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Die
Erfindung betrifft einen Verbinder zum Verbinden von Leiterplatten
und/oder Steckplatten, d. h. einen sogenannten Board-to-Board Connector. Des
weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden eines
derartigen Verbinders.
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Verbinder
der sogenannten Board-to-Board Art werden insbesondere in Computern
zum Verbinden von zwei Leiterplatten verwendet, indem der Board-to-Board
Connector auf einer Leiterplatte befestigt und elektrisch kontaktiert
ist, beispielsweise über
Schrauben und entsprechende Lötstifte,
während
die zweite Leiterplatte oder eine Steckkarte in einen Schlitz des
Board-to-Board Connectors eingesteckt wird. In diesem Schlitz befinden
sich Kontakte, die entsprechende Kontakte an einem Rand der Steckkarte
beim Einstecken kontaktieren und die Steckkarte auf federnde Weise
klemmen, so daß das Einstecken
der Steckkarte gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung und eine
Befestigung der Steckkarte oder Leiterplatte bewirkt.
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In
einer vibrierenden Umgebung, wie beispielsweise in einer Werkzeug-
oder Baumaschine oder einem Kraftfahrzeug oder in einem in während einer
Bahnfahrt verwendeten tragbaren Computer (Laptop) oder dergleichen,
kann es jedoch zu Kontaktprellungen bzw. Schwingungen der Kontakte
innerhalb des Board-to-Board Connectors kommen, so daß eine Signalstörung wie
beispielsweise eine Unterbrechung eines Signals auftreten kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung eines neuartigen
Board-to-Board Connectors,
der insbesondere in einer vibrierenden Umgebung eine sichere Befestigung
einer Leiterplatte bzw. einer Steckkarte sowie eine sichere Kontaktierung
der Kontakte gewährleisten
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verbinder (Board-to-Board Connector) mit folgenden Bauteilen geschaffen:
einer
schlitzartigen Aufnahme zum teilweisen Aufnehmen und/oder Einstecken
bzw. Befestigen und/oder Verbinden und/oder Kontaktieren einer Leiterplatte
oder Steckkarte;
einer Vielzahl von Kontakten, die an einer
oberen und einer unteren Seite der schlitzartigen Aufnahme vorgesehen
sind und die Leiterplatte oder Steckkarte federnd klemmen können;
wobei
jeder Kontakt eine federnde Kontaktzunge zum Kontaktieren und Klemmen
der Leiterplatte aufweist und zumindest ein Kontakt eine Zusatzfeder aufweist,
die die federnde Kontaktzunge abstützen kann.
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Die
Zusatzfeder bewirkt eine wesentlich steifere Federcharakteristik
bzw. eine steilere Federkennlinie, so daß Kontaktprellungen und/oder
ein Abheben eines Kontakts von einem Gegenkontakt der Leiterplatte
vermieden werden. Auf diese Weise wird eine sichere Signalübertragung
gewährleistet.
Darüber
hinaus wird die in die Aufnahme eingesteckte Leiterplatte oder Steckkarte
mit einer größeren Kraft
geklemmt, so daß eine
vibrationssichere Befestigung der Leiterplatte oder Steckkarte gewährleistet
ist.
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Vorzugsweise
ist die Zusatzfeder derart konfiguriert, dass die Kontaktzunge erst
nach einem vorgegebenen Federweg der Kontaktzunge durch die Zusatzfeder
abgestützt
wird.
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Indem
die Zusatzfeder so gestaltet ist, daß sie erst nach einem vorgegebenen
Federweg der Kontaktzunge verformt wird, um eine Federkraft aufzubringen,
wird eine progressive Federkennlinie vorgesehen, so daß sich eine
Eigenfrequenz der Schwingung der Leiterplatte instantan oder schlagartig
verändert.
