CN104871370A - 触片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种触片(6；14)，其用于至少两个元件(7、8；12、13)的导电连接，其中触片(6；14)被设计成对元件(7、8；12、13)中的至少一个元件施加接触压力，通过触片(6；14)的弹性变形施加所述接触压力，其中触片(6；14)的至少一部分由双金属制成，使得该双金属的温度升高导致接触压力增大。

Description

触片
技术领域
本发明涉及一种触片，其用于至少两个元件的导电连接，其中触片被设计成对元件中的至少一个元件施加接触压力，通过触片的弹性变形施加所述接触压力。本发明还涉及一种系统，其具有一个或多个这种触片，特别地该系统被设计为插接连接系统。
背景技术
在许多技术系统中，需要传输大量的电流。电流可以代表通讯信息(例如测量值，模拟的或数字的)用的信号、或者可以用作供给能源。
这种技术系统通常采用模块化结构，由此使信号或供给电源从一个模块传输到另一个模块。为了保证系统完美地工作，必须以尽可能无损耗地进行这种传输。
之前，已经广泛地使用了借助于传统的插接连接器从一个模块向下一个模块进行传输的系统。由此，一个模块配备有插头形式的插接连接器，而另一个模块配备有一个或多个兼容的插接连接器系列(例如SMA、RPC-2.92、SMP，也可以是其它标准化的、非标准化的插头-插座连接)的耦合器形式的插接连接器。由于插接连接器的尺寸，使得这些系统需要大量的结构空间，这不是一直可行的。此外，这些系统对于较大数量的通道来说并非用户友好的，这是因为在大多数情况下插接连接器是借助于螺纹连接进行联接的。
还已知如下的系统：其中借助于一个或多个触片来实现传输，该触片被设计成压抵固定的匹配部件的板簧。这些系统允许较高的组装密度；然而，大多数系统施加了相对低的接触压力。但是，由于具有大量的触片，当联接时整体达到了相当大的插接力，这例如在电路板进行盲插接(blind plugging)期间会导致相当大的问题。
为了能够传输大供给电流，触点处的接触电阻必须保持尽可能地小。接触电阻的水平的决定性因素是在触点处施加的接触力。如果该接触力过小，则接触电阻非常大，这导致了触点的不期望的热负荷。在已知的系统中，进行了使触片施加尽可能大的弹簧力来避免这种情况发生的尝试。由此，触片是否径向(插头-插座接触)或轴向(作为板簧)挠曲不重要了。然而，这种大弹簧张力还导致了在联接过程中产生相对较大的插接力，这在多个连接被并排地插接在一起的情况下是特别不利的并且这一点对于用户而言也绝非友好的。
在信号传输的情况下，由于涉及小电流的主要问题不是触点上的热负荷(尽管这在这种情况下也是个问题)、而是所传输的信号的质量。这里，除了各种各样的其它手段之外，进行了通过确保尽可能大的接触力以在触点处保持尽可能低的损耗的尝试。由于特别地在用于信号传输的系统的情况下信号路径的数量非常大且可用的结构空间非常受限制，因此立即产生了多个问题：一方面，应该将各通道的接触力保持为尽可能地小，以将所需的总插接力保持在限定的范围。另一方面，由于受限制的可用空间，在优化弹簧几何形状方面的设计的自由度可能非常受限制。这些问题在如下情况下也恶化：在这些信号传输系统中，特别地大量的、精确反复的插接周期是必须的。
发明内容
从现有技术的这种状态出发，本发明基于如下问题：提供一种插接连接装置，该插接连接装置杰出之处在于低插接力与良好的传输特性结合。
借助于包括了根据方案1的一个或多个触片的、根据方案3的系统解决了这个问题。根据本发明的系统的其它有利的实施方式以及在该系统中使用的(多个)触片的其它有利的实施方式是附属方案的主题并且在本发明的以下说明中进行解释。
本发明基于利用双金属的特殊的热变形性能(thermal deformationbehavior)的构思，使得在插接连接装置插接到一起期间仅需要小的总插接力，其中插接连接装置的触片不变形或仅稍微产生变形，而在元件的插接到一起之后通过双金属加热实现了对于良好的传输特性所必须的、在触片与待电连接的元件所形成的触点处的接触压力。所需要的小插接力不仅改进了操作，而且还减小了在插接到一起或实现接触时所导致的磨损，这使得元件的使用寿命延长。
因此，提供了用于至少两个元件的导电连接的本类型的触片，由此该触片被设计成对元件中的至少一个元件施加接触压力，通过触片的弹性变形施加所述接触压力，该触片的特征在于，触片的至少一部分由双金属形成，使得该双金属的温度升高导致接触压力增大。
根据本发明的对应的系统包括(至少)一个根据本发明的触片以及借助于该触片被电连接的至少两个元件。
根据本发明，术语“双金属”应该被理解成指优选导电的、可弹性变形的元件，该元件具有由具有不同热膨胀系数的材料组成的至少两层。优选地，这些材料为通常展示了有利的弹性特性和导电特性的金属。
优选地，可以是如下情况：根据本发明的系统包括具有至少两个插接连接器的插接连接装置或者被设计为此，由此至少一个触片还优选地为插接连接器中的一个插接连接器的一部分。这使得可以以小插接力将插接连接装置插接到一起，由此，而且在对(多个)触片的双金属进行加热之后，能够在触片与至少两个元件之间的触点处实现足够大的接触压力。
