DE9415087U1

DE9415087U1 - Steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung

Info

Publication number: DE9415087U1
Application number: DE9415087U
Authority: DE
Original assignee: Matra Marconi Space France SA
Current assignee: Matra Marconi Space France SA
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1994-09-17
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2004-09-18
Also published as: US5476398A; FR2710461A1; FR2710461B1

Description

"Steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung zur Befestigung eines Moduls oder einer
Unteranordnung an einem Stützelement, wie einer bedruckten Schaltkarte. Eine besonders bevorzugte, aber nicht einschränkende Verwendung liegt in der Befestigung von Unteranordnungen in elektronischen Ausrüstungen, wo es z.B. häufig notwendig ist, eine Hauptkarte mit Verbindungselementen zur Verwendung mit zusätzlichen Elementen vorzusehen, welche· von parallelen Nebenkarten getragen sind, die rechtwinklig zur Hauptkarte angeordnet sind.

Die meisten zur Zeit gebräuchlichen Verbindungsvorrichtungen erreichen eine elektrische Verbindung durch Einführung eines Steckerelementes, welches aus einem runden oder
flachen Stift gebildet ist, in ein Steckeraufnahmeelement, welches von einer Steckhülse oder von einer Blattfeder gebildet ist. Ein wesentlicher Nachteil solcher Vorrichtungen ist, daß die Einführung nur stattfinden kann, wenn die jeweiligen Stecker und Steckeraufnahmeelemente korrekt zueinander ausgerichtet sind. In elektronischen Schaltungen, wo die Kontakte in geringem Abstand verteilt sind, müssen die Elemente oft zueinander mit einer Toleranz von + 50 um

in Ausrichtung gebracht werden. Dieses Erfordernis führt zu sehr engen Toleranzen bei der Herstellung pnd Montage.

Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Verbindungsvorrichtung zu schaffen, die eine sogenannte "Oberflächenbefestigung" an einem Stützelement ermöglicht und fähig ist, wesentlich größere Ausrichtungsfehler zwischen dem Stecker und den Steckeraufnahmeelementen als bei bisher bekannten Vorrichtungen auszugleichen.

Diese Aufgabe wird mit einer steckbaren elektrischen Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach einer ersten Ausführungsform ist die Feder parallel zu ihrer Achse gefaltet und drückt gegen benachbarte Windungen, um diese kurzzuschließen, um die Selbstinduktivität der Feder zu verringern. Im allgemeinen sollten die beiden Endbereiche symmetrisch angeordnet sein und die beiden Vorsprünge sollten in Ausrichtung mit der Mittelebene der Feder sein.

Diese Gestaltung macht es möglich, eine sehr große Toleranz in der Anordnung des Steckeraufnahmeelementes in allen Richtungen zu erreichen, ohne den elektrischen Kontakt zu

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verschlechtern. Wenn insbesondere dem Steckerelement an der Endspitze eine spitz zulaufende Form gegeben wird, läßt es sich einfach zwischen die zentralen Windungen einführen, wenn die Abweichung zwischen der Realposition und der Nominalposition gering ist. Ansonsten wird sie in einen der Spalte an jeder Seite eingeführt. In der Praxis läßt sich die akzeptierbare Toleranz häufig um wenigstens eine Größenordnung im Vergleich mit üblichen Positionstoleranzen steigern.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die elektrisch leitende Feder zwischen zwei länglichen Löchern befestigt, die in zwei gegenüberliegende Seiten eines Käfigs ausgespart sind, und ist mit einer Basisschaltung über einen Stift verbunden. Die zwei gegenüberliegenden Seiten des Käfigs können mit einer Metallschicht bedeckt sein, um die Feder kurzzuschließen und den elektrischen Widerstand zu verringern. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von elektrisch «leitenden Federn aufweisen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 und 2 jeweils in Seitenansicht und in einer Seitenansicht von links die wesentlichen Bestandteile einer Verbindungsvorrichtung mit einem

einzelnen Satz von steckbaren Kontaktelementen, wobei die Kontaktelemente getrennt dargestellt sind,

Fig. 3 in Aufsicht ein Steckeraufnahmeelement der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 4 und 5 ähnlich zu der Darstellung nach Fig. 2 die

möglichen Anordnungen der zusammengesteckten Steckerelemente,

Fig. 6 und 7 ähnlich zu der Darstellung nach den Fig. 1 und 2 eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Kontakten,

Fig. 8 und 9 ähnlich zu der Darstellung nach den Fig. 1 und 2 eine andere Mehrkontaktvorrxchtung,

Fig. 10 und 11 ebenf-alls ähnlich zu der Darstellung nach

den Fig. 1 und 2 eine andere Ausführung mit einer oder mehreren Verbindungsstiften und

Fig 12 eine Aufsicht auf ein Steckeraufnahmeelement der Vorrichtung nach Fig. 10 und 11.

