elektrisch verbunden, wozu in der Schutzschicht 2 eine Aussparung 28 vorhanden ist.
Die Schirmlage 7 ist an ihrem Rand 31 von dem Schutzlack 8 in einer entsprechenden Breite befreit, so dass ein umlaufender Ring entsteht, welcher als Kontaktfläche mit dem Gehäuse 13 als Massepotential elektrisch leitend in Verbindung steht.
In 2 ist die Verbindung des Filterelements in Form eines Kondensators 25 mit dem Kontaktstift 20 einerseits und der Schirmlage 7 andererseits in einer Ausführungsvariante im Detail dargestellt. Es handelt sich hier um die direkte Kontaktierung, welche in SMD-Technik hergestellt werden kann und welche sehr niederinduktiv ist. Es ist zu erkennen, dass außer der Lötverbindung 10, 22, 26 selbst keine Leitungsstrecken zwischen dem Kontaktstift 20 und der Schirmlage 7 zu überbrücken sind.
Die unterste Lage ist ganz oder zumindest teilweise als Schirmlage 7 ausgeführt, an welche der Kondensator 25 direkt angebunden ist. Die Verbindung zu der nicht dargestellten obersten Lage erfolgt über eine Vielzahl von Durchtaktierung und galvanisierten Durchgangsverbindung. Prinzipiell kann der Filterkondensator auch auf der Schirmlage 3 angeordnet werden, was von dem jeweils verwendeten Steckertyp abhängt.
Dadurch, dass auf beiden Außenlagen Teile einer Steckverbindung angeordnet sind, die über die innenliegenden Leiterbahnen verbunden sind, wird eine Schirmwirkung erzeugt.
In 3 ist die Draufsicht auf eine Filterplatine 30 mit zwei Steckverbindungen 31, 32 und innerhalb der Steckverbindungen 31, 32, angeordneten Kontaktstifte 33 gezeigt. Die dem Betrachter zugewandte Seite ist als Schirmlage ausgebildet. Die Filterplatine 30 ist über Befestigungslöcher 34 mit einem nicht dargestellten Gehäuse mittels nicht dargestelltem Verbindungsmittel verbunden und über Durchkontaktierungen 35 mit einer auf der dem Betrachter abgewandten Seite liegenden Schirmlage in elektrischem Kontakt.
In 4 ist die Filterplatine 30 von unten gezeigt, wobei die den Kontaktstiften 33 der Steckverbindungen 31, 32 zu erkennen sind, an welchen Kondensatoren 36 angebracht sind. Diese Seite ist einem Gehäuse zugewandt und überdeckt eine Öffnung in dem Gehäuse. Zur Abschirmung ist der elektrisch leitende Platinenrand 37 leitfähig, beispielsweise in dem von der Schirmlage die entsprechende Schutzschicht entfernt wurde.
Prinzipiell ist es vorstellbar, dass auf eine der beiden Schirmlagen verzichtet wird, so lange die gewünschte Filterung erreicht wird. Gegebenenfalls kann auch eine EMV-Dichtung und zusätzlich mechanische Dichtungselemente zur Anwendung gelangen. Entscheidend ist, dass eine ausreichend große Auflagefläche zur elektromechanischen Ankopplung der Filterplatine an das Gehäuse vorhanden ist. Die Schirmlagen selbst können gitterförmig oder vollflächig sein, wobei im Falle eines Gitters die Maschenweite klein genug zu wählen ist.
Mit den Schirmlagen und Durchkontaktierungen werden eine Art Gehäuse erzeugt, welcher als Faradayischer Käfig wirkt und die Leiterbahnen abschirmt. Darüber hinaus wird eine im Schaltschrank vorhandene Öffnung elektromagnetisch geschlossen.

1: Leiterplatte
2: Schutzschicht
3: Schirmlage
4: Trägerschicht
5: Leiterschicht
6: Trägerschicht
7: Schirmlage
8: Schutzlack
9: Kontaktstift
10: Lötverbindung
11: Aussparung
12: Stecker
13: Gehäuse
14: Durchbrechung
15: Verbindungsmittel
16
17
18
19
20: Kontaktstift
21: Steckergehäuse
22: Lötverbindung
23: Aussparung
24: Kontaktstiftfuß
25: Kondensator
26: Lötverbindung
27: Verbindung
28: Aussparung
29
30: Filterplatine
31: Steckverbindung
32: Steckverbindung
33: Kontaktstifte
34: Befestigungslöcher
35: Durchkontaktierung
36: Kondensatoren
37: elektrisch leitender Platinenrand

Claims

Filtervorrichtung für mindestens eine von außen an ein Gehäuse (13) anzuschließende elektrische Leitung, umfassend mindestens einen Kontaktstift (20) zum Anschluss der von außerhalb des Gehäuses (13) anzuschließenden Leitung und eine mehrlagige Leiterplatte (1) mit mindestens einer Trägerschicht (4, 6) und mindestens einer Leiterschicht (5), – wobei an der Leiterplatte (1) der filterseitige Teil des Kontaktstiftes (20) befestigt ist, – wobei mindestens eine Außenlage der Leiterplatte als vollflächige oder gitterförmige Schirmlage (3, 7) ausgeführt ist, – wobei die Schirmlage (7) in einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung zu dem Gehäuse (13) steht, – wobei mit der Leiterplatte (1) der mindestens eine Kontaktstift (20) verbunden ist, welcher eine Leiterbahn der innen liegenden Leiterschicht (5) nach außen führt, – wobei der Kontaktstift (20) ohne elektrische Verbindung zu der Schirmlage (3, 7) angeordnet ist, – wobei an dem Kontaktstift (20) ein elektrisches Filterelement (25) angesetzt ist, dessen elektrische Eigenschaft dem gewählten Wert der entsprechenden Filterung entspricht und – wobei weiterhin dieses Filterelement (25) mit der Schirmlage (7) elektrisch leitend verbunden ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisches Filterelement ein Kondensator (25) mit einer entsprechenden Kapazität eingesetzt wird.
Filtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (25) über eine sehr niederinduktive Anbindung an die Schirmlage (7) angeschlossen ist.
Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (25), vorzugsweise in SMD-Technik, direkt mit dem Kontaktstift (20) und der Schirmlage (7) verbunden ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der schutzschichtfreie Rand (37) der Schirmlage (7) ringsherum leitend in einer entsprechenden, die Öffnung des Gehäuses überdeckenden Breite ausgeführt ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Leiterplatte (1) und Gehäuse (13) über Verbindungsmittel (15) hergestellt ist und dass der Abstand zwischen den Verbindungspunkten gemäß EMV-Kriterien gewählt ist und/oder eine niederohmige EMV-Dichtung zwischen der Leiterplatte (1) und dem Gehäuse (13) angeordnet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leiterbahn vor dem Kondensator (25) noch eine Drossel vorzugsweise in SMD-Technik geschaltet ist.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Kondensatorwerte bei mehreren Leitungen verwendet sind.
Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Kombinationen von Strom- und Spannungsleitungen vorhanden sind.