还可以是如下情况：触片形成了插接连接器中的一个插接连接器的插座的至少一部分，插座被设计成接收插接连接器中的另一个插接连接器的针形式部分。在这种情况下，触片的弹性变形沿径向发生。于是可以说通过触片沿径向抵接另一插接连接器的针形式部分的套(jacket)来施加接触压力。特别优选地，插座可以由以环状配置进行布置的根据本发明的多个触片形成。
在触片的另一实施方式中，该触片可以具有第一接触区域(用于与第一元件进行接触)和第二接触区域(用于与第二元件进行接触)，并且该触片在接触区域之间以曲线或弯折线(angled line)的方式延伸。在这种情况下，变形与两个接触区域的相向移动相关联。这种触片特别适用于彼此相对地配置地进行连接的元件的触点的导电连接，这经常就是两个或更多个电路板导电连接的情况。
在根据本发明的系统的优选实施方式中，可以是如下情况：触片在插接连接装置插接到一起时已经弹性变形，由此可以选择使该弹性变形尽可能地小。这确保了在插接连接装置插接到一起之后，即使不加热触片的双金属，也能够在元件之间建立导电连接。然而，结果是具有比较低的接触压力，这可能与(多个)触点中的相对大的接触电阻相关联。该相对大的接触电阻至少在传输相对大的电流的情况下导致触片发热，于是这通过根据本发明所设置的双金属的特定变形而使接触压力增大。于是，增大的接触压力导致电力消散损耗(electrical dissipation loss)的减小，如此进一步发热直到建立了基于电流强度和来自系统的散热的平衡，该平衡也可以以受控的方式被影响。根据本发明的系统的这种实施方式特别地适用于传输供给电能，这是由于其通常涉及相对大的电流强度。
然而，为了影响散热，即使在活跃地输入热的情况下，为了触片变形的目的，根据本发明的系统具有用于控制触片(双金属)的温度的部件。这些部件应该被理解为包括用于对触片的温度进行受控的影响的所有部件。在更广义的解释中，这些部件还可以被理解为包括包围包括根据本发明的至少一个系统的电气设备的壳体，该电气设备在工作过程中产生仅以缓慢且优选地受控的方式(例如通过对应地致动冷却风扇)通过壳体被导出的余热。
关于设置用于控制温度的部件，还可以是如下的情况：当使插接连接装置插接到一起时或当定位部件时，触片仍未与匹配的接触元件接触。这实现了基本上没有力的插接或定位，由此仅通过触片的由于发热导致的随后的变形而产生了接触压力。还可以通过用于控制温度的部件实现触片的受控的冷却，其结果是再次减小了接触压力。这特别地与如下的情况相关：当要解除两个元件之间的导电连接的情况。
附图说明
以下将参照附图中示出的示例性实施方式来更详细地解释本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的系统的第一实施方式处于未插接状态下的立体图；
图2示出了根据图1的系统的插接到一起状态；
图3示出了根据图2的系统的一部分的局部纵向截面；
图4示出了根据图3的系统在触片发热之后的状态；
图5示出了固定有根据本发明的系统的第二实施方式的多个触片的元件的立体图；
图6示出了根据图5的系统的触片和元件的截面；
图7示出了具有第二元件的根据图5的系统；
图8示出了根据图7的系统的截面；以及
图9示出了根据图8的系统在触片发热之后的状态。
具体实施方式
图1至图4示出了根据本发明的插接连接系统的第一实施方式。
本系统包括第一插接连接器1，该第一插接连接器1以已知的方式在缆线侧端与缆线2导电地连接。第一插接连接器1被设计成耦合器，为此目的，该第一插接连接器1包括插座形式的座区域3，可以将该插接连接系统的第二插接连接器5的针形式的接触元件4插接到该座区域3中。通过以环状配置布置的多个触片6形成插座形式的座区域3，根据本发明，该多个触片6至少部分地由双金属形成。在本示例性实施方式中，第一插接连接器1的触片6和基体7两者由双金属形成，其中触片6和基体7一体地合并于第一插接连接器1。为此目的，第一插接连接器1可以优选地被设计成压印和弯折元件。
在本示例性实施方式中被设计成实心形式的第二插接连接器5除了包括针形式的接触元件4以外还包括与该接触元件4形成为一体的基体8。第二插接连接器5的基体8以已知的方式在缆线侧端与缆线2导电地连接。
图1示出了处于未插接状态下的插接连接系统，而在图2至图4示出了插接到一起的状态。图3示出了刚好在插接连接系统被插接到一起之后的状态。在这种状态下，触片6的面向内侧弯曲的接触区域9已经与第二插接连接器5的针形式的接触元件4的外侧接触，但是并未发生明显的弹性变形。这使得连接器仅以低插接力就被插接到一起。然而，同时，已经可以使电流经由插接连接系统进行传输，由此，由于在触点处具有低接触压力，因此该传输受到相对高的接触电阻的阻碍，这导致电力消散损耗，因而导致插接连接系统发热、特别地插接连接系统在触点9的区域中发热。
这种发热导致触片6的变形，这是由于形成第一插接连接器1的双金属的两层10、11的热膨胀不同。由于外层10的材料的热膨胀系数(特别地，线性膨胀系数)比内层11的材料的热膨胀系数高，因此触片6的热变形导致接触区域9向径向内侧运动。然而，由于接触区域9与针形式的接触元件4接触而防止了这种运动。结果，由于双金属的不同的热膨胀系数导致触点处的接触压力增大。如图4所示，在两层10、11中的增大了的反作用力和不均等的张力还可以同时导致触片6隆起。