Die in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellte Verbindungsvorrichtung weist zunächst ein Steckerelement 10 auf, das von einem Stift gebildet ist. Das Steckeraufnahmeelement der Vorrichtung ist von einer Schraubenfeder aus Metalldraht gebildet, im allgemeinen aus Kupfer- oder Berylliumdraht, der mit einem dünnen Film aus Gold beschichtet ist. Die dargestellte Feder weist vier Windungen auf, wobei diese Anzahl jedoch nicht beschränkend ist. Nichtsdestoweniger stellt dies im Normalfall die Minimalanzahl dar, die es möglich macht, um eine Toleranz bei der Positionierung des Elementes 10 zu erreichen, welche größer ist als der Abstand e der Feder. Jeder der zwei Endbereiche der Feder weist drei aufeinanderfolgende Abbiegungen auf. Die erste Abbiegung dient zur Bildung eines länglichen Bereiches, der gegen zwei Windungen auf derselben Seite der Mittelebene drückt und dabei den Widerstand und die Induktivität des Steckeraufnahmeelementes in eingesteckter Position reduzieren. Jenseits der letzten Abbiegung bilden die Enden des die Feder bildenden -Drahtes zwei Vorsprünge, die in der Mittelebene gegenseitig zueinander ausgerichtet sind und dabei eine Befestigung des Steckeraufnahmeelementes durch Lötung oder dergl. an einem Stützelement 14 ermöglichen, welches beispielsweise als gedruckte Schaltkarte ausgebildet ist.

Für mikroelektronische Anwendungen insbesondere ist es möglich, eine Feder zu benutzen, die einen Durchmesser D von ungefähr 3 mm hat und aus einem Draht gebildet ist, der einen Durchmesser von ungefähr 0,2 mm aufweist. Der Spalt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windungen kann von derselben Größenordnung sein wie der Durchmesser des Drahtes. Der Spalt wird häufig ungefähr gleich der Hälfte des Durchmessers und der Dicke des Steckerelementes sein. Selbstverständlich sind diese Abmessungen in keiner Weise beschränkend.

Für einen Verbinder, der nur für einen Kontakt vorgesehen ist, kann das Steckeraufnahmeelement in einem von einem Käfig 16 gebildeten Gehäuse aus dünnem isolierenden Material gebildet sein, in welchem Ausnehmungen 21 ausgespart sind, durch welche die VorSprünge passieren können. Der Käfig vermeidet irgendein Risiko eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Steckeraufnahmeelementen und begrenzt die seitlichen Kräft-e auf die Windungen. Das Steckerelement selbst kann in einem isolierenden Körper 18 in permanenter oder entfernbarer Weise angeordnet sein. Der Körper 18 kann gleichfalls dazu dienen, die Eindringtiefe zu begrenzen, mit welcher das Steckerelement in das Steckeraufnahmeelement eingeführt werden kann.

Das Ende des Steckerelementes weist im allgemeinen eine abgeschrägte Form mit einer punktförmigen oder im allgemeinen runden Spitze auf. Wenn die Elemente zusammengesteckt werden und wenn die Abweichung entlang der Achse y (Fig. 2) den Betrag e/2 relativ zur Nominalposition nicht überschreitet, dann wird das Steckerelement zwischen die Mitte zweier Windungen der Feder eingeführt ^ die sich progressiv aus ihrer Ruheposition wegbewegen. Die Vorrichtung erlaubt auch größere Abweichungen in der Richtung der Achse &khgr; (Fig. 1), insbesondere, wenn das Steckerelement in der Form eines Stiftes ausgebildet ist.

