DE102004052712A1

DE102004052712A1 - Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder für Miniatur-Steckverbindungen

Info

Publication number: DE102004052712A1
Application number: DE102004052712A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Lappöhn
Original assignee: ERNI Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Erni Electronics 73099 Adelberg De GmbH
Priority date: 2004-10-30
Filing date: 2004-10-30
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-10-31
Also published as: DE102004052712B4; JP4638803B2; US20060121798A1; JP2006128130A; US7214109B2

Abstract

Bei einer einteiligen, mehrschenkeligen Kontaktfeder (1) für Miniatur-Steckverbindungen, insbesondere für Hochfrequenzsignale, mit einem einen Steckanschluss kontaktierenden Bereich, erstreckt sich der Kontaktierungsbereich (A) bis zu dem freien Ende (6) eines eingesteckten Steckanschlusses (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder für Miniatur-Steckverbindungen, insbesondere für Hochfrequenzsignale.

Eine einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder für Miniatur-Steckverbindungen ist beispielsweise aus DE 43 30 390 C2 bekannt. Die aus einem Metallband fortlaufend gestanzte und gebogene Kontaktfeder trägt zwei Federschenkel, deren freie Enden zwei sich gegenüber liegende Kontaktkuppen samt Kontakteinlauf für ein Kontaktmesser bilden. Der Kontakteinlauf ist seitlich versetzt und um 90° gedreht zu den ebenen Federschenkeln, weshalb selbst extrem lange Kontaktmesser Verwendung finden können. Das Kontaktmesser schiebt sich beim Verbinden zwischen die Einlauf- und Kontaktkuppen hindurch bis zu einem Anschlag. Die Bauweise eignet sich insbesondere für Messerleisten mit kleinen Rasterabständen.

Eine einteilige mit zwei gegenüberliegenden Federschenkeln versehene Kontaktfeder für Einpresstechnik zeigt ferner DE 33 24 737 C2 .

Weiterhin sind einteilige Kontaktfedern bekannt, die einen mehr oder wenig geschlossenen Käfig für ein Kontaktmesser bzw. Kontaktstift bilden ( DE 38 17 803 C3 , EP 0 390 865 B1 , EP 0 958 638 B1 , US 5 281 175 ). Letztere Klemmen werden jedoch dem Trend in der Industrie, die Dichte der elektrischen Signalverbindungen zu erhöhen, und damit Raum und Kosten zu sparen, nicht vollends gerecht.

Allen vorstehend angeführten Kontaktfedern haftet der Nachteil an, dass der kontaktbildende Bereich zwischen der Kontaktfeder und einem Steckanschluss, wozu beispielsweise flache Kontaktmesser, quadratische oder runde Kontaktstifte, aber auch Leiterplattenanschlüsse zählen, auf eine punkt- oder linienförmige Zone sich gegenüberliegender Kontaktstellen ausgerichtet ist, was Wünsche für eine höhere Stromtragfähigkeit und insbesondere für Hochfrequenzanwendungen einer Steckverbindung offen lässt. Es hat sich nämlich heraus gestellt, dass es für Hochfrequenzsignale neben einer sicheren mechanischen und elektrischen Verbindung, einer Impedanzanpassung und einer gegenseitigen Schirmung der Kontaktfedern eines Steckers untereinander wünschenswert wäre, auch die negativen Auswirkungen von Reflexionen auf das elektrische Übertragungsverhalten einer Steckverbindung zu verringern oder gänzlich zu vermeiden, welche dadurch verursacht werden, dass ein Signalanteil über die Kontaktierungszone hinaus bis zur Spitze eines Steckanschlusses weiterläuft und von dort gespiegelt wird. Hierdurch werden die Eingangssignale ab der Steckverbindung aufgeteilt, wobei einem Teil ein von der freien Länge des Steckanschlusses abhängiger Laufzeitunterschied aufgeprägt wird, der auf dem weiteren Übertragungsweg zu solchen Signalbeeinträchtigungen führen kann, wie Echo und Signalschwächung. Andererseits kann man aber die Einstecklänge eines Steckanschlusses in eine Kontaktfeder nicht beliebig verkürzen, weil damit eine sicher Kontaktierung und ein paralleler Einlauf des Steckanschlusses in eine Kontaktfedern, die auch eine Einführ- und Führungsfunktion für den Steckanschluss hat, leiden würde. Dies trifft insbesondere auf vielpolige elektrische Miniatur-Steckverbinder zu, wie sie beispielsweise in der Nachrichtentechnik und Computertechnik verwendet werden. Würde andererseits die Kontaktierung von Steckverbindungen an das Ende der Steckanschlüsse gelegt, so ist die Kontaktsicherheit wegen der un vermeidlichen Toleranzen nicht mehr gewährleistet, da die Kontaktfeder die Spitze des Steckanschlusses nur berühren dürfte, um Reflexionen zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung für insbesondere Hochfrequenzanwendungen zu schaffen, der diese Nachteile nicht anhaftet. Insbesondere sollen Signalreflexionen am freien Ende eines Steckanschlusses, wie Leiterplattenanschluss, Kontaktmesser oder Kontaktstift, sicher vermieden werden. Darüber hinaus ist es Aufgabe, die Kontaktzuverlässigkeit und Stromtragfähigkeit zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen zeigen die abhängigen Ansprüche auf. Indem ein längerer Kontaktierungsbereich einer Steckverbindung bis zu dem freien Ende eines eingesteckten Steckanschlusses führt, werden erfindungsgemäß Reflexionen von HF-Signalen an der Spitze eines Steckanschlusses und damit Laufzeitdifferenzen vermieden.

