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Einrichtung zur lösbaren, elektrischen Verbindung einer Mehr-, insbesondere Vielzahl von Leitungen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die zur lösbaren elektrischen Verbindung einer Mehr-, insbe- sondere Vielzahl von Leitungen dient.
Einrichtungen zur Herstellung lösbarer elektrischer Verbindungen sind in den verschiedensten Ausfüh- rungen bekannt. Im allgemeinen finden Verbindungen Anwendung, die rein mechanisch wirksam sind und vorzugsweise auf einem Reibungsschluss beruhen, wie durch Schrauben in Kontakthülsen eingeklemmte
Drahtenden, Federklemmen und vor allem Steckverbindungen. Sobald jedoch die Aufgabe vorliegt, eine grössere Zahl von Einzelverbindungen, etwa mittels eines Steckvorganges, gleichzeitig herzustellen, tre- ten erhebliche Schwierigkeiten auf.
Beispielsweise verbiegen sich bei Kontakteinrichtungen für Leitungen geringer Stromstärke, die entsprechend schwach ausgebildet sind, einzelne Kontaktteile bei der Herstellung der Verbindung, womit die Möglichkeit einer erneuten, einwandfreien Verbindung bei einer Vielzahl von Polen ausgeschlossen ist ; es ist praktisch unmöglich, den verbogenen Kontaktstift unter deren
Vielzahl zu ermitteln und einzurichten. Ausserdem erfordert das Herstellen einer solchen Verbindung, wenn kleine Übergangswiderstände sichergestellt sein sollen, die Überwindung von Reibungskräften, die mindestens einige hundert Dyn pro Kontaktstelle ausmachen. Ist die herzustellende bzw. zu lösende Verbindung beispielsweise tausendprozentig, wie das in der heutigen Schwachstromtechnik häufig vorkommt, so erfordert eine solche Verbindung Kräfte, die als Handkräfte nicht mehr zur Verfügung stehen.
Auch entsteht bei Verwendung der bekannten Kontaktrichtung dadurch ein weiterer Nachteil, dass, sobald es sich um eine grössere Anzahl von Kontaktstellen handelt, wie das beispielsweise bei elektronschen Rechenanlagen, Einrichtungen für Datenverarbeitung oder solchen, die mit Lochkarten arbeiten, der Fall ist, die erforderliche Suche nach einem schadhaften Kontakt verhältnismässig viel Zeit in Anspruch nimmt.
Es ist auf dem Gebiet der elektrischen Steckverbindungen auch bereits bekannt, einzelne bausteinartige Elemente zu fertigen und diese zu grösseren Einheiten zusammenzuschliessen. Man erhält dadurch zwar die Möglichkeit, die aus den Einzelelementen zusammengesetzten Einheiten den jeweils gestellten Anforderungen an die Gesamtverbindung nach Zahl und geometrischem Aufbau weitgehend anzupassen. Da das Verbindungsprinzip auch dieser Bausteine aber darauf beruht, die einander entsprechenden Stifte und Buchsen miteinander durch Reibungsschluss zu koppeln, können die vorstehend aufgezeigten Übelstände auch auf diese Weise nicht verringert oder gar behoben werden. Die Vereinigung der Bauelemente selbst erfolgte dabei beispielsweise durch geeignete Spannrahmen oder auch Teilbrücken bzw.
Klammern, ferner auch dadurch, dass die Bauteile an seitlichen Begrenzungsflächen miteinander korrespondierende Vorsprünge bzw. Vertiefungen nach Art von Nut- und Federverbindungen aufwiesen, mit deren Hilfe sie zu grösseren Baugruppen aneinandergesetzt werden konnten.
