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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft elektrische (Steck-) Verbinder und insbesondere
gewebte elektrische Verbinder bzw. elektrische Gewebeverbinder.
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Diskussion
der verwandten Technik
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Mitunter
müssen
Komponenten elektrischer Systeme mit Hilfe elektrischer Verbinder
miteinander verbunden werden, um ein funktionierendes Gesamtsystem
zu bilden. Diese Komponenten können
in Größe und Komplexität je nach
Art des Systems variieren. Zum Beispiel kann ein System gemäß 1 eine Grundplatinenanordnung
mit einer Grundplatine oder Mutterplatine 30 und mehreren
Tochterplatinen 32 aufweisen, die mit Hilfe eines Verbinders 34 verbunden
sein können,
der eine Anordnung aus vielen einzelnen Stiftverbindungen für unterschiedliche
Leiterbahnen usw. auf den Platinen aufweisen kann. Beispielsweise
kann in Telekommunikationsanwendungen, in denen der Verbinder eine
Tochterplatine mit einer Grundplatine verbindet, jeder Verbinder
bis zu 2000 Stifte oder noch mehr aufweisen. Alternativ kann das
System über
Komponenten verfügen,
die mit Hilfe eines Einstift-Koaxial- oder einer anderen Art von
Verbinder verbunden sein können,
und viele Varianten dazwischen. Unabhängig von der Art des elektrischen
Systems führten
technologische Fortschritte dazu, daß elektronische Schaltungen
und Komponenten zunehmend kleiner und leistungsfähiger wurden. Gleichwohl sind
individuelle Verbinder im allgemeinen immer noch relativ groß, vergleicht man
sie mit der Größe von Schaltungsbahnen
und Komponenten.
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2a und 2b zeigen Perspektivansichten der Grundplatinenanordnung
von 1. Zudem zeigt 2a ein vergrößertes Teilstück des Steckabschnitts
des Verbinders 34 mit einem Gehäuse 36 und mehreren
Stiften 38, die im Gehäuse 36 ange ordnet
sind. 2b veranschaulicht
ein vergrößertes Teilstück des Federleisten-
bzw. Buchsenabschnitts des Verbinders 34 mit einem Gehäuse 40,
das mehrere Öffnungen 42 bildet,
die geeignet sind, die Stifte 38 des Steckabschnitts des
Verbinders aufzunehmen.
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Ein
Abschnitt des Verbinders 34 ist in 3a näher
dargestellt. Jeder Kontakt des Buchsenabschnitts des Verbinders
weist einen Körperabschnitt 44 auf,
der in einer der Öffnungen
(2b, 42) angeordnet
ist. Ein entsprechender Stift 38 des Steckabschnitts des
Verbinders ist geeignet, sich mit dem Körperabschnitt 44 zu
koppeln. Jeder Stift 38 und Körperabschnitt 44 weist
einen Anschlußkontakt 48 auf.
Gemäß 3b weist der Körperabschnitt 44 zwei
freitragende Arme 46 auf, die geeignet sind, eine "Preßpassung" für den entsprechenden
Stift 38 vorzusehen. Um eine akzeptable elektrische Verbindung
zwischen dem Stift 38 und dem Körperabschnitt 44 zu
bilden, sind die freitragenden Arme 46 so aufgebaut, daß sie eine
relativ hohe Klemmkraft bereitstellen. Somit ist eine hohe Normalkraft
erforderlich, um den Steckabschnitt des Verbinders mit dem Buchsenabschnitt
des Verbinders zu koppeln. In vielen Anwendungen kann dies unerwünscht sein,
was später
näher diskutiert
wird.
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Wird
der Steckabschnitt des herkömmlichen Verbinders
mit dem Buchsenabschnitt in Eingriff gebracht, vollführt der
Stift 38 einen "Wisch"-Vorgang, wenn er
zwischen den freitragenden Armen 46 gleitet, was eine hohe
Normalkraft erfordert, um die Klemmkraft der freitragenden Arme
zu überwinden und
dem Stift 38 zu ermöglichen,
in den Körperabschnitt 44 eingesteckt
zu werden. Es gibt drei Reibungskomponenten zwischen den beiden
in Kontakt stehenden Gleitflächen
(dem Stift und den freitragenden Armen), nämlich Rauheitswechselwirkungen, Adhäsion und
Oberflächenfurchung.
Oberflächen
wie der Stift 38 und die freitragenden Arme 46,
die mit bloßem
Auge flach und glatt aussehen, sind unter Vergrößerung in Wirklichkeit uneben
und rauh. Rauheitswechselwirkungen ergeben sich aus gegenseitiger
Beeinflussung zwischen Oberflächenunregelmäßigkeiten,
wenn die Oberflächen übereinander
gleiten. Rauheitswechselwirkungen sind sowohl eine Quelle für Reibung
als auch eine Quelle für
Teilchenerzeugung. Ähnlich
bezeichnet Adhäsion
das lokale Verschweißen
mikroskopischer Kontaktpunkte auf den rauhen Oberflächen, das
sich aus hohen Spannungskonzentrationen an diesen Punkten ergibt.
Das Aufbrechen dieser Schweißstellen
beim Gleiten der Oberflächen
aneinander ist eine Reibungsquelle.
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Zudem
können
Teilchen zwischen den Kontaktflächen
des Verbinders eingefangen werden. Zum Beispiel veranschaulicht 4a einen vergrößerten Abschnitt
des herkömmlichen
Verbinders von 3b und
zeigt ein Teilchen 50, das zwischen dem Stift 38 und
dem freitragenden Arm 46 des Verbinders 34 eingefangen
ist. Die durch die freitragenden Arme ausgeübte Klemmkraft 52 muß ausreichen,
damit das Teilchen gemäß 4b in einer oder beiden Oberflächen teilweise
eingebettet wird, so daß elektrischer
Kontakt zwischen dem Stift 38 und dem freitragenden Arm 46 immer
noch erhalten werden kann. Ist die Klemmkraft 52 unzureichend,
kann das Teilchen 50 die Herstellung einer elektrischen
Verbindung zwischen dem Stift 38 und dem freitragenden Arm 46 verhindern,
was zum Ausfall des Verbinders 34 führt. Je höher aber die Klemmkraft 52 ist,
um so höher
muß die
Normalkraft sein, die zum Einstecken des Stifts 38 in den
Körperabschnitt 44 des
Buchsenabschnitts des Verbinders 34 erforderlich ist. Gleitet der
Stift an den Armen entlang, schneidet das Teilchen eine Furche in
die Oberfläche(n).
Diese Erscheinung ist als "Oberflächenfurchung" bekannt und ist
eine dritte Reibungskomponente.
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5 zeigt einen vergrößerten Abschnitt
eines Kontaktpunkts zwischen dem Stift 38 und einem der
freitragenden Arme 46 mit einem dazwischen eingefangenen
Teilchen 50. Gleitet der Stift gemäß dem Pfeil 54 am
freitragenden Arm entlang, "pflügt" das Teilchen 50 eine
Furche 56 in die Oberfläche 58 des freitragenden
Arms und/oder die Oberfläche 60 des Stifts.
Die Furche 56 verursacht Verschleiß des Verbinders und kann bei
vergoldeten Verbindern besonders unerwünscht sein, bei denen aufgrund
der Tatsache, daß Gold
ein relativ weiches Metall ist, das Teilchen durch die Vergoldung
pflügen
kann, was den darunterliegenden Träger des Verbinders freilegt. Damit
beschleunigt sich Verschleiß des
Verbinders, da der freilie gende Verbinderträger, der z. B. Kupfer sein
kann, leicht oxidieren kann. Oxidation kann zu mehr Verschleiß des Verbinders
infolge vorhandener oxidierter Teilchen führen, die stark scheuern. Zudem führt Oxidation
zu Beeinträchtigung
des elektrischen Kontakts im Laufe der Zeit, auch wenn der Verbinder nicht
herausgezogen und wieder eingesteckt wird.
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Eine
herkömmliche
Lösung
für das
Problem eingefangener Teilchen zwischen Oberflächen ist, eine der Oberflächen mit "Teilchenfallen" zu versehen. Gemäß 6a–6c bewegt
sich eine erste Oberfläche 62 im
Hinblick auf eine zweite Oberfläche 64 in Pfeilrichtung 66.
Ist die Oberfläche 64 nicht
mit Teilchenfallen versehen, bewirkt ein als Agglomeration bezeichneter
Prozeß,
daß sich
kleine Teilchen 68 beim Bewegen der Oberflächen kombinieren
und ein großes
agglomeriertes Teilchen 70 bilden, was in der Abfolge von 6a–6c dargestellt
ist. Dies ist unerwünscht,
da ein größeres Teilchen
bedeutet, daß die Klemmkraft
sehr hoch ist, die zum Aufbrechen des Teilchens oder Einbetten des
Teilchens in eine oder beide Oberflächen erforderlich ist, damit
eine elektrische Verbindung zwischen der Oberfläche 62 und Oberfläche 64 hergestellt
sein kann. Daher kann die Oberfläche 64 mit
Teilchenfallen 72 gemäß 6d–6g versehen
sein, die darstellungsgemäß kleine
Aussparungen in der Oberfläche
sind. Bewegt sich die Oberfläche 62 über die
Oberfläche 64,
wird das Teilchen 68 in die Teilchenfalle 72 gedrückt und steht
somit nicht mehr zur Verfügung,
um Furchung zu bewirken oder die elektrische Verbindung zwischen
der Oberfläche 62 und
Oberfläche 64 zu
stören.