Die Erfindung und die mit der Erfindung außerdem erzielten Vorteile sollen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine Steckverbindung nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Steckverbindung aus Kontaktfeder und Steckanschluss,
3 eine Kontaktfeder mit Leiteranschlussteil in perspektivischer Seitenansicht,
4 die Kontaktfeder mit Leiteranschlussteil aus perspektivischer Rückansicht und
5 Einzelheiten einer Einlaufzone der Steckverbindung.
Anhand der 1 sollen zunächst die Nachteile eines herkömmlichen Miniaturverbinders für Hochfrequenzsignale aufgezeigt werden. Die einteilige, zweischenkelige Kontaktfeder 1 trägt einander spiegelbildlich gegenüberliegende Kontaktierungsstellen 2 in Form von Kontaktkuppen an den freien Enden der Federschenkel 3, die zugleich eine Einlaufzone 4 für einen Steckanschluss ausbilden, der hier als ein im Querschnitt quadratischer Kontaktstift 5 ausgeführt ist. Für eine mechanisch und elektrisch sichere Kontaktierung A mit dem Kontaktstift 5 und im Interesse einer parallelen Führung der Kontaktfeder 1 zum Kontaktstift 5, insbesondere mit Blick auf eine Vielzahl von parallelen Kontaktfedern 1 in einem nicht näher dargestellten Federgehäuse, ist es aus Gründen der Toleranzbeherrschung notwendig, dass die punkt- bzw. querlinienförmige Kontaktierung A nicht unmittelbar an der freien Spitze 6 des Kontaktstiftes 1 hergestellt wird, sondern in einem gewissen Abstand B dahinter. Für Hochfrequenzsignale im GHz-Bereich hat das allerdings die Wirkung, dass sich an der Steckverbindung das HF-Signal aufteilt. Ein Signalanteil fließt im Kontaktierungsbereich A direkt über die Kontaktkuppen 2, die Federschenkel 5 und einen Leiteranschlussteil 7 ab. Der andere Signalanteil fließt an den Kontaktkuppen 2 vorbei zur Spitze 6 des Kontaktstiftes 5, wird an der Spitze 6 reflektiert und fließt erst dann über den Kontaktierungsbereich A, die Federschenkel 3 und den Leiteranschlussteil 7 ab. Hierdurch entstehen Laufzeitunterschiede und damit unterschiedliche Nullphasen zwischen Anteilen ein und desselben Signals. Die Phasenverschiebung zeitigt die Wirkung, dass infolge der unkorrelierten Signalüberlagerung Signalverfälschungen, wie Signalechos oder Signaldämpfungen auftreten. Bei extrem ungünstigen Verhältnissen von Signallaufzeitdifferenz und Signalträgerfrequenz kann es aufgrund dieser so genannten Interferenzen sogar zu einer Signallöschung kommen, nämlich dann, wenn eine Phasenverschiebung der beiden Signalanteile gegen 180° auftritt. Sind diese Auswirkungen z. B. im digitalisierten Sprechverkehr dank geeigneter Sprachsignalverarbeitung noch hinnehmbar, so ist die Situation im bitorientierten Datenverkehr schon eine weitaus kritischere, weshalb nicht zuletzt deshalb eine Reihe von Übertragungsressourcen verbrauchender Prüf- und Redundanzmaßnahmen im Datenverkehr erforderlich sind.
Die Erfindung vermeidet diese Folgen, wie nachfolgend anhand 2 näher erläutert werden soll. Die 2 zeigt die Verbindung einer lang gestreckten U-förmigen Kontaktfeder 1 mit einem Steckanschluss, hier wiederum ein im Querschnitt etwa quadratischer Kontaktstift 5. Ebenso könnte die Steckverbindung für beispielsweise ein Kontaktmesser, einen runden Kontaktstift oder einen Leiterplattenanschluss dimensioniert sein. Die Kontaktfeder 1 hat einen Federboden 8, aus dem beidseitig die beiden Federschenkel 3 abgekantet sind. Der Federboden 8 geht in einen Leiteranschlussteil 7 über, über den die HF-Signale weitergeleitet werden. Beide Federschenkel 3 sind längs über den gesamten Einsteck- bzw. Kontaktierungsbereich A in mehrere Kontaktierungsstellen 2 aufgeteilt, wodurch ein eingesteckter Kontaktstift 5 an mehreren Stellen, insbesondere aber bis zu seiner Spitze 6, die Kontaktfeder 1 kontaktiert. Hierdurch werden mehrere