Die sich unter Anwendung des Reibungsschlussprinzips bei Steckverbindungen auf mechanischer Basis ergebenden Schwierigkeiten haben sich nun in der Praxis so hemmend ausgewirkt, dass beim Auftreten einer grösseren Anzahl von Verbindungen diese im allgemeinen durch Einzellötung hergestellt werden mussten und somit auf eine schnelle Lösbarkeit verzichtet werden musste. Dadurch war man gezwungen, sich eines besonderen Vorteiles zu begeben, den beispielsweise die vielfach in Gebrauch befindli-
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chen, gedruckten Schaltungen mit sich bringen ; diese lassen sich in bequemer Weise als sogenannte Kar- ten anfertigen, um dann mit den elektrischen Schaltelementen od. dgl. versehen geschlossene, sogenann- te elektrische Bausteine zu bilden und als solche in eine mit entsprechenden Kontaktsockeln versehene
Tragplatte eingeführt zu werden.
Die erläuterten ungünstigen Eigenschaften, die mit der Anwendung von durch Klemmung hergestell- ten Steckverbindungen verbunden sind, hatte man bereits dadurch zu überwinden versucht, dass man durch geeignete Träger zusammengefasste Buchsen mit einem Durchmesser ausbildete, der grösser war als der- jenige der Stifte, die in diesen Buchsen eingeführt werden. Die Buchsen selbst wurden mit Quecksilber gefüllt, durch das nach der Einführung der Stifte in die Buchsen eine metallische, elektrisch leitende Ver- bindung zwischen den miteinander zu vereinigenden Kontakten hergestellt werden sollte. An ihrer offenen
Mündungsseite mussten die Becher jedoch bis auf einen Querschnitt, der ein Eintreten zuliess, abgedeckt werden, um ein Ausfliessen des flüssigen Quecksilbers zu verhindern.
Man war insofern also gezwungen, bei der Anordnung sowohl der Stifte als auch der Eintrittsöffnungen für die Stifte auf dem Wege zu den dahinterliegenden, abgedeckten Buchsen eine grosse Genauigkeit einzuhalten. Überdies entwickelt Queck- silber auch bei Raumtemperatur Gase, welche zumindest dann, wenn Stifte in die Buchsen nicht einge- führt waren, ins Freie dringen und insofern die Atmosphäre vergiften konnten.
Auch in wirtschaftlicher
Hinsicht erwies es sich als ungünstig, Quecksilber als Verbindungsmetall einzusetzen, da es einen ausge- sprochen teuren Werkstoff darstellt und ausserdem den Einsatz geläufiger Metalle für die Kontakte, wie etwa Messing oder Kupfer, nicht zuliess, sondern die Verarbeitung von Speziallegierungen erforderte, die insbesondere der Bedingung genügen mussten, dass die Kontaktflächen nach der Trennung der Kontaktgrup- pen von dem Quecksilber nicht benetzt blieben.
Ferner gibt es bereits Steckverbindungen, die eine elektrische Heizvorrichtung aufweisen, mittels derer beim Herstellen oder Lösen der Steckverbindungen Lot niedergeschmolzen werden kann, das im Ge- gensatz zu den vorher erwähnten mechanisch wirksamen Verbindungen den Steckerstift mit der Stecker- buchse metallisch, also nicht durch Reibungsschluss, verbindet. Eine derartige Steckverbindung dient vor- nehmlich dem Zwecke, die Übertragung auch kleinster Spannungen zu gewährleisten.
Die bekannte Stek- kereinrichtung ist jedoch infolge ihres verwickelten Aufbaues kostspielig ; ausserdem kann sie jeweils nur für eine bestimmte Polzahl ausgelegt werden, so dass es, da die Anforderungen hinsichtlich der Polzahl der zu verbindenen Kontakte in weiten Grenzen schwanken, notwendig ist, eine Vielzahl solcher Steckereinrichtungen ständig auf Lager bereitzuhalten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile bekannter Einrichtungen zu vermeiden und sie so auszubilden, dass es möglich wird, Vorzüge zu erreichen, die mit der Verwendung der vorerwähnten"elektri- schen Bausteine" verbunden sind ; eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verbindungen elektrischer Leitungen, besonders wenn es sich um eine sehr grosse Zahl dieser handelt, in bequemer und zuverlässiger Weise herzustellen.
