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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verbindungskabel für elektrische
Schaltungsmodule und insbesondere ein Verbindungskabel, das ein Paar
Flachkabel verwendet, die dafür
ausgelegt sind, eine selbsttragende Verbindungskabelanordnung zu bilden.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Flexible
Flachkabel (FFC – flat
flexible cables), „Bandkabel" und andere flache
Verkabelungstechnologien sind in der Elektronikindustrie als ein Mittel
zur Verbindung elektrischer Systeme wohlbekannt. Zu den von Flachkabeln
bereitgestellten Vorteilen zählen
eine einfache preiswerte Montage von Systemen und Leichtigkeit beim
Massenabschluß, da
alle Leiter eines Flachkabels in einer bekannten Beziehung zueinander
in einem flachen leicht zu handhabenden Array fixiert sind. Solche
Kabel können
beispielsweise durch Beschichtungs- und Laminieroperationen oder
durch Ätz-
oder Kleberabscheidungstechniken hergestellt werden.
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Bandkabel
beispielsweise werden in der Regel unter Verwendung von Schneidklemm-Steckverbindern
abgeschlossen, um Kabelanordnungen auszubilden, die sich zum Verbinden
von Leiterplatten, Schaltungsmodulen und anderen elektrischen und elektronischen
Einrichtungen eignen. Die Haltekraft solcher Steckverbinder vom
Schneidklemmtyp ist relativ gering, was oftmals zu einem unbeabsichtigten Lösen oder
Trennen führt.
Dieser Zustand kann durch die Verwendung von verriegelnden Flachkabelverbindern
etwas gemildert werden. Bei nichtverriegelnden Flachkabelverbindern
wird in der Regel ein Kleber zugesetzt, um die Haltekraft des Verbinders
zu verbessern.
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Die
Kosten einer Kabelanordnung steigen leider aufgrund der Verwendung
eines Klebers an, wenn auch eine derartige Kostenerhöhung geringer ist
als die Kosten eines verriegelnden Verbinders. Außerdem erhöht die Verwendung
eines Klebers die Herstellungskomplexität aufgrund der Notwendigkeit zum
steuerbaren Ausgeben des Klebers während des Zusammensteckens
des Flachkabels und des Flachkabelverbinders. Schließlich kann
eine etwaige Fehlanpassung bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem verwendeten Kleber, dem Kabelverbinder und etwaigem
Material einer Leiterplatte (PCB), mit dem der Kabelverbinder verbunden
wird, mechanische Beanspruchungen in Lötverbindungen verursachen,
die im Lauf der Zeit möglicherweise versagen.
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Es
wird deshalb als wünschenswert
betrachtet, eine Flachkabelanordnung bereitzustellen, bei der nichtverriegelnde
Flachkabelverbinder ohne Kleber verwendet werden können und
ohne daß man unnötige mechanische
Ausfälle
erfährt.
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Aus
dem Dokument EP-0-938 167 ist eine Flachkabelanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
8 bekannt.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
bisher mit dem Stand der Technik assoziierten Nachteile werden durch
die vorliegende Erfindung eines Verfahrens gemäß Anspruch 8 und einer Vorrichtung
gemäß Anspruch
1 zum Bereitstellen einer Flachkabelanordnung überwunden, bei der zwei oder
mehr Flachkabel mit jeweiligen nicht-orthogonalen nahen Abschlüssen und
jeweiligen nicht-orthogonalen fernen Abschlüssen dafür ausgelegt sind, eine im wesentlichen
gerade Helixstruktur zu bilden, die eine selbsttragende Kabelanordnung
bereitstellt und dabei mechanische Beanspruchungen an Abschlußpunkten
reduziert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich bei Betrachtung der
folgenden ausführlichen Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verstehen.