Vorteile erreicht. Zum einen eine ausgezeichnete seitliche Führung des Kontaktstiftes 5. In einem mehrpoligen Stecker werden also die Kontaktstifte 5 streng parallel ausgerichtet sein, was nicht nur mechanisch die Steckverbindung entlastet, sondern auch die Übertragungskenndaten, wie Reflexions- und Übersprechverhalten zwischen den einzelnen Leitern, deutlich verbessert. Es verbessert sich ferner die Kontaktsicherheit, indem mehrere Kontaktierungsstellen über die Einstecklänge verteilt sind. Weiterhin erhöht sich linear mit der Anzahl der Kontaktierungsstellen pro Steckverbindung die Stromtragfähigkeit einer Steckverbindung. Zwar sind die zu übertragenden Signalströme gerade im HF-Bereich an sich nicht sonderlich groß, aber relativ bezogen auf die gebotene Miniaturisierung der Technik in Bereichen wie Nachrichtentechnik, Computertechnik, Weltraumtechnik, Medizintechnik usw., bereits eine zu berücksichtigende Größe. Insbesondere aber wird durch die Kontaktierung eines Steckanschlusses an seiner Spitze 6 eine Spiegelung von Signalanteilen an der Spitze 6 ausgeschlossen. Es werden somit unerwünschte Reflexionen, Beugungen, Streuungen und Dämpfungen von HF-Signalen innerhalb eines Steckverbinders vermieden.
In 3 ist eine einzelne Kontaktfeder 1 in perspektivischer Seitenansicht dargestellt. Die Bezugszeichen sind zu 2, wie auch zu den weiteren Figuren, identisch. Man erkennt den Federboden 8, von dem aus die beiden Federschenkel 3 abgebogen sind. Der Biegewinkel beträgt etwas mehr als 90°, so dass die beiden Federschenkel 3 leicht schräg aufeinander zulaufen und Federkraft auf den Kontaktstift 5 ausüben kön nen. Die Kontaktierungsstellen 2 werden gebildet, indem zwischen ihnen die Federschenkel 3 geeignet ausgespart sind. Jede Kontaktierungsstelle 2 bringt hierdurch eine eigene Feder- bzw. Kontaktierungskraft auf. Die Aussparungen 9 sind etwa trapezförmig, wobei die kleinere Grundlinie der Aussparungen 9 bis in den Federboden 8 hineinreicht, wodurch die Federwirkung verbessern wird, und die größere Grundlinie vor den freien Enden der Federschenkel 3 endet. Vorzugsweise sind die Aussparungen 9 im Bereich des Federbodens 8 gerundet, was dem Einreißen des Federmaterials bei Belastung entgegenwirkt. Im Beispiel sind jeweils vier Aussparungen 9 über den gesamten kontaktgebenden Bereich A der Kontaktfeder 1 in den Federschenkeln 3 angeordnet, die sich paarweise gegenüberstehen. Der Federboden 8 geht an einem Ende in das Leiteranschlussteil 7 über. Dieses kann selbst eine Leiterbahn ausbilden oder dem Anschluss eines Leiters oder einer sonstigen elektrischen Komponente dienen. Am freien Ende der Kontaktfeder 1 sind zusätzlich zwei Einführstege 10 als Einführhilfe für den Kontaktstift vorgesehen. Die Einführstege 10 verbessern zugleich die mechanische Festigkeit der Steckverbindung.
In 4 ist die Kontaktfeder 1 nach den vorhergehenden Figuren nochmals in perspektivischer Sicht auf ihre Rückseite dargestellt. Mit 7 ist der Leiteranschlussteil bezeichnet, 8 verweist auf den Federboden. Man erkennt die in den Federboden 8 hineingezogenen, gerundeten Aussparungen 9, die sich entgegengesetzt bis weit in die freien Federschenkel 3 fortsetzen. Am freien Ende der Kontaktfeder 1 sind von den Federschenkeln 3 die Einführstege 10 abgebogen. Die Kontaktierungsstellen 2 liegen längs der Federschenkel 3 zwischen den Aussparungen 9.
Das Einführungsende einer Kontaktfeder 1 ist aus 5 besonders deutlich erkennbar. Der Kontaktstift 5 ist allseitig angefast, wodurch er eine kurze Einführnase 11 erhält. Die Einführnase 11 findet beim Verbinden die mit den Führungsstegen 10 ausgestattete Kontaktfeder 1.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern erfasst alle im Rahmen des Erfindungsgedankens einem Fachmann offenbarten Ausführungen.