Eine zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Einrichtung zur lösbaren Verbindung einer Mehr-, insbesondere Vielzahl elektrischer Leitungen, bei der stiftförmige Kontakte bzw. mit diesen zusammenwirkende buchsenförmige Kontakte jeweils gruppenweise zu bausteinartigen Elementen in Trägern aus isolierendem Werkstoff zusammengefasst sind, kennzeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, dass die lichte Weite der becherförmig ausgebildeten, von ihrer Mündung her frei zugänglichen Buchsen grösser ist als der Durchmesser der Stifte ; die Buchsen sind dabei mit einem im Verhältnis zu den für die Herstellung der Elemente verwendeten Werkstoffen niedrig schmelzenden, bei Gebrauchstemperatur der Einrichtung dem Aggregatzustand nach festen Metall wie Lot oder sogenanntem Wood'schem Metall angefüllt ;
in den Trägern mit den Buchsen sind Heizvorrichtungen vorgesehen, mit denen sämtliche innerhalb dieses Trägers angeordnete Buchsen gleichzeitig und gemeinsam erwärmt und somit die in sie eingefüllten oder darin enthaltenen Metallmengen verflüssigt werden können.
Damit ergibt sich erstmalig die Möglichkeit, sowohl einerseits die Vorteile von eine Vielzahl von Kontakten enthaltenden Steckverbindungen, nämlich eine grosse Anzahl elektrischer Leitungen in einem einzigen Vorgang trennen und ohne jegliche Gedankenarbeit in der richtigen Zuordnung wieder miteinander verbinden zu können, auszuwerten, als auch anderseits die Nachteile, die mit der Verbindung elektrischer Kontakte durch Reibungskräfte zusammenhängen, nämlich erheblicher Kraftaufwand, der sich insbesondere bei einer Vielzahl miteinander zu koppelnder Kontaktstellen auf durch Handkraft nicht mehr zu bewältigende Werte steigern würde, sowie vergleichsweise hohe Übe'gangswiderstände an den Kontaktstellen, vermeiden zu können.
Denn infolge des flüssigen Zustandes des Metalles in den Kontaktbechern kann die Vereinigung der korrespondierenden Kontakte mit minimalen Kräften durchgeführt werden ; die Kontaktwiderständesindnurnoch vernachlässigbar klein und liegen weit unter den Werten, die sich selbst mit hochwertigen Klemmverbindungen erzielen lassen.
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Darüber hinaus können die Kontaktelemente infolge ihrer bausteinartigen Ausbildung in ähnlicher
Weise, wie das bisher für derartige Bausteine mit Steckkontakten möglich war, je nach den durch die Art und Zahl der herzustellenden Verbindungen zwischen elektrischen Leitungsenden gegebenen Anforderungen zusammengestellt und den vorliegenden Bedingungen angepasst werden. Zweckmässigerweise sind die
Träger dabei an einer Begrenzungsfläche mit nutartigen Ausnehmungen und an einer weiteren, der erst- erwähnten gegenüberliegenden Begrenzungsfläche mit den nutartigen Ausnehmungen entsprechenden, fe- derartigen Vorsprüngen versehen, so dass sich die Einzelelemente beim Aneinanderreihen gegenseitig zen- trieren und gegen Verschiebungen sichern lassen.
Die Heizvorrichtung für die Erwärmung der Becherkontakte bzw. des in diesen enthaltenen Metalles kann aus einem im Zick-Zack, wellenförmig oder mäanderartig verlaufenden Band aus elektrischem Wi- derstandsmaterial bestehen und Zuführungen für den Anschluss an eine elektrische Spannungsquelle auf- weisen.
Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
In der Zeichnung ist Fig. 1 ein Querschnitt durch ein Bauelement mit weiblichen Kontakten, Fig. 2 ein horizontaler Schnitt durch ein Bauelement nach Fig. 1 gemäss Linie II- II, Fig. 3 ein Bauelement mit männlichen Kontakten und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Bauelement nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist mit 10 ein Träger aus elektrisch isolierendem Werkstoff bezeichnet, in den die becher- förmig ausgebildeten Kontakte 11, die mit einer Begrenzungsfläche des Trägers 10 bündig abschliessen, eingesetzt sind. An den Boden eines becherförmigen Kontaktes 11 schliesst sich die Kontaktzuführung 12 mit dem Kopf 14 an, die sich über den von dem Träger umschlossenen Raum hinaus erstreckt und an die jeweils eine Leitung bzw. mehrere Leitungen, beispielsweise durch Lötung, angeschlossen sein können.
In der Nähe der Kontaktbecher 11 ist ein aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildetes Band 13 ange- ordnet, das in U-Form um die in Fig. 2 erkennbare Reihe von Kontaktbechern verläuft und über zwei An- schlüsse 17a und 17b an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen sein kann. Um eine vergleichswei- se grosse Oberfläche auf geringem Raum unterzubringen, ist das Band in Zick-Zack-Form ausgelegt.
Ein Bauelement mit den stiftförmigen Kontakten besteht aus einem Träger 30, der die stift- oder nadelartig ausgebildeten Kontakte 31 aufweist. Die Kontaktnadeln 31 können an ihrer Umfangsfläche, so- weit diese im Innern des Trägers 30 liegt, mit Anschlägen, etwa in Form von Zacken 37, versehen oder auch nur aufgerauht sein, um eine sichere Vereinigung mit dem Träger 30 zu erzielen und diesen damit vor Verschiebungen oder Lockerungen gegenüber dem Träger 30 zu bewahren. An ihrem freien Ende setzt sich die Kontaktnadel 31 als Kontaktstück 32 für den Anschluss der zugehörigen, elektrischen Leitungen fort.
Sowohl der Träger 10 des Bauelementes mit den becherförmigen Kontakten als auch der Träger 30 der
Bauelemente mit den Kontaktstiften sind leistenartig ausgebildet ; an einer Begrenzungsfläche weisen sie zwei federartige Vorsprünge 15 bzw. 35 auf, denen nutartige Ausnehmungen 16 bzw. 36 auf der dieser
Begrenzungsfläche gegenüberliegenden Seite entsprechen. Man erreicht hiedurch, dass die Bauelemente beim Aneinandersetzen eine gegenseitige Führung und Zentrierung erhalten.
In den becherförmig ausgebildeten Kontakten 11 befindet sich eine bestimmte Menge bei vorzugsweise niedrigen Temperaturen schmelzenden Metalls. Soll eine Verbindung zwischen einem Bauelement mit becherartigen Kontakten und Kontaktstiften hergestellt werden, so wird durch Einschaltung eines Heizstromkreises dafür gesorgt, dass die Heizeinrichtung 13 anspricht und das in den Kontaktbechern 11 enthaltene Lot zum Schmelzen bringt. Die Kontaktstifte 31 sinken in das flüssige Metall ein, worauf die
Stromzufuhr zu der Heizwicklung 13 unterbrochen wird. Das in den Kontaktbechern 11 enthaltene Metall erstarrt und bewirkt dadurch eine feste und geringe elektrische Übergangswiderstände aufweisende Verbindung zwischen den Kontaktteilen in Anschlussstellung.
Sobald die Verbindung wieder aufgehoben werden soll, wird von neuem ein Strom durch die Heizeinrichtung geschickt, so dass diese sich erwärmt und damit das in dem Koniaktbecher enthaltene Metall zum Schmelzen bringt ; in diesem Zustand kann das Bauelement bzw. eine aus mehreren Bauelementen zusammengesetzte Platte mit den Kontaktstiften mit minimalem Kraftaufwand von den Bauelementen mit den Kontakten 11 bzw. daraus zu einer Steckanordnung zusammengestellten Platten abgenommen werden.