Es zeigen:
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1 eine
Flachkabelanordnung;
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2–4 eine
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung modifizierte Flachkabelanordnung und
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5 ein
Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ausbilden einer Doppelhelix-Kabelanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Zur
Erleichterung des Verständnisses
sind soweit wie möglich
identische Referenzzahlen verwendet worden, um identische Elemente
zu bezeichnen, die die Figuren gemeinsam haben.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Flachkabelanordnung. Insbesondere zeigt 1 eine Leiterplatte
(PCB) 105, die über
eine flexible Flachkabel-(FFC)-Anordnung (CA), die ein Paar Flachkabel 130A und 130B mit
jeweiligen ersten oder nahen abschließenden Verbindern 110A und 110B und
jeweiligen zweiten oder fernen abschließenden Verbindern 120A und 120B aufweist,
mit einem Schaltungsmodul 140 verbunden ist. Das heißt, eine
erste Kabelanordnung wird gebildet durch Verbinder 110A,
FFC 130A und Verbinder 120A, während eine zweite Kabelanordnung
ausgebildet wird durch Verbinder 110B, FFC 130B und
Verbinder 120B.
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Die
jeweiligen ersten abschließenden
Verbinder 110A und 110B koppeln die Bandkabel 130A, 130B elektronisch
und mechanisch an die PCB 105, während die zweiten abschließenden Verbinder 120A, 120B die
Bandkabel 130A, 130B elektronisch und mechanisch
an das Schaltungsmodul 140 koppeln. Die abschließenden Verbinder 110A, 110B, 120A und 120B umfassen
standardmäßige Bandkabelabschlußverbinder
wie etwa Steckverbinder vom Schneidklemmtyp.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird angemerkt, daß auf der
PC-Platine 105 verschiedene Elektronikkomponenten dargestellt
sind. Da die auf der PC-Platine 105 dargestellten bestimmten
Komponenten für
die vorliegende Erfindung nicht relevant sind, werden sie nicht
eingehender erörtert.
Es wird jedoch angemerkt, daß die
verschiedenen Elektronikkomponenten Elektronikkomponenten beinhalten können, die
Hochfrequenzsignale (HF) oder andere elektromagnetische Strahlung
emittieren oder von HF-Strahlung oder anderer elektromagnetischer Strahlung
beeinflußt
werden. Wie unten ausführlicher erörtert wird,
reduziert die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise die Hochfrequenzemissionen
und andere elektromagnetische Emissionen von der Kabelanordnung.
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2 zeigt
die Kabelanordnung von 1 als räumlich modifiziert gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 2 die
Kabelanordnung von 1, die nahe Verbinder 110A und 110B,
Flachkabel 130A und 130B und jeweilige ferne Verbinder 120A und 120B umfaßt. Wie
bereits angemerkt, ist die Kabelanordnung CA nah an einer Leiterplatte 105 und
fern an einem Schaltungsmodul 140 abgeschlossen. Nunmehr
unter Bezugnahme auf 2 ist das Schaltungsmodul 140 so
gezeigt, daß es
um 180° gedreht
worden ist, wodurch eine entsprechende Drehung der Flachkabel 130A und 130B und
jeweiliger ferner Abschlüsse 120A und 120B wie
gezeigt verursacht wird.
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3 zeigt
die Kabelanordnung von 2 als räumlich modifiziert gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 3 das
Schaltungsmodul 140 und eine entsprechende Kabelanordnung
CA von 2 um zusätzliche
180° gedreht,
um dadurch insgesamt 360° an Drehung
bezüglich
der anfänglich
dargestellten Kabelanordnung CA von 1 bereitzustellen.