Freilich ist ein Nachteil dieser herkömmlichen Teilchenfallen, daß es erheblich
schwieriger ist, die Oberfläche 64 mit
Fallen als ohne zu bearbeiten, was den Verbinder verteuert. Außerdem erzeugen
die Teilchenfallen Merkmale, die zu erhöhter Spannungs- und Bruchneigung
führen,
weshalb der Verbinder eher unter Totalausfall als dann leidet, wenn keine
Teilchenfallen vorhanden wären.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann ein Mehrkontakt-Gewebeverbinder eine (Gewebe-) Bindung aufweisen,
die so angeordnet ist, daß sie
mehrere gespannte Fasern und mindestens ei nen Leiter bereitstellt,
der mit den mehreren gespannten Fasern verwoben ist, um mehrere
Berge und Täler über eine Länge des
mindestens einen Leiters zu bilden. Der mindestens eine Leiter hat
mehrere Kontaktpunkte, die über
die Länge
des mindestens einen Leiters positioniert sind, so daß bei Eingriff
des mindestens einen Leiters mit einem Leiter eines gepaarten (Gegensteck-)
Verbinderelements mindestens einige der mehreren Kontaktpunkte eine
elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Leiter des
Mehrkontakt-Gewebeverbinders und dem Leiter des gepaarten Verbinderelements
herstellen. Die gespannten Fasern der Bindung sorgen für eine Kontaktkraft
zwischen den mindestens einigen der mehreren Kontaktpunkte des mindestens
einen Leiters des Mehrkontakt-Gewebeverbinders und dem Leiter des
gepaarten Verbinderelements.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
ein elektrischer Verbinder ein erstes Verbinderelement mit einer
Bindung auf, die mehrere nichtleitende Fasern und mindestens einen
Leiter aufweist, der mit den mehreren nichtleitenden Fasern verwoben
ist, wobei der mindestens eine Leiter mehrere Kontaktpunkte über eine
Länge des
mindestens einen Leiters hat. Ferner weist der elektrische Verbinder
ein gepaartes Verbinderelement auf, das über ein Stabteil verfügt, wobei
das erste Verbinderelement und das gepaarte Verbinderelement geeignet
sind, einen solchen Eingriff herzustellen, daß mindestens einige der mehreren
Kontaktpunkte des ersten Verbinderelements das Stabteil des gepaarten
Verbinderelements kontaktieren, um eine elektrische Verbindung zwischen
dem ersten Verbinderelement und dem gepaarten Verbinderelement herzustellen.
Die mehreren nichtleitenden Fasern sind gespannt, um für Kontaktkraft
zwischen den mindestens einigen der mehreren Kontaktpunkte des ersten
Verbinderelements und dem Stabteil des gepaarten Verbinders zu sorgen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist ein elektrischer Verbinder ein Sockelteil, einen ersten und
zweiten Leiter, die am Sockelteil angeordnet sind, und mindestens
ein elastomeres Band auf, das den ersten und zweiten Leiter umgibt.
Der erste und zweite Leiter haben eine Wellenform über eine
Länge des
ersten und zweiten Leiters, um mehrere Kontaktpunkte über die
Länge des
ersten und zweiten Leiters aufzuweisen.
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Eine
Anordnung von Verbinderelementen gemäß einer Ausführungsform
weist mindestens ein Kraftstrom- bzw. Stromverbinderelement und
mehrere Signalverbinderelemente auf. Jedes Signalverbinderelement
weist eine Bindung mit mehreren nichtleitenden Fasern sowie einem
ersten und einem zweiten Leiter auf, die mit den mehreren nichtleitenden Fasern
verwoben sind, um mehrere Berge und Täler über eine Länge des jeweiligen ersten und
zweiten Leiters zu bilden, wobei der zweite Leiter benachbart zum
ersten Leiter liegt und eine erste der mehreren nichtleitenden Fasern
unter einem ersten Berg des ersten Leiters und über einem ersten Tal des zweiten Leiters
verläuft.
Der erste und zweite Leiter haben mehrere Kontaktpunkte, die über die
Länge des
ersten und zweiten Leiters positioniert sind, wobei die mehreren
Kontaktpunkte geeignet sind, eine elektrische Verbindung zwischen
dem ersten und zweiten Leiter des Signalverbinderelements und einem
Leiter eines gepaarten Signalverbinderelements herzustellen, und
eine Kontaktkraft zwischen den mehreren Kontaktpunkten des ersten
und zweiten Leiters des Signalverbinderelements und dem Leiter eines
gepaarten Signalverbinderelements ist durch eine Spannung der Bindung
bereitgestellt.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
verfügt
ein elektrischer Verbinder über
ein Gehäuse
mit einem Sockelteil und zwei gegenüberliegenden Endwänden, mehrere
nichtleitende Fasern, die zwischen den gegenüberliegenden Endwänden des
Gehäuses
so angeordnet sind, daß für eine vorbestimmte
Spannung in den mehreren nichtleitenden Fasern gesorgt ist, und
einen ersten Anschlußkontakt,
der am Sockelteil angeordnet ist und eine erste Gruppe von Leitern
hat, die mit einem ersten Ende des ersten Anschlußkontakts
verbunden sind, wobei die erste Gruppe von Leitern mit den mehreren
nichtleitenden Fasern verwoben ist, um eine Gewebestruktur so zu
bilden, daß jeder
Leiter mehrerer Leiter mehrere Kontaktpunkte über eine Länge jedes Leiters hat.
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Eine
weitere Ausführungsform
verfügt über eine
elektrische Verbinderanordnung mit einem ersten Gehäuseelement
mit einem Sockelabschnitt und zwei gegenüberliegenden Endwänden, mehreren nichtleitenden
Fasern, die zwischen den gegenüberliegenden
Endwänden
angeordnet ist, einem ersten Leiter, der mit den mehreren nichtleitenden
Fasern verwoben ist, um einen ersten elektrischen Kontakt herzustellen,
einem zweiten Leiter, der mit den mehreren nichtleitenden Fasern
verwoben ist, um einen zweiten elektrischen Kontakt herzustellen,
und mindestens einem Isolierstrang, der mit den mehreren nichtleitenden
Fasern verwoben und zwischen dem ersten und zweiten Leiter positioniert
ist, um den ersten elektrischen Kontakt vom zweiten elektrischen Kontakt
elektrisch zu isolieren.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
verfügt
ein Mehrkontakt-Gewebeverbinder über eine
Bindung mit mehreren gespannten, nichtleitenden Fasern sowie einem
ersten und einem zweiten Leiter, die mit den mehreren gespannten,
nichtleitenden Fasern verwoben sind, um mehrere Berge und Täler über eine
Länge des
jeweiligen ersten und zweiten Leiters zu bilden. Der zweite Leiter
liegt benachbart zum ersten Leiter, und eine erste der mehreren
gespannten nichtleitenden Fasern verläuft unter einem ersten Berg
des ersten Leiters und über
einem ersten Tal des zweiten Leiters. Der erste und zweite Leiter
haben mehrere Kontaktpunkte, die über die Länge des ersten und zweiten
Leiters so positioniert sind, daß bei Eingriff des ersten und
zweiten Leiters mit einem Leiter eines gepaarten Verbinderelements
mindestens einige der mehreren Kontaktpunkte eine elektrische Verbindung
zwischen dem ersten und zweiten Leiter des Mehrkontakt-Gewebeverbinders
und dem Leiter des gepaarten Verbinderelements herstellen, wobei
die mehreren gespannten, nichtleitenden Fasern der Bindung für eine Kontaktkraft
zwischen den mindestens einigen der mehreren Kontaktpunkte des ersten
und zweiten Leiters und dem Leiter des gepaarten Verbinderelements
sorgen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform weist
ein Mehrkontakt-Gewebeverbinder mehrere Last- (Belastungs-) Fasern
und mindestens einen Leiter mit mindestens einem Kontaktpunkt auf.
Die Leiter sind mit mindestens einem Abschnitt der mehreren Lastfasern
verwoben, und die mehreren Lastfasern können somit eine Kontaktkraft
an jedem Kontaktpunkt jedes Leiters abgeben. In bestimmten Ausführungsformen
kann eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Leiter und
einem zweiten Leiter hergestellt sein. Die Leiter sind vorzugsweise selbstabschließend. Ferner
kann der Mehrkontakt-Gewebeverbinder eine (mehrere) Federhalterung
(en) mit Befestigungspunkten aufweisen, an denen Enden der Lastfasern
mit den Befestigungspunkten gekoppelt sein können. Weiterhin kann der Mehrkontakt-Gewebeverbinder
auch eine (mehrere) schwingende Endplatte(n) mit Befestigungspunkten aufweisen,
an denen Enden der Lastfasern mit den Befestigungspunkten gekoppelt
sein können.
Zusätzlich
können
die Mehrkontakt-Gewebeverbinder gepaarte Leiter mit gepaarten Kontaktflächen aufweisen,
an denen eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktpunkt der
Leiter und der gepaarten Kontaktfläche der gepaarten Leiter hergestellt
sein kann. In exemplarischen Ausführungsformen sind die gepaarten
Kontaktflächen
gekrümmt
und vorzugsweise konvex, wobei z. B. die gepaarte Kontaktfläche durch einen
konstanten Krümmungsradius
festgelegt sein kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
der Mehrkontakt-Gewebeverbinder ein Kraftstrom- bzw. Stromverbinder
sein, der mehrere Lastfasern, eine Kraft- bzw. Stromleitung mit
mindestens einem Leiter und eine Rückleitung mit ebenfalls mindestens
einem Leiter aufweist. Die Leiter der Strom- und Rückleitung sind mit mindestens
einem Abschnitt der mehreren Lastfasern verwoben. Ferner können die
Stromverbinder gepaarte Leiter mit einer gepaarten Kontaktfläche aufweisen,
wobei elektrische Verbindungen zwischen den Leitern der Stromleitung
und einer ersten gepaarten Kontaktfläche sowie zwischen den Leitern
der Rückleitung
und einer zweiten gepaarten Kontaktfläche hergestellt sein können.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
der Mehrkontakt-Gewebeverbinder einen ersten und einen zweiten Satz
von Lastfasern sowie einen ersten und einen zweiten Satz von Leitern
aufweisen. Die Leiter des ersten Satzes sind mit dem ersten Satz
von Lastfasern verwoben, um eine erste Bindung mit einem ersten
Raum zu erzeugen, während
die Leiter des zweiten Satzes mit dem zweiten Satz von Lastfasern
verwoben sind, um eine zweite Bindung mit einem zweiten Raum zu
erzeugen. In einer exemplarischen Ausführungsform sind die Bindungen
als Geweberöhren
mit den darin angeordneten Räumen
angeordnet. Ferner kann der Mehrkontakt-Gewebeverbinder mindestens
eine Spannfeder zum Erzeugen von Zuglasten in den Lastfasern aufweisen.
Außerdem
kann der Mehrkontakt-Gewebeverbinder auch einen ersten und einen
zweiten gepaarten Leiter aufweisen, die gepaarte Kontaktflächen haben.
Die gepaarten Leiter können
in den Räumen
angeordnet sein. In einer exemplarischen Ausführungsform sind die gepaarten
Leiter im wesentlichen stabförmig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
nicht einschränkenden
Diskussion verschiedener Ausführungsformen
und Aspekte anhand der beigefügten
Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugszahlen durchweg gleiche
Elemente in den unterschiedlichen Darstellungen bezeichnen. Die
Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung und Erläuterung und sollen die Offenbarung
nicht einschränken.