Wenn der Positionierungsfehler e/2 überschreitet, greift das Steckerelement 10 zwischen zwei seitliche Windungen ein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Somit kann die Abweichung in der Positionierung entlang der Achse y größer als ± 0,8 mm sein, wenn ein Steckeraufnahmeelement verwendet wrrd, das von einer Feder gebildet ist, welche aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm besteht und Spalte zwischen den Windungen von 0,2 mm aufweist.

Der Einsteckhub ist so bemessen, daß am Ende des Hubes der zylindrische Bereich des Stiftes gegen die Windungen drückt

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(Fig. 4). Das Gleiten der Oberflächen gegeneinander hat einen selbstreinigenden Effekt.

Die Vorrichtung kann ebenfalls auch mehrfache Kontakte aufweisen. In dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 verwandt sind, sofern gleiche Teile betroffen sind, sind die Steckeraufnahmeelemente in einem Streifen aus isolierendem Material 20 angeordnet. Der Streifen wird im allgemeinen aus einem Kunstharzmaterial oder aus einem gegossenen thermoplastischem Material (z.B. Diallyl-Phtalat) gebildet. Eine Mehrzahl von parallelen Durchtrittsöffnungen sind in dem Streifen 20 in regelmäßigen Abständen ausgebildet, welche jeweils ein Steckeraufnahmeelement mit VorSprüngen aufnehmen, welche durch die Streifen durch Schlitze 21 hindurchtreten. Diese Elemente sind somit in einem regelmäßigen Abstand gehalten.

Solch ein Streifen 20 macht es ebenfalls möglich, die Steckeraufnahmeelemente an der Oberfläche eines Stützelementes 14 zu befestigen, wie einer gedruckten Hauptschaltungskarte. Die Steckeraufnahmeelemente können so ausgebildet sein, daß sie Steckerkontaktelemente von Modulen oder von Nebenkarten aufnehmen können.

In Fig. 6 ist die Vorrichtung so gestaltet, daß die Steckerelemente nur durch die oberen Bereiche der Windungen hindurchtreten. Wenn man jedoch die Stifte 10 tiefer eindrückt, ist es auch möglich, einen redundanten Kontakt zu erhalten.

In der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsform ist eine Mehrfachkontaktvorrichtung durch Aneinanderreihen einer Mehrzahl von Steckeraufnahmeelementen 12 auf einem isolierenden Stab vorgesehen, durch welchen diametrale Löcher 24 in regelmäßigen Abständen zum Zwecke der Aufnahme der Steckerelemente 10 ausgespart sind. Bereiche 26 eines geringfügig größeren Durchmessers können zwischen den Stellen für die Steckeraufnahmeelemente vorgesehen sein. Der Durchmesser dieser Bereiche ist derart, daß die Steckeraufnahmeelemente in Position gebracht werden können, indem ihre Enden zusammengeklammert werden, um sie etwas zu öffnen. Schließlich können isolierende Scheiben 28 auf dem Stab aufgereiht werden, um mit den Steckeraufnahmeelementen abwechselnd angeordnet zu sein und Kurzschlüsse zwischen diesen zu verhindern.

Der Steckeraufnahmebereich jeder vorbeschriebenen Verbindungsvorrichtung kann mittels derzeit bekannten und verfügbaren Maschinen an Oberflächen befestigt werden. Die Steckeraufnahmekontakte können Module von beliebigem Typ

oder Teststifte aufnehmen. In allen Fällen ist die Positioniertoleranz groß. Der resultierende elektrische Kontakt hat einen geringen Widerstand, insbesondere, wenn das Steckerelement von einem zylindrischen Stift gebildet ist, der gegen einen Draht drückt, der selbst zylindrisch ausgebildet ist. Das dabei während des Einführens bzw. Eingreifens stattfindende Abreiben garantiert eine Selbstreinigung. Die Herstellungskosten sind gering.

Der elektrische Widerstand und die Selbstinduktivität sind gering, weil die Windungen miteinander kurzgeschlossen sind. Der hohe Grad der Flexibilität und die geringe Masse der Federn garantiert für eine gute Funktionsfähigkeit auch unter Vibrationsbedingungen. Zahlreiche Varianten der Erfindung sind möglich, insbesondere im Hinblick auf die Gestaltung der Steckerelemente, welche flache Stifte mit rechtwinkligem Querschnitt, die in x-Richtung von Fig. 1 längsgestreckt sein können oder sogar einen quadratischen Querschnitt aufweisen können, und es ist möglich, eine Mehrzahl von Steckeraufnahmeelementen gemeinsam in einem gemeinsam isolierenden Gehäuse zu gruppieren.