Auf diese Weise ist die Doppelhelix-Kabelanordnungsstruktur ausgebildet
worden. Das heißt,
das erste 130A und zweite 130B Flachkabel sind
dafür ausgelegt worden,
durch Drehen der fernen Verbinder 120 um 360° bezüglich der nahen Verbinder 110 eine
Doppelhelixstruktur zu bilden. Insbesondere umfaßt die in 3 gezeigte
Doppelhelixstruktur zwei Flachkabelanordnungen (auch wenn mehr als
zwei Flachkabelanordnungen verwendet werden können) mit jeweiligen nicht-orthogonalen
nahen Abschlüssen
und jeweiligen nicht-orthogonalen fernen Abschlüssen, die (durch Drehung) dafür ausgelegt
worden sind, eine im wesentlichen gerade Helixstruktur zu bilden, die
eine selbsttragende Kabelanordnung bereitstellt. Auf diese Weise
werden mechanische Beanspruchungen der Kabelanordnungsabschlußpunkte
reduziert, die Übertragung
elektromagnetischer Strahlung wird reduziert und die Anfälligkeit
gegenüber
empfangener elektromagnetischer Strahlung wird reduziert. Alle der
nicht-orthogonalen nahen Abschlußverbinder können so
angesehen werden, daß sie
in Reihe angeordnet oder im allgemeinen in Reihe angeordnet (parallel
oder allgemein parallel) sind und eng an den anderen nicht-orthogonalen
nahen Abschlußverbindern
liegen. Die jeweiligen nichtorthogonalen fernen abschließenden Verbinder
sind zueinander ähnlich
positioniert.
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4 zeigt
die innerhalb einer Elektronikvorrichtung befestigte Kabelanordnung
von 3. Insbesondere zeigt 4 die oben
bezüglich
der 1–3 beschriebenen
Kabelanordnungen, wobei die PCB 105 und das Schaltungsmodul 140 innerhalb
eines gemeinsamen Gehäuses
gesichert sind, wodurch die tatsächliche
Verwendung einer gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildeten Doppelhelix-Kabelanordnung gezeigt wird.
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5 zeigt
ein Flußdiagramm
eines Verfahrens zum Ausbilden einer Kabelanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere zeigt 5 ein Flußdiagramm
eines Verfahrens 500, das sich zur Verwendung beispielsweise
in einer Herstellungs- oder Reparaturumgebung eignet, wo die Doppelhelixanordnung
möglicherweise
verwendet wird.
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Das
Verfahren 500 beginnt bei Schritt 510 und geht
weiter zu Schritt 520, wo die Länge des Flachkabels, die benötigt wird,
um die entsprechenden Schaltungsverbindungen bereitzustellen, bestimmt
wird. Das heißt,
unter Bezugnahme auf Kasten 515 werden Parameter wie Gesamtmindestlänge, kleinster/größter Doppelhelixzuschlag
und eine etwaige Service-„Schleife" verwendet, um die
Länge der
Flachkabel zu bestimmen. Das Gesamtminimum umfaßt die Mindestentfernung zwischen
einem nahen Verbinder und fernen Verbinder innerhalb einer Kabelanordnung,
die zwei Schaltungen elektrisch koppelt (z.B. zwischen den Verbindern 110 der
PCB 105 und 120 des Schaltungsmoduls 140).
Der Parameter des Doppelhelix-Mindestzuschlags
umfaßt eine
Längentoleranz
für ein
Mindestausmaß an
Zuschlag innerhalb einer Doppelhelix-Kabelanordnungskonfiguration. Es wird
angemerkt, daß eine Länge, die
kleiner ist als ein Mindestzuschlagsparameter, zu einer Kabelanordnung
führt,
die nicht zu einer Doppelhelix-Kabelanordnung gebildet werden kann,
ohne die verschiedenen Verbinder unnötig zu beanspruchen. Der Doppelhelix-Maximalzuschlagsparameter
umfaßt
eine Längentoleranz
für ein
maximales Ausmaß an
Zuschlag innerhalb einer Doppelhelix-Kabelanordnungskonfiguration.
Es wird angemerkt, daß eine
Länge,
die größer ist
als ein größter Zuschlagsparameter,
zu einer „durchhängenden" Doppelhelix-Kabelanordnung
führt,
die nachteiligerweise möglicherweise
zusätzliche
Sicherungsmittel wie etwa Klemmen erfordert, um sie ordnungsgemäß zwischen
den beiden Schaltungsanschlüssen zu
verlegen. Eine „Service-Schleife" umfaßt eine Längentoleranz
für den
Zugang zu elektrischen Komponenten, die unter Verwendung der Doppelhelix-Kabelanordnung
verbunden werden. Das Verfahren 500 geht dann weiter zu
Schritt 530.