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1 ist
eine Perspektivansicht einer herkömmlichen Grundplatinenanordnung;
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2a ist
eine Perspektivansicht einer herkömmlichen Grundplatinenanordnung
und zeigt einen vergrößerten Abschnitt
eines herkömmlichen Steckverbinderelements;
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2b ist
eine Perspektivansicht einer herkömmlichen Grundplatinenanordnung
und zeigt einen vergrößerten Abschnitt
eines herkömmlichen Buchsenverbinderelements;
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3a ist
eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Verbinders, der mit
den Grundplatinenanordnungen von 1, 2a und 2b verwendet
werden kann;
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3b ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
einer einzelnen Verbindung des herkömmlichen Verbinders von 3a;
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4a ist
eine Darstellung eines vergrößerten Abschnitts
des herkömmlichen
Verbinders von 3b und zeigt ein eingefangenes
Teilchen;
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4b ist
eine Darstellung des vergrößerten Verbinderabschnitts
von 4a mit dem in eine Oberfläche des Verbinders eingebetteten
Teilchen;
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5 ist
eine schematische Darstellung eines Beispiels für die Furchungserscheinung;
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6a–6g sind
schematische Darstellungen von Teilchenagglomeration mit und ohne
in einem Verbinder vorhandene Teilchenfallen;
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7 ist
eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Gewebeverbinders
in Übereinstimmung
mit Aspekten der Offenbarung;
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8 ist
eine Perspektivansicht eines Beispiels für einen vergrößerten Abschnitt
des Gewebeverbinders von 7;
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9a und 9b sind
vergrößerte Querschnittansichten
eines Abschnitts des Verbinders von 8;
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10 ist
eine vereinfachte Querschnittansicht des Verbinders von 7 mit
beweglichen spannungsausübenden
Endwänden;
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11 ist
eine vereinfachte Querschnittansicht des Verbinders von 7 mit
Federteilen, die die nichtleitenden Bindungsfasern an den Endwänden befestigen;
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12 ist
eine Perspektivansicht eines weiteren Beispiels für eine spannungsausübende Halterung;
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13a ist eine vergrößerte Querschnittansicht des
Gewebeverbinders von 7 und 8;
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13b ist eine vergrößerte Querschnittansicht des
Gewebeverbinders von 7 und 8 mit einem
Teilchen;
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14 ist
eine Draufsicht auf einen vergrößerten Abschnitt
des Gewebeverbinders von 7;
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15a ist eine Perspektivansicht des Verbinders
von 7 in Kopplung mit einem gepaarten Verbinderelement;
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15b ist eine Perspektivansicht des Verbinders
von 7 in Kopplung mit einem gepaarten Verbinderelement;
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16a ist eine Perspektivansicht einer weiteren
Ausführungsform
eines Verbinders in Übereinstimmung
mit Aspekten der Offenbarung;
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16b ist eine Perspektivansicht des Verbinders
von 16a mit gelöstem gepaartem Verbinderelement;
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17a ist eine Perspektivansicht einer weiteren
Ausführungsform
eines Verbinders in Übereinstimmung
mit Aspekten der Offenbarung;
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17b ist eine Perspektivansicht des Verbinders
von 17a;
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18 ist
eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines Gewebeverbinders
in Übereinstimmung
mit Aspekten der Offenbarung;
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19 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
eines Abschnitts des Verbinders von 18;
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20a ist eine Perspektivansicht eines Beispiels
für ein
gepaartes Verbinderelement;
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20b ist eine Querschnittansicht eines weiteren
Beispiels für
ein gepaartes Verbinderelement;
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21 ist
eine Perspektivansicht eines weiteren Beispiels für ein gepaartes
Verbinderelement, das Teil des Verbinders von 18 bilden
kann;
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22 ist
eine Perspektivansicht eines weiteren Beispiels für ein gepaartes
Verbinderelement mit einem Schirm, das Teil des Verbinders von 18 bilden
kann;
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23 ist
eine Perspektivansicht einer Anordnung von Gewebeverbindern in Übereinstimmung mit
Aspekten der Offenbarung;
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24 ist
eine Querschnittansicht einer exemplarischen Gewebeverbinderausführungsform, die
die Orientierung eines Leiters und einer Lastfaser veranschaulicht;
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25a–25b zeigen Leiterausführungsformen eines Gewebeverbinders;
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26a–26c zeigen Gewebeverbinderausführungsformen mit selbstabschließenden Leitern;
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27 zeigt
den elektrischen Widerstand als Funktion der Normalkontaktkraft
mehrerer unterschiedlicher Ausführungsformen
von Gewebeverbindern;
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28a und 28b sind
Querschnittansichten einer Gewebeverbinderausführungsform gemäß den Lehren
der Offenbarung;
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29 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
einer Gewebeverbinderausführungsform
mit einer konvexen gepaarten Kontaktfläche;
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30 zeigt
eine exemplarische Ausführungsform
eines Gewebestromverbinders gemäß den Lehren
der Offenbarung;
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31 ist
eine Rückansicht
der Gewebeverbinderausführungsform
von 30;
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32 zeigt mehrere exemplarische Federarmausführungsformen;
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33 zeigt
den Eingriff der Leiter und gepaarten Leiter der Gewebeverbinderausführungsform
von 30;
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34 zeigt
eine weitere exemplarische Ausführungsform
eines Gewebestromverbinders gemäß den Lehren
der Offenbarung;
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35 zeigt
eine weitere Ansicht des Verbinders von 34;
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36 zeigt die Gewebeverbinderausführungsform
von 34 mit Federarmen, die eine Last in den Lastfasern
erzeugen;
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37a und 37b zeigen
eine exemplarische Ausführungsform
eines Gewebedatenverbinders gemäß den Lehren
der Offenbarung;
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38 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform
eines Gewebestromverbinders gemäß den Lehren
der Offenbarung;
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39a und 39b zeigen
das Gewebeverbinderelement von 38 mit
und ohne eine Frontplatte;
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40 zeigt das gepaarte Verbinderelement von 38; und
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41 zeigt noch eine weitere exemplarische Ausführungsform
eines Gewebestromverbinders gemäß den Lehren
der Offenbarung.
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NÄHERE BESCHREIBUNG
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Die
Erfindung stellt einen elektrischen Verbinder bereit, der die Nachteile
bekannter Verbinder überwinden
kann. Bei der Erfindung handelt es sich um einen elektrischen Verbinder,
der eine sehr hohe Dichte haben und nur eine relativ geringe Normalkraft verwenden
kann, um ein Verbinderelement mit einem gepaarten Verbinderelement
in Eingriff zu bringen. verständlich
sollte sein, daß die
Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten des Aufbaus
und der Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden
Beschreibung aufgeführt
oder in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Andere Ausführungsformen
und Arten der Durchführung
der Erfindung sind möglich.
Außerdem
sollte klar sein, daß die hier
verwendete Ausdrucksweise und Terminologie zur Beschreibung dient
und nicht als Einschränkung betrachtet
werden sollte. Der Gebrauch von "aufweisen", "verfügen über", "mit" oder "gehören zu" und deren Varianten
soll die danach aufgeführten
Designate und deren Äquivalente
sowie zusätzliche
Designate umfassen. Zusätzlich
sollte deutlich sein, daß "Verbinder" in der Verwendung
hierin jeweils ein Stecker- und Buchsenverbinderelement und eine
Kombination aus einem Stecker- und Buchsenverbinderelement sowie
jeweilige gepaarte Verbinderelemente jeder Art von Verbinder und
deren Kombinationen bezeichnet. Klar sollte auch sein, daß "Leiter" jedes elektrisch
leitende Element bezeichnet, beispielsweise u. a. Drähte, leitende
Fasern, Metallstreifen, Metall- oder andere leitende Kerne usw.
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In 7 ist
eine Ausführungsform
eines Verbinders in Übereinstimmung
mit Aspekten der Erfindung dargestellt. Der Verbinder 80 weist
ein Gehäuse 82 auf,
das ein Sockelteil 84 und zwei Endwände 86 aufweisen kann.
Mehrere nichtleitende Fasern 88 können zwischen den beiden Endwänden 86 angeordnet
sein. Mehrere Leiter 90 können sich vom Sockelteil 84 im
wesentlichen senkrecht zu den mehreren nichtleitenden Fasern 88 erstrecken.
Die mehreren Leiter 90 können mit den mehreren nichtleitenden Fasern
verwoben sein, um mehrere Berge und Täler über eine Länge jedes der mehreren Leiter
zu bilden, wodurch eine Gewebeverbinderstruktur gebildet ist. Als
Ergebnis der Bindung kann jeder Leiter mehrere Kontaktpunkte haben,
die über
die Länge
jedes der mehreren Leiter positioniert sind, was später näher diskutiert
wird.
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In
einer Ausführungsform
kann eine Anzahl von Leitern 90a, z. B. vier Leiter, gemeinsam
einen elektrischen Kontakt bilden. Allerdings sollte klar sein,
daß jeder
Leiter allein einen gesonderten elektrischen Kontakt bilden kann
oder daß jede
Anzahl von Leitern kombiniert sein kann, um einen einzelnen elektrischen
Kontakt zu bilden. Der Verbinder von 7 kann Anschlußkontakte 91 aufweisen,
die z. B. mit einer Grundplatine oder Tochterplatine dauerhaft oder
entfernbar verbunden sein können.
Im dargestellten Beispiel sind die Anschlußkontakte 91 an einer
Platte 102 angeordnet, die am Soc kelteil 84 des Gehäuses 82 angeordnet
sein kann. Alternativ kann der Anschluß direkt mit dem Sockelteil 84 des
Gehäuses 82 verbunden
sein. Das Sockelteil 84 und/oder die Endwände 86 können auch
verwendet werden, den Verbinder 80 an der Grundplatine
oder Tochterplatine zu befestigen. Der Verbinder von 7 kann
geeignet sein, einen Eingriff mit einem oder mehreren gepaarten
Verbinderelementen gemäß der späteren Diskussion
herzustellen.
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8 veranschaulicht
ein Beispiel für
einen vergrößerten Abschnitt
des Verbinders 80 und zeigt einen elektrischen Kontakt,
der die vier Leiter 90a aufweist. Die vier Leiter 90a können mit
einem gemeinsamen Anschlußkontakt 91 verbunden
sein. Zu beachten ist, daß der
Anschlußkontakt 91 nicht
die dargestellte Form zu haben braucht, sondern jede geeignete Konfiguration
zum Anschluß z.