1: Kontaktfeder
2: Kontaktierungsstelle
3: Federschenkel
4: Einlaufzone
5: Kontaktstift, allgemein Steckanschluss
6: Spitze des Kontaktstiftes
7: Leiteranschlussteil
8: Federboden
9: Aussparung
10: Führungssteg
11: Einführnase
A: Kontaktierung (-bereich)
B: Abstand

Claims

Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder für Miniatur-Steckverbindungen, insbesondere für Hochfrequenzsignale, mit einem einen Steckanschluss kontaktierenden Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kontaktierungsbereich (A) bis zu dem freien Ende (6) eines eingesteckten Steckanschlusses (5) erstreckt.
Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (1) eine U-förmige bis käfigartige Querschnittsform aufweist und die Federschenkel (3) der Kontaktfeder (1) über ihre Kontakt gebende Länge (A) federnde Kontaktierungsabschnitte (2) ausbilden.
Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federschenkel (3) bis in den Federboden (8) hinein in Abständen über die Länge des Kontaktierungsbereichs (A) ausgespart sind.
Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (9) trapezartig ausgebildet sind, wobei die größeren Grundseiten der Aussparungen (9) den freien Enden der Federschenkel (3) zugewandt sind.
Einteilige, mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (9) im Bereich des Federbodens (8) gerundet sind.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einführungsende einer U-förmig gebogenen Kontaktfeder (1) Einführungsstege (10) für einen Steckanschluss (5) aufeinander zulaufend abgebogen sind.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (1) käfigartig, aber überlappungsfrei gebogen ist.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach einem der Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Aussparungen (9) paarweise gegenüber liegen.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge der Kontaktfeder (1) 2 bis 6 Paar Aussparungen (9) angeordnet sind.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Kontaktierungsteil (A) ein Leiteranschlussteil (7) anschließt.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfeder (1) baulich an einen Kontaktstift (5) oder ein Kontaktmesser angepasst ist.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl paralleler Kontaktfedern (1) in einem Kontaktfedergehäuse eingebettet ist.
Einteilige mehrschenkelige Kontaktfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine hergestellte Steckverbindung bezüglich Impedanz für Hochfrequenz-Anwendungen ausgelegt ist.