Auf diese Weise wird eine eventuell auftretende Schwingung der eingesteckten
Leiterplatte innerhalb der kürzestmöglichen
Zeit im wesentlichen zum Stillstand gebracht. In anderen Worten
wird eine Federkennlinie vorgesehen, die nach einem gewissen Federweg
einen Knick aufweist und wesentlich steiler wird. Bis zu diesem
vorgegebenen oder vorgebbaren Federweg wirkt nur die federnde Kontaktzunge
und nach diesem vorgegebenen oder vorgebbaren Federweg wirkt sowohl
die federnde Kontaktzunge und zusätzlich die Zusatzfeder. Somit addieren
sich die Federkräfte
beider Federn nach dem vorgegebenen Federweg, während bis zu diesem vorgegebenen
Federweg nur eine Feder (federnde Kontaktzunge) wirkt.
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Somit
ist einerseits ein leichtes Einstecken der Leiterplatte oder Steckkarte
in die Aufnahme gewährleistet,
während
andererseits eine hohe klemmende Kraft im Falle des Auftretens einer
Vibration sowie eine sichere Kontaktierung in der vibrierenden Umgebung
gewährleistet
wird.
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Vorzugsweise
besteht der Kontakt aus einer geprägten oder gestanzten Platte
und/oder weist auf einstückige
Weise die Kontaktzunge und die Zusatzfeder auf.
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Die
einstückige
oder integrale Bauweise führt
zu niedrigen Herstellungskosten und zu einer einfachen und kompakten
Bauweise. Darüber
hinaus ist eine Montage des Kontakts sehr einfach.
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Vorzugsweise
weist jeder Kontakt des weiteren eine Lötfahne oder einen Kontaktstift
auf.
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Weiter
bevorzugt weist die federnde Kontaktzunge an ihrem freien Ende eine
gekrümmte
Kontaktschleife auf.
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Durch
das Vorsehen der gekrümmten
Kontaktschleife an dem freien Ende der federnden Kontaktzunge kann
eine Leiterplatte mit ihrem Rand an der Krümmung der Kontaktschleife geführt werden, um
sanft in die Aufnahme hinein zu gleiten. Eine Anschrägung oder
eine Fase oder dergleichen an der Leiterplatte ist nicht notwendig.
Deshalb kann die Leiterplatte mit geringeren Herstellkosten produziert werden.
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Vorzugsweise
weist ein Verbindergehäuse an
einem Ende der Aufnahme einen Anlageabschnitt und an dem anderen
Ende eine Feder zum Drücken der
Leiterplatte gegen den Anlageabschnitt auf.
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Der
Anlageabschnitt an dem Verbindergehäuse sorgt insbesondere in Verbindung
mit der Feder an dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses zu
einer vorgegebenen Positionierung bzw. Ausrichtung einer eingesteckten
Leiterplatte oder Steckkarte. Derart wird die eingesteckte Leiterplatte
so positioniert, daß an
dem Rand der Leiterplatte ausgebildete Gegenkontakte mit den Kontakten
des Verbinders präzise
ausgerichtet und sicher kontaktiert werden.
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Vorzugsweise
weist das Verbindergehäuse an
beiden Enden der Aufnahme eine Auflagefläche zum Auflegen der Leiterplatte
und/oder eine Gewindebohrung zum Anschrauben der Leiterplatte auf, wobei
die Auflagefläche
vorzugsweise als Erdungsplatte ausgebildet ist.
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Die
Auflagefläche
schafft eine vorgegebene Positionierung der Leiterplatte in einer
Querrichtung der Aufnahme, das heißt in einer Richtung in der
die Kontaktzungen federn. Somit wird gewährleistet, daß sowohl
Kontakte an der oberen Seite der Aufnahme als auch Kontakte an der
unteren Seite der Aufnahme mit einer vorgegebenen bzw. vorgebbaren
Kraft gegen die Gegenkontakte der Leiterplatte gedrückt werden,
um eine sichere Kontaktierung zu gewährleisten.
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Weiter
bevorzugt weisen Kontakte, die auf einer aus der oberen und unteren
Seite der schlitzartigen Aufnahme angeordnet sind, die Zusatzfeder auf,
während
auf der anderen gegenüberliegenden Seite
angeordnete Kontakte einen Federanschlag zum Begrenzen des Federwegs
der federnden Kontaktzunge aufweisen.