B. an ein Halbleiterbauelement, eine Leiterplatte, ein Kabel usw.
haben kann. Gemäß einem
Beispiel können
die mehreren Leiter 90a einen ersten Leiter 90b und
einen zweiten Leiter 90c aufweisen, der benachbart zum
ersten Leiter 90b liegt. Der erste und zweite Leiter können mit
den mehreren nichtleitenden Fasern 88 so verwoben sein,
daß eine
erste der nichtleitenden Fasern 88 über einem Tal 92 des
ersten Leiters 90b und unter einem Berg 94 des
zweiten Leiters 90c verläuft. Somit können die
mehreren Kontaktpunkte über
die Länge
der Leiter durch die Täler
oder die Berge in Abhängigkeit
davon bereitgestellt sein, wo sich ein kontaktierender gepaarter
Verbinder befindet. Ein gepaarter Kontakt 96 gemäß 8 kann
Teil eines gepaarten Verbinderelements 97 bilden, das mit
dem Verbinder 80 gemäß 15b in Eingriff gebracht sein kann. Gemäß 8 bilden
mindestens einige der Täler
der Leiter 90a die mehreren Kontaktpunkte zwischen den
Leitern 90a und dem gepaarten Kontakt 96. Deutlich
sollte auch sein, daß der
gepaarte Kontakt nicht die dargestellte Form zu haben braucht, sondern
jede geeignete Konfiguration zum Anschluß z. B. an ein Halbleiterbauelement,
eine Leiterplatte, ein Kabel usw. haben kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann (Zug-) Spannung in der Bindung des Verbinders 80 für eine Kontaktkraft
zwischen den Leitern des Verbinders 80 und dem gepaarten
Verbinder 96 sor gen. In einem Beispiel können die
mehreren nichtleitenden Fasern 88 ein elastisches Material
aufweisen. Die elastische Spannung, die in den nichtleitenden Fasern 88 durch Dehnen
der elastischen Fasern erzeugt werden kann, kann verwendet werden,
die Kontaktkraft zwischen dem Verbinder 80 und dem gepaarten
Kontakt 96 vorzusehen. Die elastischen nichtleitenden Fasern
können
vorgedehnt sein, um die elastische Kraft zu erzeugen, oder können an
Spannhalterungen angeordnet sein, was später näher diskutiert wird.
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In 9a ist
eine vergrößerte Querschnittansicht
des Verbinders von 8 an der Linie A-A in 8 gezeigt.
Die elastische nichtleitende Faser 88 kann in Pfeilrichtungen 93a und 93b gespannt
sein, um eine vorbestimmte Spannung in der nichtleitenden Faser
zu erzeugen, die ihrerseits für
eine vorbestimmte Kontaktkraft zwischen den Leitern 90 und dem
gepaarten Kontakt 96 sorgen kann. Im Beispiel von 9a kann
die nichtleitende Faser 88 so gespannt sein, daß die nichtleitende
Faser 88 einen Winkel 95 zu einer Ebene 99 des
gepaarten Leiters 96 bildet, um so die Leiter 90 an
den gepaarten Kontakt 96 zu drücken. In dieser Ausführungsform
kann mehr als ein Leiter 90 Kontakt mit dem gepaarten Leiter 96 herstellen.
Alternativ kann gemäß 9b ein einzelner
Leiter 90 in Kontakt mit jedem einzelnen gepaarten Leiter 96 stehen,
wobei er den elektrischen Kontakt gemäß der vorstehenden Diskussion herstellt. Ähnlich wie
im vorherigen Beispiel ist die nichtleitende Faser 86 in
Pfeilrichtungen 93a und 93b gespannt und bildet
einen Winkel 97 zur Ebene des gepaarten Kontakts 96 auf
jeder Seite des Leiters 90.
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Wie
zuvor diskutiert, können
die elastischen nichtleitenden Fasern 88 an Spannhalterungen
befestigt sein. Zum Beispiel können
die Endwände 86 des
Gehäuses
als Spannhalterungen wirken, um eine Spannung in den nichtleitenden
Fasern 88 zu erzeugen. Erreichen läßt sich dies z. B., indem die
Endwände 86 so
aufgebaut sind, daß sie
zwischen einer ersten oder Ruheposition 250 und einer zweiten
oder gespannten Position 252 gemäß 10 beweglich sind.
Eine Bewegung der Endwände 86 aus
der Ruheposition 250 in die gespannte Position 252 bewirkt, daß die elastischen
nichtleitenden Fasern 88 ge dehnt und somit gespannt werden.
Darstellungsgemäß kann die
Länge der
nichtleitenden Fasern 88 zwischen einer ersten Länge 251 der
Fasern, wenn sich die Spannhalterungen in der Ruheposition 250 befinden
(wenn kein gepaarter Verbinder einen Eingriff mit dem Verbinder 80 herstellt),
und einer zweiten Länge 253 geändert werden,
wenn sich die Spannhalterungen in der gespannten Position 252 befinden
(wenn ein gepaarter Verbinder einen Eingriff mit dem Verbinder 80 herstellt).
Dieses Dehnen und Spannen der nichtleitenden Fasern 88 kann
seinerseits für
Kontaktkraft zwischen der leitenden Bindung (der Klarheit halber
nicht in 10 gezeigt) und dem gepaarten
Kontakt sorgen, wenn der gepaarte Verbinder im Eingriff mit dem
Verbinderelement steht.
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Gemäß einem
weiteren in 11 gezeigten Beispiel können Federn 254 vorgesehen
sein, die mit einem oder beiden Enden der nichtleitenden Fasern 88 und
mit einer entsprechenden oder beiden Endwänden 86 verbunden
sind, wobei die Federn für
die elastische Kraft sorgen. In diesem Beispiel können die
nichtleitenden Fasern 88 nicht elastisch sein und können ein
unelastisches Material aufweisen, z. B. eine Polyamidfaser, eine
Polyaramidfaser u. ä.
Die Spannung in der nichtleitenden Bindung kann durch die Federstärke der
Federn 254 vorgesehen sein, wobei die Spannung ihrerseits
für Kontaktkraft
zwischen der leitenden Bindung (der Klarheit halber nicht gezeigt)
und Leitern eines gepaarten Verbinderelements sorgt. In noch einem
weiteren Beispiel können
die nichtleitenden Fasern 88 elastisch oder unelastisch
sein und können
an Spannplatten 256 (siehe 12) angeordnet
sein, die ihrerseits an den Endwänden 86 angeordnet
oder die Endwände 86 sein können. Die
Spannplatten können
mehrere Federteile 262 aufweisen, wobei jedes Federteil
eine Öffnung 260 bildet
und jedes Federteil 262 von benachbarten Federteilen durch
einen Schlitz 264 getrennt ist. Jede nichtleitende Faser
kann durch eine entsprechende Öffnung 260 in
der Spannplatte 256 gefädelt
sein und kann an der Spannplatte angeordnet sein, z. B. mit der
Spannplatte verklebt oder so angebunden sein, daß ein Endabschnitt der nichtleitenden
Faser nicht durch die Öffnung 260 herausgezogen
werden kann. Die Schlitze 264 können jedem Federteil 262 ermöglichen,
unabhängig
von benachbarten Federteilen zu wirken, während mehrere Federteile an
einer gemeinsamen Spannhalterung 256 angeordnet sein können. Jedes
Federteil 262 kann einen kleinen Bewegungsbetrag ermöglichen,
der für
Spannung in der nichtleitenden Bindung sorgen kann. In einem Beispiel
kann die Spannhalterung 256 eine gebogene Struktur gemäß 12 haben.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung kann die Bereitstellung mehrerer eigenständiger Kontaktpunkte über die
Länge des
Verbinders und gepaarten Verbinders mehrere Vorteile gegenüber dem
einzelnen kontinuierlichen Kontakt herkömmlicher Verbinder (gemäß 3a, 3b und 4) haben. Wird z. B. ein Teilchen zwischen
den Oberflächen
eines herkömmlichen
Verbinders wie in 4 eingefangen, kann das
Teilchen die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen
den Oberflächen
verhindern und kann Furchung bewirken, was Verschleiß des Verbinders
beschleunigen kann. Von den Anmeldern wurde festgestellt, daß Furchung
durch eingefangene Teilchen eine erhebliche Verschleißquelle
herkömmlicher
Verbinder ist. Das Furchungsproblem und die daraus resultierende
Nichtherstellung einer guten elektrischen Verbindung läßt sich
durch die Gewebeverbinder der Erfindung überwinden. Die Gewebeverbinder
haben das Merkmal, "lokal
nachgiebig" zu sein,
worunter hierin zu verstehen ist, daß die Verbinder die Fähigkeit
haben, sich an vorhandene kleine Teilchen anzupassen, ohne die Herstellung
der elektrischen Verbindung zwischen Oberflächen des Verbinders zu beeinträchtigen.
In 13a und 13b sind
vergrößerte Querschnittansichten
des Verbinders von 7 und 8 dargestellt,
wobei die mehreren Leiter 90a gezeigt sind, die mehrere
eigenständige
Kontaktpunkte über
die Länge
des gepaarten Verbinderelements 96 bilden. Ist kein Teilchen
vorhanden, kann jeder Berg/jedes Tal der Leiter 90a den gepaarten
Kontakt 96 gemäß 13a kontaktieren. Wird ein Teilchen 98 zwischen
den Verbinderoberflächen
eingefangen, paßt
sich der Berg/das Tal 100 an der Stelle des Teilchens an
vorhandene Teilchen an und kann durch das Teilchen abgelenkt werden
und keinen Kontakt mit dem gepaarten Kontakt gemäß 13b herstellen.
Allerdings bleiben die anderen Berge/Täler der Leiter 90a in
Kontakt mit dem gepaarten Kontakt 96, was für eine elektrische
Verbindung zwischen den Leitern und dem gepaarten Kontakt 96 sorgt.
Mit dieser Anordnung kann sehr wenig Kraft auf das Teilchen ausgeübt werden,
weshalb bei Bewegung der Gewebefläche des Verbinders im Hinblick
auf die andere Oberfläche
das Teilchen keine Furche in der anderen Oberfläche pflügt, sondern jeder Kontaktpunkt
des Gewebeverbinders abgelenkt werden kann, wenn er auf ein Teilchen
trifft. Dadurch können
die Gewebeverbinder verhindern, daß es zu Furchung kommt, was
Verschleiß der
Verbinder reduziert und die Nutzungsdauer der Verbinder verlängert.
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Mit
erneutem Bezug auf 7 kann der Verbinder 80 ferner
eine oder mehrere Isolierfasern 104 aufweisen, die mit
den mehreren nichtleitenden Fasern 88 verwoben sein können und
zwischen Sätzen von
Leitern positioniert sein können,
die gemeinsam einen elektrischen Kontakt bilden. Die Isolierfasern 104 können dazu
dienen, einen elektrischen Kontakt von einem anderen elektrisch
zu isolieren, was die Leiter eines elektrischen Kontakts daran hindert,
mit den Leitern des anderen elektrischen Kontakts in Berührung zu
kommen und einen elektrischen Kurzschluß zwischen den Kontakten zu
verursachen. Ein vergrößerter Abschnitt
eines Beispiels für
den Verbinder 80 ist in 14 gezeigt.