图5至图9示出了根据本发明的系统的第二实施方式。本系统包括两个元件，该两个元件特别地是两个电路板12、13。这些电路板12、13以导电的方式经由多个根据本发明的触片14进行连接。
被设计成板簧形式的触片14包括经由弯曲部连接的两个平坦部。在各种情况下，第一平坦部在其外侧形成了接触区域15，经由该接触区域15使相关联的触片永久地连接(例如焊接)到第一电路板12的触点。面向外侧的凸起设置在第二平坦部的自由端附近，该凸起的表面用作与第二电路板13的相关联的触点进行接触的接触区域15。
根据本发明，触片14由两层的双金属形成，由此在各种情况下，具有较大热膨胀系数的层配置在未形成接触区域15的那侧。
为了实现导电连接，如图7和图8所示，借助于未示出的任意适当的装置使两个电路板12、13以彼此隔开限定的距离进行定位。在本示例性实施方式中，在两个电路板12、13之间的距离小到使得配置在电路板12、13之间的触片14发生弹性变形(参见图6和图8)。刚好在两个电路板12、13相对于彼此定位完成之后，因而已经使这些电路板12、13以导电的方式实现连接。然而，触片14的弹性变形由此相对地小。结果，基于电路板12、13的定位导致由触片产生的压力相对地小。特别地，这在如下的情况下是有利的：电路板12、13不是借助于纯粹以示例的方式而在此示出的五个触片14进行连接，而是借助于如可以例如在已知的半导体试验装置中的情况那样地达到数百个触片14进行连接。然而，在触点处的低接触压力导致电路板12、13之间的信号传输差、特别是高频信号传输差。根据本发明，在通过各触片14的双金属的热变形的作用而因此增大了在第二平坦部上的凸起与在第二电路板13上的相关联的触点之间的单个触片14的接触压力。在图9中示出了这种情况，由此触片14的变形大致被限制成第二平板部的挠曲，然而，在触点处的接触压力由于张力的不均等分布而同时对应地增大了。
在本示例性实施方式中，并非通过如图1至图4示出的插接连接系统的情况那样由于相对高的接触电阻而自身发热、而是通过例如是与根据本发明的所述系统一体化的半导体试验装置的装置的操作，必要地实现了温度升高，借助于该温度升高得到了增大的接触压力。在本装置的操作期间，通过本装置的大量电元件产生了相对多的余热，这能够导致发热。本系统特别地适用于：将示出的系统一体化于装置的壳体，使得散热受到限制。如果需要，本装置还可以包括用于控制温度的部件，借助于该部件能够例如控制余热从壳体的散失。这能够使得可以在一定的延迟时间之后在壳体内实现基本上不变的温度，该一定的延迟时间与触点处的恒定接触压力相关联。如果要将两个元件12、13再次彼此分离，可以使用用于控制温度的部件实现对触片的受控的冷却，其结果是，接触压力再次减小。

Claims (8)

1.一种触片(6；14)，所述触片用于至少两个元件(7、8；12、13)的导电连接，其中所述触片(6；14)被设计成对所述元件(7、8；12、13)中的至少一个元件施加接触压力，通过所述触片(6；14)的弹性变形施加所述接触压力，其特征在于，所述触片(6；14)的至少一部分由双金属制成，使得该双金属的温度升高导致所述接触压力增大。
2.根据权利要求1所述的触片(14)，其特征在于，所述触片具有第一接触区域(15)和第二接触区域(15)，所述触片在所述第一接触区域(15)和第二接触区域(15)之间以曲线或弯折线的方式延伸。
3.一种系统，其具有根据权利要求1或2中任一项所述的触片(6；14)和借助于所述触片而被电连接的至少两个元件(7、8；12、13)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，插接连接装置包括至少两个插接连接器(1、5)，其中所述触片(6)为所述插接连接器中的一个插接连接器(1)的一部分。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述触片(6)形成所述插接连接器中的一个插接连接器(1)的插座的至少一部分，所述插座被设计成接收所述插接连接器中的另一个插接连接器(5)的针形式部分。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述触片(6)在使所述插接连接装置插接到一起时弹性地变形。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于控制所述触片(6；14)的温度的部件。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述触片(6；14)在定位所述元件(7、8；12、13)时还未与匹配的接触元件接触，特别地是在将所述插接连接装置插接到一起时还未与匹配的接触元件接触。
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