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Bei
Schritt 530 werden die grundlegenden Flachkabelanordnungen
unter Verwendung der bestimmten Länge ausgebildet. Das heißt, alle
der einzelnen oder grundlegenden Flachkabelanordnungen werden unter
Verwendung des bei Schritt 520 bestimmten Längenparameters
ausgebildet. Es muß angemerkt
werden, daß die
grundlegenden Flachkabelanordnungen unter Verwendung individueller
Verbinder oder üblicher
Verbinder ausgebildet werden können.
Das Verfahren 500 geht dann weiter zu Schritt 540.
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Bei
Schritt 540 werden die ausgebildeten Flachkabelanordnungen
so orientiert, daß sich
die Verbinder in ordnungsgemäßen orthogonalen
Beziehungen befinden. Das heißt,
im Fall von mehreren FFC-Anordnungen mit individuellen Verbindern
sind die jeweiligen nahen und fernen Verbinder derart ausgerichtet,
daß die
Kabelanordnungen im wesentlichen „in Reihe" sind (d.h. coplanar oder parallel-planar).
Das Verfahren 500 geht dann weiter zu Schritt 550.
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Bei
Schritt 550 werden die ausgebildeten und orientierten Flachkabelanordnungen
so ausgelegt, daß sie
die Doppelhelixstruktur der vorliegenden Erfindung bilden. Das heißt, ein
Ende der orientierten Flachkabelanordnungen (nah oder fern) wird
beispielsweise um 360° derart
gedreht, daß die
oben bezüglich 1–4 gezeigte
Doppelhelixstruktur entsteht. Der Fachmann versteht, daß zur Ausübung der
Erfindung eine Drehung um präzise
360° nicht
erforderlich ist. Statt dessen können
Drehungen von mehr oder weniger als 360° innerhalb des Kontextes der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise wird durch
Drehen um mehr als 360° eine „straffere" Doppelhelixstruktur
ausgebildet, bei der eine größere anfängliche
Kabellänge
toleriert werden kann (um beispielsweise für eine größere Service-Schleife zu sorgen).
Indem um weniger als 360° gedreht
wird, entsteht eine „losere" Doppelhelixstruktur,
in der eine kürzere
anfängliche
Kabellänge toleriert
werden kann. Das Verfahren 550 geht dann weiter zu dem
optionalen Schritt 560.
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Bei
dem optionalen Schritt 560 werden die Schaltungen unter
Verwendung der ausgelegten Doppelhelix-Flachkabelanordnung verbunden.
Das heißt,
bei Schritt 560 werden die Schaltungen wie etwa PCB 105 und
Schaltungsmodul 140 unter Verwendung der bei Schritt 550 bereitgestellten
Doppelhelix-Kabelanordnung verbunden. Das Verfahren 500 geht
dann weiter zu Schritt 570, wo es verlassen wird.
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Durch
Steuern der Länge
der Flachkabel 130A und 130B hält die gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildete Doppelhelix-Kabelanordnung (oder Leitungsführung) die
Flachkabel in einer relativ geraden Linie im Raum zwischen den beiden
Enden des Kabels positioniert (d.h. zwischen den nahen und fernen
Enden der Kabelanordnungen). Dies bedeutet, daß die Doppelhelix-Leitungsführung im
Idealfall arbeitet, wenn sich die gewünschte Position der Kabelanordnung
CA in einer geraden Linie zwischen den beiden Enden befindet. Es
wird von den Erfindern angemerkt, daß eine derartige Kabelpositionierung
innerhalb der Elektronikindustrie üblich ist. Als solches wird
erwartet, daß die
Leitungsführungsanordnung
der vorliegenden Erfindung innerhalb der Technik der Kabelleitungsführung breite
Anwendbarkeit aufweisen wird.