Darstellungsgemäß kann der
Verbinder 80 eine erste Gruppe von Leitern 110a und
eine zweite Gruppe von Leitern 110b aufweisen, die durch
eine oder mehrere Isolierfasern 104a getrennt und mit den
mehreren nichtleitenden Fasern 88 verwoben sind. Wie zuvor
diskutiert, kann die erste Gruppe von Leitern 110a mit
einem ersten Anschlußkontakt 112a verbunden
sein, was einen ersten elektrischen Kontakt bildet. Ähnlich kann
die zweite Gruppe von Leitern 110b mit einem zweiten Anschlußkontakt 112b verbunden
sein, was einen zweiten elektrischen Kontakt bildet. In einem Beispiel können die
Anschlußkontakte 112a und 112b gemeinsam
ein Differenzsignal-Kontaktpaar bilden. Alternativ kann jeder Anschlußkontakt
einen einzelnen, getrennten elektrischen Signalkontakt bilden. Gemäß einem
weiteren Beispiel kann der Verbinder 80 ferner ein elektrisches
Schirmteil 106 aufweisen, das gemäß 7 so positioniert
sein kann, daß es
Dif ferenzsignal-Kontaktpaare voneinander trennt. Natürlich sollte
klar sein, daß ein
elektrisches Schirmteil auch zu Beispielen für den Verbinder 80 gehören kann,
die keine Differenzsignal-Kontaktpaare haben.
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15a und 15b zeigen
den Verbinder 80 in Kombination mit einem gepaarten Verbinder 97. Der
gepaarte Verbinder 97 kann einen oder mehrere gepaarte
Kontakte 96 (siehe 8) aufweisen
und kann auch ein gepaartes Gehäuse 116 aufweisen, das
ein oberes und unteres Plattenteil 118a und 118b haben
kann, die durch einen Abstandshalter 120 getrennt sind.
Die gepaarten Kontakte 96 können am oberen und/oder unteren
Plattenteil 118a und 118b so angeordnet sein,
daß bei
Eingriff des Verbinders 80 mit dem gepaarten Verbinder 97 mindestens
einige der Kontaktpunkte der mehreren Leiter 90 die gepaarten
Kontakte 96 kontaktieren, was eine elektrische Verbindung
zwischen dem Verbinder 80 und dem gepaarten Verbinder 97 herstellt.
In einem Beispiel können
die gepaarten Kontakte 96 entlang dem oberen und unteren
Plattenteil 118a und 118b gemäß 15a abwechselnd
beabstandet sein. Der Abstandshalter 120 kann so aufgebaut
sein, daß eine Höhe des Abstandshalters 120 im
wesentlichen gleich oder etwas kleiner als eine Höhe der Endwände 86 des
Verbinders 80 ist, um eine Preßpassung zwischen dem Verbinder 80 und
dem gepaarten Verbinder 97 vorzusehen und um für Kontaktkraft
zwischen den gepaarten Leitern und den Kontaktpunkten der mehreren
Leiter 90 zu sorgen. In einem Beispiel kann der Abstandshalter
so aufgebaut sein, daß er
bewegliche spannungsausübende
Endwände 86 des
Verbinders 80 gemäß der vorstehenden
Beschreibung beherbergt.
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Zu
beachten ist, daß die
Leiter und nichtleitenden sowie Isolierfasern, die die Bindung bilden, extrem
dünn sein
können,
z. B. mit Durchmessern in einem Bereich von etwa 0,0001 Inch bis
etwa 0,020 Inch, und somit ein Verbinder mit sehr hoher Dichte mit
Hilfe der Gewebestruktur möglich
sein kann. Da die Gewebeverbinder wie zuvor diskutiert lokal nachgiebig
sind, kann wenig Energie aufgewendet werden, Reibung zu überwinden,
weshalb der Verbinder nur eine relativ geringe Normalkraft erfordern
kann, um einen Verbinder mit einem gepaarten Verbinderelement in
Eingriff zu bringen. Dies kann auch die Nutzungsdauer des Verbinders
verlängern,
da eine bruch- oder
Biegewahrscheinlichkeit der Leiter geringer ist, wenn das Verbinderelement
mit dem gepaarten Verbinderelement in Eingriff gebracht wird. Taschen
oder Räume,
die in der Bindung als natürliche Folge
des Verwebens der Leiter und Isolierfasern mit den nichtleitenden
Fasern vorhanden sind, können auch
als Teilchenfallen wirken. Anders als herkömmliche Teilchenfallen können diese
Teilchenfallen in der Bindung ohne spezielle Herstellungsaspekte
vorhanden sein und bilden keine Spannungsmerkmale wie herkömmliche
Teilchenfallen.
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In 16a und 16b ist
eine weitere Ausführungsform
eines Gewebeverbinders in Übereinstimmung
mit Aspekten der Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform
kann ein Verbinder 130 ein erstes Verbinderelement 132 und
ein gepaartes Verbinderelement 134 aufweisen. Das erste
Verbinderelement kann über
einen ersten und einen zweiten Leiter 136a und 136 verfügen, die
an einem Isoliergehäuseblock 138 angeordnet
sein können.
Deutlich sollte sein, daß obwohl
im dargestellten Beispiel das erste Verbinderelement zwei Leiter
aufweist, die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und das erste Verbinderelement
mehr als zwei Leiter aufweisen kann. Der erste und zweite Leiter
können
eine Wellenform über
eine Länge
des ersten und zweiten Leiters darstellungsgemäß haben, um mehrere Kontaktpunkte 139 über die
Länge der
Leiter aufzuweisen. In einem Beispiel für diese Ausführungsform
ist die Bindung durch mehrere elastische Bänder 140 gebildet,
die den ersten und zweiten Leiter 136a und 136 umgeben.
Gemäß diesem
Beispiel kann ein erstes elastisches Band unter einem ersten Berg
des ersten Leiters 136a und über einem ersten Tal des zweiten
Leiters 136 verlaufen, um eine Gewebestruktur mit ähnlichen
Vorteilen und Eigenschaften wie die bereitzustellen, die anhand
des vorstehenden Verbinders 80 (7–15b) beschrieben wurden. Die elastischen Bänder 140 können ein
Elastomer aufweisen oder können
aus einem anderen Isoliermaterial gebildet sein. Zu beachten ist
auch, daß die
Bänder 140 nicht
elastisch zu sein brauchen und ein unelastisches Material aufweisen
können.
Der erste und zweite Leiter des ersten Verbinderelements können an
einem entsprechenden er sten und zweiten Anschlußkontakt 146 angeschlossen
sein, die z. B. mit einer Grundplatine, einer Leiterplatte, einem
Halbleiterbauelement, einem Kabel usw. dauerhaft oder entfernbar
verbunden sein können.
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Wie
zuvor diskutiert, kann der Verbinder 130 ferner ein gepaartes
Verbinderelement (Stabteil) 134 aufweisen, das einen dritten
und einen vierten Leiter 142a, 142b aufweisen
kann, die durch ein Isolierteil 144 getrennt sind. Wird
das gepaarte Verbinderelement 134 mit dem ersten Verbinderelement 132 in Eingriff
gebracht, können
mindestens einige der Kontaktpunkte 139 des ersten und
zweiten Leiters den dritten und vierten Leiter kontaktieren und
eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Verbinderelement
und dem gepaarten Verbinderelement herstellen. Für Kontaktkraft kann durch die
Spannung in den elastischen Bändern 140 gesorgt
sein. Zu beachten ist, daß das
gepaarte Verbinderelement 134 zusätzliche Leiter aufweisen kann,
die geeignet sind, etwaige zusätzliche
Leiter des ersten Verbinderelements zu kontaktieren, und nicht auf
zwei Leiter wie gezeigt beschränkt
ist. Das gepaarte Verbinderelement kann ähnlich Anschlußkontakte 148 aufweisen, die
z. B. mit einer Grundplatine, einer Leiterplatte, einem Halbleiterbauelement,
einem Kabel usw. dauerhaft oder entfernbar verbunden sein können.
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Ein
Beispiel für
einen weiteren Gewebeverbinder in Übereinstimmung mit Aspekten
der Erfindung ist in 17a und 17b dargestellt.
In dieser Ausführungsform
kann ein Verbinder 150 ein erstes Verbinderelement 152 und
ein gepaartes Verbinderelement 154 aufweisen. Das erste
Verbinderelement 152 kann ein Gehäuse 156 aufweisen,
das über ein
Sockelteil 158 und zwei gegenüberliegende Endwände 160 verfügen kann.
Das erste Verbinderelement kann mehrere Leiter 162 aufweisen,
die am Sockelteil angeordnet sein können und eine Wellenform über eine
Länge der
Leiter ähnlich
wie die Leiter 136a und 136b des zuvor beschriebenen
Verbinders 130 haben können.
Die Wellenform der Leiter kann mehrere Kontaktpunkte über die
Länge der
Leiter vorsehen. Mehrere nichtleitende Fasern 164 können zwischen
den beiden gegenüberliegenden
Endwänden 160 angeordnet
und mit den mehreren Leitern 162 verwoben sein, was eine Gewebeverbinderstruktur bildet.
Das gepaarte Verbinderelement 154 kann mehrere Leiter 168 aufweisen,
die an einem Isolierblock 166 angeordnet sind. Wird das
gepaarte Verbinderelement 154 mit dem ersten Verbinderelement 152 gemäß 17b in Eingriff gebracht, können mindestens einige der
mehreren Kontaktpunkte über die
Längen
der mehreren Leiter des ersten Verbinderelements die Leiter des
gepaarten Verbinderelements kontaktieren, um eine elektrische Verbindung dazwischen
herzustellen. In einem Beispiel können die mehreren nichtleitenden
Fasern 164 elastisch sein und können für eine Kontaktkraft zwischen
den Leitern des ersten Verbinderelements und des gepaarten Verbinderelements
wie in der vorstehenden Beschreibung anhand von 9a und 9b sorgen.
Weiterhin kann der Verbinder 150 jede der anderen Spannstrukturen
aufweisen, die zuvor anhand von 10a–12 beschrieben
wurden. Dieser Verbinder 150 kann auch die Vorteile haben,
die zuvor im Hinblick auf die anderen Ausführungsformen von Gewebeverbindern
beschrieben wurden. Insbesondere kann der Verbinder 150 eingefangene
Teilchen an Furchung der Oberfläche
der Leiter auf die gleiche wie anhand von 13 beschriebene
Weise hindern.
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In 18 ist
noch eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gewebeverbinders veranschaulicht.
Der Verbinder 170 kann eine Gewebestruktur mit mehreren
nichtleitenden Fasern (Bändern) 172 und
mindestens einem Leiter 174 aufweisen, der mit den mehreren
nichtleitenden Fasern 172 verwoben ist. In einem Beispiel
kann der Verbinder mehrere Leiter 174 aufweisen, von denen
einige durch eine oder mehrere Isolierfasern 176 voneinander
getrennt sein können.