Da der Aussendurchmesser der Nadeln 31 wesentlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Kontaktbecher 11, so dass eine Zentrierung dieser beiden Kontakte durch diese selbst ausgeschlossen ist und auch nicht erfolgen soll, können an den aneinander angrenzenden Flächen der sich gegenüberliegenden Bauelemente besondere Einrichtungen vorgesehen sein, um die Bauelemente im Verhältnis zueinander auszurichten. Derartige Einrichtungen können etwa ebenfalls als Führungen mittels Nut und Feder ausgebildet sein.
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Eine andere Lösung, das in den Kontaktbechern 11 befindliche Metall zum Schmelzen zu bringen, könnte auch darin bestehen, dass man statt der beschriebenen Heizwicklungen 13 Leitungen aus Rohren ge- ringen Querschnittes anordnet, durch welche ein Mittel geleitet wird, dessen Temperatur ausreicht, um das Schmelzmetall zu erweichen bzw. zu verflüssigen ; als Metall kommen in diesem Falle beispielswei- i se Wood'sche Legierungen in Betracht.
An die Stelle der Widerstandserhitzung kann auch jede andere, geeignete Heizung, beispielsweise eine induktive Erwärmung des Verbindungslotes treten.
. Als Baustoff für den Träger kommen hauptsächlich Kunststoffe in Betracht. In diese können die Kon- taktteile sowie die Heizvorrichtung eingespritzt, eingeformt oder eingepresst sein, so dass eine lunkerlose
Umschliessung der Heizelemente durch den Kunststoff gewährleistet ist.
Die Verbindung der einzelnen Elemente zu einer gemeinsamen Steckanordnung kann mittels Klebens mit Hilfe eines elektrisch nicht leitenden Haftstoffes erfolgen, während der Anschluss der elektrischen
Heizeinrichtung mittels einer besonderen Verdrahtung vorgenommen werden kann. Je nach Bedarf können die Heizbänder dabei gruppenweise oder sämtlich parallel oder in Serie geschaltet sein. Werden mehrere
Bauelemente auch stirnseitig aneinandergesetzt, so können die Anschlüsse der Heizbänder auf jeweils ge- genüberliegenden Stirnseiten liegen, und jeweils einmal als Buchse und einmal als Stift ausgebildet sein, wobei jedoch die Heizbänder so anzuordnen sind, dass die Erwärmung der zugeordneten weiblichen Kontak- te bzw. des darin enthaltenen Metalls möglichst gleichmässig erfolgt.
Es ist als besonderes Anwendungsbeispiel noch auf die Möglichkeit hinzuweisen, die aus den Baustei- nen gemäss der Erfindung zusammengesetzten grösseren, plattenförmigen Steckanordnungen gleichzeitig als Gehäuse für die damit verbundenen, zu einem Komplex gehörigen Schaltelemente einzusetzen. Der
Zusammenschluss mit den entsprechenden Gegensteckanordnungen kann für die einzelnen Seiten in zeit- licher Nacheinanderfolge vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verbindung einer Mehr-, insbesondere Vielzahl elektriscner Leitungen, bei der stiftförmige Kontakte bzw. mit diesen zusammenwirkende buchsenförmige Kontakte jeweils gruppenwei- se zu bausteinartigen Elementen in Trägern aus elektrisch isolierendem Werkstoff zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der becherförmig ausgebildeten, von ihrer Mündungher frei zugänglichen Buchsen (11) grösser ist als der Durchmesser der Stifte (31) und die Buchsen (11) mit einem im Verhältnis zu den für die Herstellung der Elemente verwendeten Werkstoffen niedrig schmelzenden, bei Gebrauchstemperatur der Einrichtung dem Aggregatzustand nach festen Metall angefüllt sind und dass in den Trägern (10) der Buchsen (11) Heizvorrichtungen (13) zur gleichzeitigen,
gemeinsamen Erwärmung jeweils in einem Träger (10) zusammengefasster Buchsen (11) vorgesehen sind.