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Indem
auf einer gegenüberliegenden
Seite angeordnete Kontakte einen starren Federanschlag zum Begrenzen
des Federwegs aufweist, wird eine zusätzliche Vibrationsdämpfung vorgesehen,
weil durch das Anschlagen an dem Federanschlag aufgrund dessen Starrheit
eine zusätzliche
hohe Kraft auf die federnde Kontaktzunge und die Leiterplatte aufgebracht
wird, um nach einem gewissen Federweg der Zusatzfeder eine zusätzliche
Dämpfung
von Vibrationen vorzusehen.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Verbinders
mit folgenden Schritten geschaffen:
Vorsehen einer schlitzartigen
Aufnahme zum teilweisen Aufnehmen einer Leiterplatte oder Steckkarte;
Vorsehen
einer Vielzahl von Kontakten an einer oberen und einer unteren Seite
der schlitzartigen Aufnahme, so dass die Kontakte die Leiterplatte
oder Steckkarte federnd klemmen können;
Vorsehen einer federnden
Kontaktzunge an jedem Kontakt zum Kontaktieren und Klemmen der Leiterplatte
und Vorsehen einer Zusatzfeder an zumindest einem Kontakt, die die
federnde Kontaktzunge abstützen
kann.
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Vorzugsweise
weist das Verfahren des weiterem den Schritt des Ausbildens der
Zusatzfeder derart auf, dass die Kontaktzunge erst nach einem vorgegebenen
Federweg der Kontaktzunge durch die Zusatzfeder abgestützt wird.
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Vorzugsweise
wird der Kontakt (16) aus einer geprägten oder gestanzten Platte
ausgebildet und/oder der Kontakt (16) wird einstückig mit
der Kontaktzunge (162) und der Zusatzfeder (164)
ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Board-to-Board Connectors.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte, auf der der Board-to-Board Connector beispielsweise
durch Anlöten
befestigt ist und wobei eine zweite Leiterplatte in die Aufnahme
des Board-to-Board Connectors eingesteckt ist, um die beiden Leiterplatten
elektrisch und mechanisch miteinander zu verbinden.
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3 zeigt
eine weitere Ansicht der Kombination der beiden Leiterplatten mit
dem Board-to-Board Connector von einer Rückseite des Board-to-Board
Connectors.
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4 zeigt
einen Kontakt des Board-to-Board Connectors mit der federnden Kontaktzunge
und der Zusatzfeder.
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5 zeigt
einen weiteren Kontakt des Board-to-Board Connectors, der nur mit
der federnden Kontaktzunge jedoch ohne Zusatzfeder ausgebildet ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Wie
in den 1 bis 3 gezeigt ist, hat ein Verbindergehäuse 18 eines
erfindungsgemäßen Verbinders 10 eine
Aufnahme 12 zum Aufnehmen bzw. Einstecken einer (nicht
gezeigten) Leiterplatte L1 oder Steckkarte oder dergleichen. Auf
einer oberen und einer unteren Seite der Aufnahme 12 sind eine
Vielzahl von Kontakten 14, 16 angeordnet, die auf
federnde Weise die Leiterplatte L1 zwischen sich klemmen und kontaktieren
können.
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Des
weiteren hat das Verbindergehäuse 18 einen
seitlichen Anschlag 182 für die Positionierung einer
einzusteckenden Leiterplatte L1 sowie an dem entgegengesetzten seitlichen
Ende eine Feder 20, die eine eingesteckte Leiterplatte
L1 gegen den Anschlag 182 drückt. Darüber hinaus sind Gewindebohrungen 186 oder
Schraublöcher
oder dergleichen zum Befestigen der Leiterplatte L1 an den entgegengesetzten
seitlichen Enden des Gehäuses 18 angeordnet.
Im Bereich dieser Gewindebohrungen 186 oder Schraublöcher oder
dergleichen befinden sich darüber
hinaus Auflageflächen 184,
die eine vertikale Positionierung einer einzusteckenden Leiterplatte
L1 schaffen. Auf diese Weise wird eine einzusteckende Leiterplatte
L1 in der vertikalen Richtung derart positioniert, daß eine ausreichende
Federkraft sowohl der oberen Kontakte 14 als auch der unteren
Kontakte 16 auf die einzusteckende Leiterplatte L1 wirkt.