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Vorteilhafterweise
wird die Doppelhelix-Leitungsführung
der vorliegenden Erfindung ohne den Einsatz zusätzlicher Merkmale oder Teile
bewerkstelligt. Es wird insbesondere angemerkt, daß das Doppelhelix-Leitungsführungskabel
sich im Raum selbst trägt,
wodurch die Verwendung von Klemmen und anderen Mitteln zur Bereitstellung
einer derartigen Unterstützung
vermieden wird. Da außerdem
die von der Leitungsführung
auf die Verbinder ausgeübte Kraft
relativ niedrig ist, können
die standardmäßigen Schneidklemm-Steckverbinder ohne
den Einsatz von Kleber oder anderen Verriegelungsmechanismen verwendet
werden, die diese Kraft bekämpfen
sollen und durch Kabelbeanspruchung verursachte Verbindungsprobleme
reduzieren sollen.
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Die
Doppelhelix-Leitungsführungskonfiguration
erzeugt zusätzlichen
Zuschlag innerhalb einer Kabelanordnung. Wenngleich dies möglicherweise die
Kosten der Kabel im Vergleich dazu erhöht, daß sie direkt zwischen zwei
Modulen (z.B. PCB 105 und Schaltungsmodul 140)
verlegt werden, liefert ein derartiger Zuschlag einen wichtigen
Vorteil. Insbesondere wenn die Kabelanordnung während der Handhabung gezogen
wird, was während
der Montage und/oder Testprozessen oftmals auftritt, wird die Kraft eines
derartigen Ziehens an der Kabelanordnung nicht direkt auf die Verbinder 110 oder 120 übertragen.
Das heißt,
die Kraft auf eine derartige Kabelanordnung nimmt lediglich Zuschlag
aus dem Kabel heraus, anstatt die Kraft auf Kabelverbinder zu übertragen.
Wenn die Doppelhelix vollständig
straff gespannt wird, würde
sie sich trotzdem leicht herausziehen lassen. In der Doppelhelix
soll jedoch ausreichend Zuschlag vorliegen, damit sie die rauheste Handhabung
tolerieren kann, die während
Montage und/oder Testen elektronischer Einrichtungen in der Regel
erwartet wird.
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Vorteilhafterweise
erhöht
die Doppelhelix-Kabelleitungsführung
die elektromagnetische Abschirmung der Kabelanordnung. Das heißt, auf
eine Weise ähnlich
der einer verdrillten Doppelleitung verdreht die Doppelhelix-Kabelanordnung die
beiden flexiblen Flachkabel derart, daß die von dem Stromfluß durch
die Kabel erzeugten jeweiligen elektromagnetischen Felder einander
auslöschen
oder aufheben. Auf diese Weise ist die Doppelhelix-Kabelanordnung der
vorliegenden Erfindung weniger anfällig für das Strahlen von Energie
als andere Kabelanordnungen und ist dabei auch weniger anfällig gegenüber externer
Strahlung.
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Der
Fachmann versteht, daß die
vorliegende Erfindung innerhalb des Kontextes einer „Doppel"-Helixkabelanordnung
eingesetzt werden kann, in der mehr als zwei Kabelunteranordnungen
oder Flachkabel vorgesehen sind. Das heißt, viele Flachkabelunteranordnungen
mit jeweiligen nicht-orthogonalen nahen Abschlüssen und jeweiligen nicht-orthogonalen
fernen Abschlüssen
können
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung so ausgelegt werden, daß sie eine
Doppelhelix oder eine andere Helixstruktur bereitstellen. Während die
Erfindung in erster Linie im Kontext von Stromkabeln beschrieben wird
(d.h. Kabel, die elektrische Leiter zum Leiten elektrischer Signale
darauf enthalten), versteht der Fachmann darüber hinaus, daß andere
Arten von Informationssignalleitern genutzt werden können. Beispielsweise
könne faseroptische
Kabel oder andere nichtleitende informationsführende Kanäle, die auf planare Weise angeordnet
sind, innerhalb der zugrundeliegenden Flachkabel verwendet werden,
mit denen die Helixstrukturen der vorliegenden Erfindung gebildet
werden.
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Obwohl
eine Ausführungsform,
die die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhaltet, hier im Detail
gezeigt und beschrieben worden ist, kann der Fachmann sich ohne
weiteres viele andere abgeänderte
Ausführungsformen
ausdenken, die dennoch diese Lehren enthalten.