Der eine oder die mehreren Leiter 174 können mit den mehreren nichtleitenden
Fasern 172 so verwoben sein, daß mehrere Berge und Täler über eine
Länge der
Leiter gebildet sind, wodurch mehrere Kontaktpunkte über die
Länge der Leiter
vorgesehen sind. Darstellungsgemäß kann die Gewebestruktur
die Form einer Röhre
haben, wobei ein Ende der Bindung mit einem Gehäuseteil 178 verbunden
ist. Allerdings sollte klar sein, daß die Gewebestruktur nicht
auf Röhren
beschränkt
ist und jede Form nach Bedarf haben kann. Das Gehäuseteil 178 kann
einen Anschluß kontakt 180 aufweisen,
der z. B. mit einer Leiterplatte, einer Grundplatine, einem Halbleiterbauelement,
einem Kabel usw. dauerhaft oder entfernbar verbunden sein kann.
Zu beachten ist, daß der
Anschlußkontakt 180 nicht
rund wie in der Darstellung zu sein braucht, sondern jede Form haben
kann, die zur Verbindung mit Bauelementen in der Anwendung geeignet
ist, in der der Verbinder zu verwenden ist.
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Ferner
kann der Verbinder 170 ein gepaartes Verbinderelement (Stabteil) 182 aufweisen,
das mit der Geweberöhre
in Eingriff zu bringen ist. Das gepaarte Verbinderelement 182 kann
darstellungsgemäß einen
kreisförmigen
Querschnitt haben, aber zu beachten ist, daß das gepaarte Verbinderelement nicht
rund zu sein braucht und eine andere Form nach Bedarf haben kann.
Das gepaarte Verbinderelement 182 kann einen oder mehrere
Leiter 184 aufweisen, die entlang dem gepaarten Verbinderelement 182 über den
Umfang beabstandet sein können und
sich über
eine Länge
des gepaarten Verbinderelements 182 erstrecken können. Wird
das gepaarte Verbinderelement 182 in die Geweberöhre eingesteckt,
können
die Leiter 174 der Bindung mit den Leitern 184 des
gepaarten Verbinderelements 182 in Berührung kommen, was eine elektrische
Verbindung zwischen den Leitern der Bindung und des gepaarten Verbinderelements
herstellt. Gemäß einem Beispiel
können
das gepaarte Verbinderelement 182 und/oder die Geweberöhre Justiermerkmale
(nicht gezeigt) aufweisen, um das gepaarte Verbinderelement 182 zur
Geweberöhre
beim Einstecken auszurichten.
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In
einem Beispiel können
die nichtleitenden Fasern 172 elastisch sein und können einen
Umfang haben, der im wesentlichen gleich oder etwas kleiner als
ein Umfang des gepaarten Verbinderelements 182 ist, um
eine Preßpassung
zwischen dem gepaarten Verbinderelement und der Geweberöhre vorzusehen.
In 19 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines
Abschnitts des Verbinders 170 gezeigt, die darstellt, daß die nichtleitenden
Fasern 172 in Pfeilrichtungen 258 gespannt sein
können.
Die gespannten nichtleitenden Fasern 172 können für Kontaktkraft
sorgen, die bewirkt, daß mindestens
einige der mehreren Kontaktpunkte über die Länge der Leiter 174 der
Bindung die Leiter 184 des gepaarten Verbinderelements
kon taktieren. In einem weiteren Beispiel können die nichtleitenden Fasern 172 unelastisch
sein und können
Federteile (nicht gezeigt) so aufweisen, daß die Federteile ermöglichen,
daß sich der
Umfang der Röhre
dehnt, wenn das gepaarte Verbinderelement 182 eingesteckt
wird. Dadurch können
die Federteile die elastische/Spannkraft in der Geweberöhre vorsehen,
die ihrerseits für
Kontaktkraft zwischen mindestens einigen der mehreren Kontaktpunkte
und den Leitern 184 des gepaarten Verbinderelements 182 sorgen
kann.
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Wie
zuvor diskutiert, ist die Bindung lokal nachgiebig und kann auch
Räume oder
Taschen zwischen Bindungsfasern aufweisen, die als Teilchenfallen
wirken können.
Außerdem
können
ein oder mehrere Leiter 174 der Bindung miteinander gruppiert sein
(im gezeigten Beispiel von 18 und 19 sind
die Leiter 174 paarweise gruppiert), um einen einzelnen
elektrischen Kontakt vorzusehen. Gruppieren der Leiter kann die
Zuverlässigkeit
des Verbinders durch Bereitstellen von mehr Kontaktpunkten pro elektrischen
Kontakt weiter verbessern, wodurch der Gesamtkontaktwiderstand verringert
und auch die Fähigkeit
verliehen wird, sich an mehrere Teilchen anzupassen, ohne die elektrische
Verbindung zu beeinträchtigen.
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20a und 20b zeigen
in Perspektivansicht bzw. im Querschnitt zwei Beispiele für ein gepaartes
Verbinderelement 182, das mit dem Verbinder 170 verwendet
werden kann. Gemäß einem
Beispiel, das 20a zeigt, kann das gepaarte
Verbinderelement 182 einen dielektrischen oder anderen nichtleitenden
Kern 188 aufweisen, der durch eine leitende Schicht 190 umgeben
oder mindestens teilweise umgeben ist. Die Leiter 184 können von
der leitenden Schicht 190 durch Isolierteile 192 getrennt sein.
Die Isolierteile können
darstellungsgemäß für jeden
Leiter 184 getrennt sein oder können eine Isolierschicht aufweisen,
die die leitende Schicht 190 mindestens teilweise umgibt.
Ferner kann das gepaarte Verbinderelement einen Isoliergehäuseblock 186 aufweisen.
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Gemäß einem
weiteren, in 20b gezeigten Beispiel kann
ein gepaartes Verbinderelement 182 einen leitenden Kern 194 aufweisen,
der einen Hohlraum 196 darin bilden kann. Eine optische
Faser, ein Festigkeitsteil zur Erhöhung der Gesamt festigkeit und
Haltbarkeit des Stabteils und/oder ein Wärmeübertragungsteil, das zum Ableiten
von im Verbinder aufgebauter Wärme
von den sich in den Leitern ausbreitenden elektrischen Signalen
dienen kann, kann im Hohlraum 196 liegen. In einem Beispiel
kann ein Beilaufdraht im Hohlraum liegen und kann mit dem leitenden
Kern verbunden sein, um als Massedraht für den Verbinder zu dienen.
Gemäß 20a kann der Gehäuseblock 186 rund
sein, was den Umfang des gepaarten Verbinderelements erhöht, und
kann eine oder mehrere Kerben 198 aufweisen, die als Justierpunkte
für den
Verbinder dienen können,
um beim Ausrichten des gepaarten Verbinderelements zu den Leitern
der Geweberöhre
zu helfen. Alternativ kann der Gehäuseblock abgeflachte Abschnitte 200 gemäß 20b aufweisen, die als Justierführungen
dienen können.
Ferner ist zu beachten, daß der
Gehäuseblock
nach Bedarf eine andere Form haben kann und jede Form von Justierung aufweisen
kann, die dem Fachmann bekannt ist oder von ihm entwickelt wird.
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21 veranschaulicht
noch ein weiteres Beispiel für
ein gepaartes Verbinderelement 182, das mit dem Verbinder 170 verwendet
werden kann. In diesem Beispiel kann das gepaarte Verbinderelement
einen dielektrischen oder anderen nichtleitenden Kern 202 aufweisen,
der mit einer oder mehreren Nuten ausgebildet sein kann, damit die
Leiter 184 so darin gebildet sein können, daß eine Oberseite der Leiter 184 im
wesentlichen bündig
mit einer Außenfläche des
gepaarten Verbinderelements ist.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel, das 22 zeigt, kann der Verbinder 170 ferner
einen elektrischen Schirm 204 aufweisen, der so plaziert
sein kann, daß er
die Geweberöhre
im wesentlichen umgibt. Der Schirm kann eine nichtleitende Innenschicht 206 aufweisen,
die verhindern kann, daß die
Leiter 174 den Schirm berühren und dadurch kurzgeschlossen
werden. In einem Beispiel kann das Stabteil einen Beilaufdraht aufweisen,
der in einem Hohlraum des gepaarten Verbinderelements gemäß der vorstehenden
Diskussion liegt, und der Beilaufdraht kann mit dem elektrischen
Schirm 204 elektrisch verbunden sein. Der Schirm 204 kann
z. B. eine Folie, ein Metallge flecht oder eine andere Art von Schirmaufbau
aufweisen, die dem Fachmann bekannt ist.
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In 23 ist
ein Beispiel für
eine Anordnung von Gewebeverbindern in Übereinstimmung mit Aspekten
der Erfindung veranschaulicht. Gemäß einer Ausführungsform
kann die Anordnung 210 einen oder mehrere Gewebeverbinder 212 einer
ersten Art und einen oder mehrere Gewebeverbinder 214 einer zweiten
Art aufweisen. In einem Beispiel können die Gewebeverbinder 212 der
zuvor anhand von 7–15b beschriebene
Verbinder 80 sein und können
verwendet werden, Signalleiterbahnen und oder Komponenten auf unterschiedlichen
Leiterplatten miteinander zu verbinden. Die Gewebeverbinder 214 können der
zuvor anhand von 18–22 beschriebene
Verbinder 170 sein und können verwendet werden, Kraftstromleiterbahnen
oder Komponenten auf den unterschiedlichen Leiterplatten miteinander
zu verbinden. In einem Beispiel, in dem der Verbinder 170 verwendet
werden kann, Stromversorgungsverbindungen bereitzustellen, kann
das Stabteil 180 im wesentlichen vollständig leitend sein. Ferner kann
es in diesem Beispiel unnötig
sein, Isolierfasern 176 vorzusehen, und die zuvor als nichtleitend beschriebenen
Fasern 172 können
tatsächlich
leitend sein, um für
einen größeren elektrischen
Weg zwischen der Geweberöhre
und dem Stabteil zu sorgen. Die Verbinder können darstellungsgemäß an einer
Platine 216 angeordnet sein, die z. B. eine Grundplatine,
eine Leiterplatte usw. sein kann, die elektrische Leiterbahnen und
Komponenten aufweisen kann, die auf einer Rückseite angeordnet oder zwischen
den Verbindern positioniert sind (nicht gezeigt).