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Wie
des weiteren in 2 und 3 gezeigt ist,
wird eine eingesteckte Leiterplatte L1 über ein Paar Schrauben S, S
und die Gewinderbohrungen 186, 186 an dem Board-to-Board Connector 10 fixiert.
Vorzugsweise ist die Auflagefläche 184 durch eine
Erdungsplatte 30 gebildet, die einerseits eine vorgegebene
bzw. vorgebbare Positionierung der Leiterplatte L1 an dem Board-to-Board
Connector 10 schafft und andererseits eine große Fläche für eine Erdung
der Leiterplatte L1 zur Verfügung
stellt. Die Erdungsplatte 30 ist des weiteren mit einem
entsprechenden (nicht gezeigten) Erdungskontakt der Leiterplatte
L2 verbunden bzw. verbindbar.
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Darüber hinaus
ist der Board-to-Board Connector beispielsweise über entsprechende (nicht gezeigte)
Lötfahnen
an der Leiterplatte L2 angelötet. Das
Anlöten
der Kontakte 14, 16 des Board-to-Board Connectors 10 an
der Leiterplatte L2 ist eine bevorzugte Kontaktierung der Kontakte 14, 16 an
entsprechenden (nicht gezeigten) Leiterbahn der Leiterplatte L2.
Es kann jedoch auch jede andere Art der Kontaktierung vorgesehen
werden, beispielsweise federnde Kontaktzungen (nicht gezeigt) oder
Klemm- oder Schraubkontakte oder dergleichen.
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In
den 4 und 5 ist eine Detailansicht der
Kontakte 14 und 16 gezeigt. Dabei zeigt 4 insbesondere
einen unteren Kontakt, der an einer Unterseite der Aufnahme 12 des
Verbinders 10 anzuordnen ist und 5 zeigt
einen oberen Kontakt 14, der an einer oberen Seite der
Aufnahme 12 des Verbinders 10 angeordnet ist.
Eine untere Seite der Aufnahme 12 wird hier als eine Seite
nahe einer Leiterplatte L2 bezeichnet, d. h. nahe einer Leiterplatte,
auf der der Board-to-Board
Connector 10 anzuordnen ist. Als eine obere Seite wird
eine Seite fern von der Leiterplatte L2 bezeichnet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind
obere Kontakte 14 und untere Kontakte 16 jeweils
mit federnden Kontaktzungen 142, 162 ausgebildet
und untere Kontakte 16 sind zusätzlich mit einer Zusatzfeder 164 ausgebildet,
während
die oberen Kontakte 14 ohne Zusatzfeder ausgebildet sind. Es
versteht sich, daß sowohl
die oberen als auch unteren Kontakte mit der Zusatzfeder ausgebildet
sein können
oder umgekehrt zu dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nur die oberen
Kontakte mit der Zusatzfeder ausgebildet sein können, um die unteren Kontakte
ohne Zusatzfeder auszubilden.
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Die
federnden Kontaktzungen 142, 162 sind an einem
vorderen freien Ende mit einer Kontaktschleife 148, 168 ausgebildet,
die eine gekrümmte Form
bildet, so daß an
einem vorderen freien Ende, an dem eine einzusteckende Leiterplatte
L1 mit den Kontaktzungen 142, 162 in Kontakt tritt,
eine abfallend gekrümmte
Form vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Leiterplatte L1 während dem
Einstecken auf sanfte Weise mit den federnden Kontaktzungen 142, 162 bzw.
deren freien Enden 148, 168 in Kontakt treten
und wird durch diese in die Aufnahme 12 hineingeführt. Eine
Abschrägung
der Leiterplatte L1 oder Fase oder dergleichen ist aufgrund der
gekrümmten
Form der Kontaktschleifen 148, 168 nicht erforderlich,
so dass die Herstellungskosten der Leiterplatte L1 gering sind.