Beispielhaft zeigen die Fig. 10 und 11 eine andere Ausführungsform der Erfindung. Die Verbindungsvorrichtung weist ein Steckerelement 10 und ein Steckeraufnahmeelement 12 auf. Das Steckerelement 10 ist ähnlich zu dem vorbe-

schriebenen, das Steckeraufnahmeelement 12 weist eine Feder auf, die keine angelöteten Enden enthält und folglich keine geradlinigen Endbereiche benötigt. Die Feder ist elektrisch mit der Basisschaltungskarte 14 mittels eines Stiftes 31 verbunden, der an der Oberfläche des Basismaterials 14 angelötet ist. Die Feder ist innerhalb eines Käfigs angeordnet. Zu diesem Zweck sind in zwei gegenüberliegenden Seiten des Käfigs 16 zwei längliche Löcher 29 ausgespart. Die Größe der länglichen Löcher 29 ist so, daß die Feder durch Hineinpressen derselben in die Löcher 29 befestigt ist und kein Kontakt zwischen benachbarten Federn 12 besteht, wenn eine Mehrzahl von benachbarten Verbindungen vorgesehen ist. Die jeweils gegenüberliegenden Seiten des Käfigs 16 können mit einer Metallschicht beschichtet sein, um die Feder kurzzuschließen und den elektrischen Widerstand zu verringern. Die Form der Feder und ihr Handling sind einfach, die Feder kann Einsteck- und Auszxeheinwirkungen des Steckerstiftes widerstehen und ein Teststift, der einen Strang abschließt, kann durch eine der länglichen Öffnungen 29 eingeführt werden.

Claims

ie &iacgr; &diams; * · * · »■ · Ansprüche;

1. Steckbare elektrische Verbindungsvorrichtung, gekennzeichnet durch wenigstens ein Steckerelement (10) in der Form eines runden oder flachen Stiftes sowie wenigstens ein Steckeraufnahmeelement (12), welches als Schraubenfeder ausgebildet ist, die wenigstens vier zur Aufnahme des Steckerelementes zwischen zwei Windungen ausreichend voneinander beabstandete Windungen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder Enden aufweist, die abgewinkelt sind und anlötbare Vorsprünge zur Befestigung an einer Oberfläche eines Stützelementes bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder wenigstens einen Endbereich aufweist, der parallel zu der Federachse gefaltet ist und gegen benachbarte Windungen zum Kurzschließen derselben drückt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Endbereiche symmetrisch angeordnet sind und daß die beiden Vorsprünge in Ausrichtung zur Mittelebene der Feder sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Spalt zwischen den Windungen einen Wert hat, der etwa gleich der Hälfte des Durchmessers oder der Dicke des Steckerelementes (10) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Feder einen Durchmesser aufweist, der zwischen 10 und 20 mal größer als der Durchmesser des Drahtes ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß diese eine Mehrzahl von Kontakten aufweist, eine Mehrzahl von Federn und einen Streifen isolierenden Materials (20) sowie eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen für die Federn aufweist, die in regelmäßigen Abständen in dem isolierenden Material (20) ausgespart sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Mehrzahl von Kontakten und einen isolierenden Stab (22) zur Aufnahme der Steckerelemente (10) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese isolierende Scheiben (28) aufweist, die abwechselnd zu den Steckeraufnahmeelementen (12) auf dem Stab aneinandergereiht sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bereiche (26) des isolierenden Stabes (22) aufweist, die die Stellen voneinander trennen, welche die Steckeraufnahmeelemente (12) aufnehmen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder zwischen zwei länglichen Löchern (29) eingeschlossen ist, welche in zwei gegenüberliegenden Seiten eines Käfigs (16) ausgeformt sind und daß die Feder mit einer mit diesem Käfig festen Basisschaltung durch einen Stift (31) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Seiten des Käfigs (16) mit einer Metallschicht beschichtet sind.