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Wie
hierin diskutiert wurde, kann die Nutzung von Leitern, die mit Lastfasern,
d. h. nichtleitenden Fasern, verwoben oder verflochten sind, spezielle Vorteile
für elektrische
Verbindersysteme haben. Konstrukteure bemühen sich ständig um die Entwicklung (1)
kleinerer elektrischer Verbinder und (2) elektrischer Verbinder,
die minimalen elektrischen Widerstand haben. Die hierin beschriebenen
Gewebeverbinder können
für Vorteile
auf diesen beiden Gebieten sorgen. Der elektrische Gesamtwiderstand
eines zusammengebauten Verbinders ist allgemein eine Funktion der
elektrischen Widerstandseigenschaften der Steckseite des Verbinders,
der elektrischen Widerstandseigenschaften der Buchsenseite des Verbinders
und des elektrischen Widerstands der Grenzfläche, die zwischen diesen beiden
Seiten des Verbinders liegt. Die elektrischen Widerstandseigenschaften
sowohl der Steck- als auch der Buchsenseite des elektrischen Verbinders
hängen
allgemein von den körperlichen
Geometrien und Materialeigenschaften ihrer jeweiligen elektrischen
Leiter ab. Zum Beispiel ist der elektrische Widerstand eines steckseitigen
Verbinders normalerweise eine Funktion der Querschnittfläche seines
(oder seiner) Leiter, ihrer Länge
und ihrer Materialeigenschaften. Die körperlichen Geometrien und die
Materialauswahl dieser Leiter werden oft durch die Belastbarkeiten
des elektrischen Verbinders, Größeneinschränkungen,
Struktur- und Umgebungsaspekte und Herstellbarkeitsmerkmale diktiert.
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Ein
weiterer kritischer Parameter eines elektrischen Verbinders besteht
darin, eine geringe und stabile trennbare elektrische Widerstandsgrenzfläche, d.
h. elektrischen Kontaktwiderstand, zu erreichen. Der elektrische
Kontaktwiderstand zwischen einem Leiter und einem gepaarten Leiter
in bestimmten Belastungsbereichen kann eine Funktion der Normalkontaktkraft
sein, die zwischen den beiden leitenden Oberflächen ausgeübt wird. Gemäß 24 ist
die Normalkontaktkraft 310 eines Gewebeverbinders eine
Funktion der durch die Lastfaser 304 ausgeübten Spannung
T, des Winkels 312, der zwischen der Lastfaser 304 und
der gepaarten Kontaktfläche 308 des
gepaarten Leiters 306 gebildet ist, und der Anzahl von
Leitern 302, auf die die Spannung T wirkt. Nehmen die Spannung
T und/oder der Winkel 312 zu, steigt auch die Normalkontaktkraft 310.
Außerdem
kann es für
eine gewünschte
Normalkontaktkraft 310 eine große Vielfalt von Kombinationen
aus Spannung T/Winkel 312 geben, die die gewünschte Normalkontaktkraft 310 erzeugen
können.
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25a–25b zeigen ein Verfahren zum Anschließen der
Leiter 302, die auf Lastfasern 304 gewoben sind.
Gemäß 25a windet sich der Leiter 302 um eine
erste Lastfaser 304a, eine zweite Lastfaser 304b und
eine letzte Lastfaser 304z. Die Orientierung und/oder das
Muster der Bindung aus Leitern 302 und Lastfasern 304 kann
in anderen Ausführungsformen
variieren, z. B. kann ein durch einen Leiter 302 gebildetes
Tal mehr als eine Lastfaser 304 umfassen, usw. Die Leiter 302 auf
einer Seite sind an einem Ab- bzw. Anschlußpunkt 340 angeschlossen. Der
Anschlußpunkt 340 weist
allgemein einen Anschlußkontakt
auf, was zuvor diskutiert wurde. In einer exemplarischen Ausführungsform
können
die Leiter 302 auch auf der entgegengesetzten Seite der Bindung
an einem weiteren Anschlußpunkt
(nicht gezeigt) angeschlossen sein, der im Gegensatz zum Anschlußpunkt 340 allgemein
keinen Anschlußkontakt
aufweist. 25b zeigt eine bevorzugte Ausführungsform
zum Weben der Leiter 302 auf die Lastfasern 304a–z. In 25b ist der Leiter 302 um die erste und
zweite Lastfaser 304a, 304b auf die zuvor diskutierte
Weise gewoben. In dieser bevorzugten Ausführungsform wickelt sich der
Leiter 302 aber dann um die letzte Lastfaser 304z und
wird danach um die zweite Lastfaser 304b und dann die erste
Lastfaser 304a gewoben. Dadurch beginnt der Leiter 302 am Anschlußpunkt 340,
wird um die Leiter 304a, 304b gewoben, um die
Lastfaser 304z gewickelt, (erneut) um die Lastfasern 304b, 304a gewoben
und ist am Anschlußpunkt 340 angeschlossen.
Indem sich ein Leiter 302 um die letzte Lastfaser 304z wickelt
und der nächste
Leiter (Faden) in der Bindung wird, erübrigt sich die Notwendigkeit
eines zweiten Anschlußpunkts.
Wird folglich ein Leiter 302 um die letzte Lastfaser 304z auf
diese Weise gewickelt, bezeichnet man den Leiter 302 als
selbstabschließend.
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26a–26c veranschaulichen einige exemplarische Ausführungsformen,
wie ein (mehrere) Leiter 302 auf Lastfasern 304 gewoben
sein können.
Der Leiter 302 von 26a–26c ist selbstabschließend, und obwohl nur ein Leiter 302 gezeigt ist,
wird dem Fachmann klar sein, daß zusätzliche Leiter 302 gewöhnlich in
den dargestellten Ausführungsformen
vorhanden sind. 26a zeigt einen Leiter 302,
der als Grund- bzw. gerade Bindung angeordnet ist. Der Leiter 302 bildet
einen ersten Satz von Bergen 364 und Tälern 366, vollführt eine
Wendung auf sich selbst (d. h. ist selbstabschließend) und bildet
dann einen zweiten Satz von Bergen 364 und Tälern 366,
die benachbart zum ersten Satz von Bergen 364 und Tälern 366 liegen
und davon versetzt sind. Ein Berg 364 aus dem ersten Satz
und ein Tal 366 aus dem zweiten Satz (oder alternativ ein
Tal 366 aus dem ersten Satz und ein Berg 364 aus
dem zweiten Satz) können
zusammen eine Schlaufe 362 bilden. Lastfasern 304 können in
den Schlaufen 362 liegen (d. h. einen Eingriff mit ihnen
herstellen). Während
der Leiter 302 von 26a–26c als selbstabschließend gezeigt ist, brauchen
in anderen exemplarischen Ausführungsformen
die Leiter 302 nicht selbstabschließend zu sein. Um mit Hilfe
nicht selbstabschließender
Leiter 302 eine gerade Bindung ähnlich wie die in 26a offenbarte zu bilden, bildet ein erster Leiter 302 einen
ersten Satz von Bergen 364 und Tälern 366, während ein
zweiter Leiter 302 einen zweiten Satz von Bergen 364 und
Tälern 366 bildet, die
benachbart zum ersten Satz und versetzt davon liegen. Die Schlaufen 362 sind ähnlich aus
entsprechenden Bergen 364 und Tälern 366 gebildet. 26b zeigt einen Leiter 302, der als Dreher-
(gekreuzte) Bindung angeordnet ist. Der Leiter 302 von 26b bildet einen ersten Satz von Bergen 364 und Tälern 366,
vollführt
eine Wendung auf sich selbst und bildet dann einen zweiten Satz
von Bergen 364 und Tälern 366,
die mit dem ersten Satz von Bergen 364 und Tälern 366 verflochten
und davon versetzt sind. Ähnlich
können
Berge 364 aus dem ersten Satz und Täler 366 aus dem zweiten
Satz (oder alternativ Täler 366 aus
dem ersten Satz und Berge 364 aus dem zweiten Satz) zusammen
Schlaufen 362 bilden, die durch Lastfasern 304 belegt
sein können.
Nicht selbstabschließende
Leiter 302 können
auch als Dreherbindung angeordnet sein.
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26c zeigt einen selbstabschließenden Leiter 302,
der in Dreherbindung auf vier Lastfasern 304 gewoben ist.
Der Leiter 302 von 26c bildet fünf Schlaufen 362a–e. In bestimmten
exemplarischen Ausführungsformen
liegen eine oder mehrere Lastfasern 304 in jeder der Schlaufen 362,
die durch die Leiter 302 gebildet sind. Allerdings brauchen
nicht alle Schlaufen 362 durch eine Lastfaser 304 belegt zu
sein. Zum Beispiel zeigt 26c eine
exemplarische Ausführungsform,
in der die Schlaufe 362c keine Lastfaser 304 enthält. Es kann
erwünscht
sein, daß nicht
belegte Schlaufen 362 zu bestimmten Ausführungsformen
mit Bindung aus Leitern 302 und Lastfasern 304 gehören, um
eine gewünschte
Gesamtbindungssteifigkeit (und -flexibilität) zu erreichen. Nicht belegte
Schlaufen 362 in der Bindung zu haben kann auch für verbesserte
Betriebsabläufe und
Nutzeffekte in der Herstellung sorgen. Ist die Bindungsstruktur
z. B. an einem Sockel angeordnet, kann eine leichte Fehlausrichtung
der Bindung relativ zum gepaarten Leiter vorliegen. Kompensieren
läßt sich
diese Fehlausrichtung infolge der vorhandenen nicht belegten Schlaufen 362.
Indem also Schlaufen genutzt werden, die nicht belegt oder "nicht durchschossen" sind, d. h. eine
Lastfaser 304 nicht die Schlaufe kontaktiert, läßt sich
Nachgiebigkeit der Bindungsstruktur erreichen, um bessere Leitfähigkeit zwischen
Leiter/gepaartem Leiter zu gewährleisten, während die
Bindungsspannung minimal gehalten wird. Die Nutzung nicht belegter
Schlaufen 362 kann auch größere zulässige Toleranzen während des
Zusammenbauverfahrens ermöglichen.
Außerdem kann
der Gebrauch nicht durchschossener Schlaufen 362 die Verwendung
gemeinsamer Werkzeuge für unterschiedliche
Verbinderausführungsformen
ermöglichen
(z. B. können
dieselben Werkzeuge für eine
8er Bindung mit acht Schlaufen 362 und sechs "durchgeschossenen" Lastfasern 304 wie
für eine Bindung
mit acht Schlaufen 362 mit acht Lastfasern 304 verwendet
werden. Als Alternative zum Gebrauch einer nicht durchschossenen
Schlaufe 362 kann statt dessen ein gerader (nicht verwobener)
Leiter 302 verwendet werden.