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Durch
die Positionierung der Leiterplatte L1 in der Seitenrichtung über den
Anschlag 182 und die an dem entgegengesetzten Seitenende
angebrachte Feder 20 sowie die vertikale Positionierung
der Leiterplatte L1 über
die Auflageflächen 184, 184 wird
die Leiterplatte L1 an einer vorgegebenen Position innerhalb der
Aufnahme 12 angeordnet. In dieser Position wirkt eine vorgegebene
federnde Kontaktkraft der Kontaktzungen 142, 162 auf
entsprechende (nicht gezeigte) Gegenkontakte der Leiterplatte L1,
die an einem Randabschnitt der Leiterplatte L1 positioniert sind.
Derart wird eine sichere Kontaktierung von Gegenkontakten der Leiterplatte
L1 mit den Kontakten 14, 16 des Verbinders 10 gewährleistet,
wenn die Leiterplatte L1 im wesentlichen vollständig in die Aufnahme 12 eingesteckt
ist.
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Zumindest
einer der unteren Kontakte 16, vorzugsweise alle unteren
Kontakte 16 weisen des weiteren eine Zusatzfeder 164 auf,
die vorzugsweise erst nach einem gewissen vorgegebenen Federweg der
federnden Kontaktzunge 162 gegen die federnde Kontaktzunge 162 drückt, um
eine Federsteifigkeit deutlich zu erhöhen. In anderen Worten kommt
die federnde Kontaktzunge 162 nach dem vorgegebenen Federweg
a in Kontakt mit der Zusatzfeder 164, um sich an dieser
federnd abzustützen.
Derart wird eine progressive Federkennlinie vorgesehen, um nach
dem vorgegebenen Federweg a beide Federn 162, 164 wirken
zu lassen, während
bis zu dem vorgegebenen Federweg a nur die federnde Kontaktzunge 162 alleine
wirkt. Somit ergibt sich eine Federcharakteristik derart, daß bis zu
dem vorgegebenen Federweg a eine Federkennlinie mit geringer Steigung
und nach dem Federweg a eine Federkennlinie mit großer Steigung
vorliegt.
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Auf
diese Weise wird das Einstecken einer Leiterplatte L1 in die Aufnahme 12 nicht
durch die Zusatzfeder 164 behindert, so daß ein leichtes
Einstecken der Leiterplatte L1 gewährleistet ist. Andererseits
werden Schwingungen der federnden Kontaktzungen 142, 162 durch
in Kontakt treten der unteren federnden Kontaktzunge 162 mit
der Zusatzfeder 164 auf schnelle Weise gedämpft bzw.
eliminiert. Durch die plötzlich
sich verändernde
Federrate aufgrund der zusätzlich
wirkenden Zusatzfeder 164 ändert sich insbesondere eine
Eigenfrequenz oder Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems bestehend
aus der Leiterplatte L1 und den federnden Kontaktzungen 142, 162 instantan
oder plötzlich
durch Aufschlagen der federnden Kontaktzunge 162 auf der
Zusatzfeder 164, weil sich die Federrate des unteren Kontakts 16 dadurch
plötzlich
sehr stark verändert.
Durch diese plötzliche
starke Veränderung
der Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems wird eine Schwingung in einer
vibrierenden Umgebung sehr schnell gedämpft bzw. beseitigt.
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Vorzugsweise
sind an dem Verbindergehäuse 18 des
weiteren (nicht gezeigte) Federanschläge für die oberen federnden Kontaktzungen 142 vorgesehen,
die bei einem gewissen vorgegebenen Federausschlag der federnden
Kontaktzunge 142 insbesondere mit der Kontaktschleife 148 in
Kontakt treten. Derart wird eine weitere Versteifung des Feder-Masse-Systems
vorgesehen.
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Zum
Befestigen der Kontakte 14, 16 werden diese in
entsprechende Schlitze des Verbindergehäuses 18 eingesetzt
und über
Positionierfahnen 147, 167 in einer vertikalen
sowie einer seitlichen Position innerhalb des in dem Gehäuse 18 vorgesehenen
Schlitzes positioniert. Vorzugsweise sind des weiteren Zähne 149, 169 an
den Kontakten 16 angeordnet, um ein Verkrallen bzw. Festhaken
oder einen Eingriff der Kontakte 14, 16 in dem
aus Kunststoff bestehenden Verbindergehäuse 18 vorzusehen.
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Des
weiteren sind an einer Unterseite der Kontakte 14, 16 vorzugsweise
Lötfahnen 146, 166 zum
Anlöten
der Kontakte 14, 16 an einer Leiterplatte L2 vorgesehen,
an der der Verbinder 10 vorzugsweise durch Anlöten der
Lötfahnen 146, 166 befestigt wird.
Der Board-to-Board Connector 10 kann jedoch auch auf andere
Weise an der Leiterplatte L2 befestigt und kontaktiert werden, beispielsweise
durch Schrauben oder Klemmen oder dergleichen.
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Die
Kontakte 14, 16 werden vorzugsweise aus einem
leitenden Material wie beispielsweise Kupfer oder einer entsprechenden
Legierung geprägt oder
ausgestanzt. In anderen Worten wird ein Kontakt 14, 16 aus
einem plattenartigen leitenden Halbzeug oder Material ausgestanzt
und geprägt,
um auf einstückige
oder integrale Weise federnde Kontaktzungen 142, 162,
Lötfahnen 146, 166,
Positionierfahnen 147, 167 und die Zusatzfeder 164 aufzuweisen. Derart
sind keine zusätzlichen
Bauteile zum Vorsehen der Zusatzfeder 164 erforderlich.
Diese Zusatzfeder 164 kann somit in einem Schritt mit dem
Herstellen des Kontakts 16 hergestellt werden und eine Montage
sowie Positionierung der Zusatzfeder 164 ist nicht erforderlich.
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Darüber hinaus
hat der Board-to-Board Connector 10 aufgrund der großen Erdungsfläche über die
Erdungsplatten 30 an seinen entgegengesetzten seitlichen
Enden eine sehr gute kapazitive Eigenschaft und es muß keine
zusätzliche
Erdungsleitung zum Erden der eingesteckten Platte L1 gegenüber der
Grundplatte L2 vorgesehen werden.
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Die
Verschraubung über
das Paar Schrauben S, S schafft eine zusätzliche im wesentlichen starre
Verbindung der eingesteckten Leiterplatte L1, um Schwingungen und
Vibrationen entgegenzuwirken.
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Der
erfindungsgemäße Verbinder
bzw. Board-to-Board Connector kann insbesondere in einer vibrierenden
Umgebung wie beispielsweise einer Werkzeug oder Baumaschine, einem
Kraftfahrzeug oder jedem anderen vibrierenden Werkzeug oder Bauteil
eingesetzt werden. Aufgrund der kostengünstigen Herstellung der Zusatzfeder 164,
die keinen zusätzlichen
Fertigungsschritt erfordert, kann der erfindungsgemäße Verbinder 10 jedoch
auch in anderen Anwendungen verwendet werden, beispielsweise in Computern.
Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Verbinder 10 in
Navigationssystemen und Autoradios von Kraftfahrzeugen und auch
in tragbaren Computern, wie beispielsweise Laptops eingesetzt, die
beispielsweise bei der Verwendung während einer Bahnfahrt auch
entsprechenden Schwingungen und Vibrationen bzw. Erschütterungen
ausgesetzt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbinder
- 12
- Aufnahme
- 14
- Kontakt
- 16
- Kontakt
- 18
- Verbindergehäuse
- 20
- Feder
- 30
- Erdungsplatte
- 122
- obere
Seite
- 124
- untere
Seite
- 142
- Kontaktzunge
- 146
- Lötfahne
- 147
- Positionierfahne
- 148
- Kontaktschleife
- 149
- Zahn
- 162
- Kontaktzunge
- 164
- Zusatzfeder
- 166
- Lötfahne
- 167
- Positionierfahne
- 168
- Kontaktschleife
- 169
- Zahn
- 182
- Anlageabschnitt
- 184
- Auflagefläche
- 186
- Gewindebohrung
- L1
- (gesteckte)
Leiterplatte
- L2
- Leiterplatte
- S
- Schraube