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Durchgeführt wurden
Prüfungen
an vielfältigen
Bindungsgeometrien mit Leitern 302 und Lastfasern 304,
um die Beziehung zwischen Normalkontaktkraft 310 und elektrischem
Kontaktwiderstand zu bestimmen. Gemäß 27 wurde
der elektrische Gesamtwiderstand der geprüften Gewebeverbinderausführungsformen,
dargestellt auf einer y-Achse 314, der unterschiedlichen
Gewebeverbinderausführungsformen
(gemäß der Liste
in der Legende) über einen
Bereich von Normalkontaktkräften,
dargestellt auf einer x-Achse 316, bestimmt. Gemäß 27 verweist
der allgemeine Trend 318 darauf, daß mit steigender Normalkontaktkraft
(in Newton (N)) die Kontaktwiderstandskomponente des elektrischen
Gesamtwiderstands (in Mil liohm (mOhm) allgemein abnimmt. Der Fachmann
wird gleichwohl erkennen, daß sich
die Verringerung des Kontaktwiderstands nur über einen bestimmten Bereich
von Normalkontaktkräften
erstreckt; alle weiteren Erhöhungen über einen
Schwellwert der Normalkontaktkraft hinaus erzeugen keine weitere
Verringerung des elektrischen Kontaktwiderstands. Anders gesagt
flacht sich der Trend 318 ab, bewegt man sich immer weiter
an der x-Achse 316 entlang.
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Anhand
der Daten von 27 kann man dann eine Normalkontaktkraft
(oder einen Bereich davon) bestimmen, die zum Minimieren des elektrischen
Kontaktwiderstands eines Gewebeverbinders ausreichend ist. Zur Erzeugung
dieser Normalkontaktkräfte
lassen sich dann der bevorzugte Betriebsbereich der Spannung T,
mit der die Lastfaser(n) 304 zu belasten ist (sind), und
der Winkel 312 (als Anzeige für die Orientierung der Lastfaser(n) 304 relativ
zu dem (den) Leiter(n) 302) für eine identifizierte Gewebeverbinderausführungsform
bestimmen. Dem Fachmann wird klar sein, daß die übergroße Mehrheit der herkömmlichen
elektrischen Verbinder, die derzeit verfügbar sind, mit Normalkontaktkräften im
Bereich von etwa 0,35 bis 0,5 N oder darüber arbeitet. Wie aus den Daten
gemäß 27 hervorgeht,
können durch
Erzeugen mehrerer Kontaktpunkte an Leitern 302 eines Gewebeverbindersystems
sehr leichte Belastungswerte (d. h. Normalkontaktkräfte) verwendet werden,
um sehr geringe und wiederholbare elektrische Kontaktwiderstände zu erzeugen.
Beispielsweise demonstrieren die Daten von 27, daß für viele der
geprüften
Gewebeverbinderausführungsformen Normalkontaktkräfte zwischen
etwa 0,020 und 0,045 N zur Minimierung des elektrischen Kontaktwiderstands
ausreichen können.
Somit stellen solche Normalkontaktkräfte eine Reduzierung der Normalkontaktkräfte herkömmlicher
elektrischer Verbinder um eine Größenordnung dar.
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Ist
erkannt, daß sehr
geringe Normalkontaktkräfte
in diesen Mehrkontakt-Gewebeverbindern genutzt werden können, besteht
die Herausforderung dann darin, wie man diese Normalkontaktkräfte an jedem
der Kontaktpunkte des Leiters 302 zuverlässig erzeugt.
Die Kontaktpunkte eines Leiters 302 sind die Stellen, an
denen elektrische Leitfähigkeit
zwischen dem Leiter 302 und einer gepaarten Kontaktfläche 308 eines
gepaarten Leiters 306 herzustellen ist. 28a und 28b zeigen
eine exemplarische Ausführungsform
eines Mehrkontakt-Gewebeverbinders 400, der erwünschte Normalkontaktkräfte an jedem
der Kontaktpunkte erzeugen kann. 26a und 26b zeigen Querschnittansichten eines Gewebeverbinders 400 mit
einem Gewebeverbinderelement 410 und einem gepaarten Verbinderelement 420.
Das Gewebeverbinderelement 410 weist eine (mehrere) Lastfaser(n) 304 und
Leiter 302 auf. Die Enden der Lastfaser(n) 304 sind
allgemein an Endplatten (nicht gezeigt) oder anderen Feststrukturen befestigt,
was später
näher beschrieben
wird. Die Lastfaser(n) 304 kann (können) sich in einem unbelasteten
(nicht gespannten) oder belasteten Zustand befinden, bevor das Gewebeverbinderelement 410 einen
Eingriff mit dem gepaarten Verbinderelement 420 herstellt.
Während
nur eine Lastfaser 304 in diesen Querschnittansichten gezeigt
ist, sollte klar sein, daß zusätzliche
Lastfasern 304 vorzugsweise hinter (oder vor) der dargestellten
Lastfaser 304 liegen. Das Gewebeverbinderelement 410 hat
drei Bündel
oder Anordnungen von Leitern 302, die um jede Lastfaser 304 gewoben
sind. Die mit verdeckten Linien dargestellten Abschnitte von Leitern
zeigen, wo die Berge und Täler
der verwobenen Leiter 302 außerhalb der Ebene mit dem speziellen
dargestellten Querschnitt liegen. Allgemein würde eine zweite Lastfaser 304 (nicht
gezeigt) in Verbindung mit diesen außerhalb der Ebene liegenden
Bergen und Tälern
genutzt. Obwohl hier nicht gezeigt, können Leiter 302 direkt
an benachbarten Leitern 302 plaziert sein, so daß elektrische
Leitfähigkeit
zwischen benachbarten Leitern 302 hergestellt sein kann.
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28b zeigt das Gewebeverbinderelement 410 von 28a, nachdem es mit dem gepaarten Verbinderelement 420 in
Eingriff gebracht ist. Zum Eingriff des Gewebeverbinderelements 410 wird
das Gewebeverbinderelement 410 in einen Hohlraum 422 des
gepaarten Verbinderelements 420 einsteckt. In bestimmten
Ausführungsformen
kann eine Vorderfläche
(nicht gezeigt) der gepaarten Leiter 306 abgefast sein,
um dem Einstecken des Gewebeverbinderelements 410 besser
Rechnung zu tragen. Nach Einstecken in das gepaarte Verbinderelement 420 sind die
Lastfasern 304 verschoben, um dem Profil des Hohlraums 422 und
den vorhandenen gepaarten Leitern 306 Rechnung zu tragen.
In einigen Ausführungsformen
kann die Verschiebung der Lastfasern 304 durch eine Dehnung
der Lastfasern 304 erleichtert sein. In anderen Ausführungsformen
kann dieser Verschiebung durch das Straffen einer ansonsten schlaffen
(in einem Zustand vor dem Eingriff) Lastfaser 304 oder
alternativ eine Kombination aus Dehnen und Straffen Rechnung getragen
werden, was zu einer Spannung T führt, die in den Lastfasern 304 vorhanden
ist. Wie zuvor diskutiert, bewirkt infolge der Orientierung und
Anordnung der Bindung aus Lastfasern 304 und Leitern 302 die
Spannung T in den Lastfasern 304, daß bestimmte Normalkontaktkräfte an den
Kontaktpunkten vorliegen. Wie aus 28b ersichtlich
ist, hat der Gewebeverbinder 400 gepaarte Leiter 306,
die abwechselnd auf den Innenflächen (die
den Hohlraum 422 bilden) des gepaarten Verbinderelements 420 liegen.
Diese abwechselnde Kontaktanordnung erzeugt abwechselnde Kontakte
auf entgegengesetzten parallelen ebenen gepaarten Kontaktflächen 308.
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Statt
eine flache (z. B. im wesentlichen ebene) gepaarte Kontaktfläche 308 gemäß 28b zu nutzen, verwendet eine weitere Ausführungsform eine
gekrümmte,
z. B. konvexe, gepaarte Kontaktfläche 308. Die Krümmung der
gepaarten Kontaktfläche 308 kann
verbesserte Toleranzeinhaltung für
den Kontakt zwischen den Kontaktpunkten der Leiter 302 und
der gepaarten Leiter 306 in Normalrichtung ermöglichen.
Die gekrümmte
Oberfläche
(der gepaarten Kontaktflächen 308)
hilft, eine sehr engtolerierte Normalkraft zwischen diesen beiden
trennbaren Kontaktflächen
zu wahren. Allerdings trägt
die gekrümmte
Oberfläche
selbst allgemein nicht dazu bei, die Seitenausrichtung zwischen
den Leitern 302 und den gepaarten Leitern 306 beizubehalten.
Isolierfasern (z. B. Isolierfasern 104 gemäß 7),
die parallel und zwischen Segmenten von Leitern 302 eingefügt plaziert
sind, könnten
genutzt werden, um bei der Seitenausrichtung benachbarter Leiter 302 zu
unterstützen.
Die Krümmung
der gepaarten Kontaktfläche 308 braucht
nicht so stark zu sein; verbesserte Lagetoleranzen lassen sich mit
einem relativ kleinen Krümmungsbetrag
reali sieren. In einigen bevorzugten Ausführungsformen können gepaarte
Kontaktflächen 308 mit
einem großen
Krümmungsradius
verwendet werden, um einige erwünschte
Herstellungslagetoleranzen zu erreichen. 29 veranschaulicht einen
alternativen gepaarten Leiter 306 mit einer gekrümmten gepaarten
Kontaktfläche 308,
der im Gewebeverbinder 400 von 28 verwendet
werden könnte.
Die Krümmung
der gepaarten Kontaktfläche 308 ermöglicht eine
sehr großzügige Positionierungstoleranz
in der Herstellung und im Betrieb.
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Gemäß 29 lassen
sich verbesserte Lagetoleranzen oft erreichen, indem gepaarte Kontaktflächen 308 genutzt
werden, die einen Krümmungsradius
R 336 haben, der größer als
die Breite W 309 des gepaarten Leiters 306 ist.
Insbesondere ist die Beziehung zwischen dem Seitenabstand L 332 zwischen
zwei Leitern 302 und dem Winkel α 334 zwischen den beiden
Leitern 302 und dem Krümmungsradius
R 336 der gepaarten Kontaktfläche 308 durch die
Formel L ≈ αR gegeben.
Das Minimum des Seitenabstands L 332 ist durch den Durchmesser
der Leiter 302 festgelegt, weshalb der Seitenabstand L 332 durch
Anordnen der Leiter 302 direkt aneinander sehr eng toleriert
sein kann. Anders gesagt liegen in bestimmten exemplarischen Ausführungsformen
die Leiter 302 so, daß keine
Lücke zwischen
den benachbarten Leitern 302 existiert. Somit läßt sich
dann für
einen sehr geringen Winkel α 334 der
erforderliche Krümmungsradius
R 336 bestimmen. In einer exemplarischen Ausführungsform
mit z. B. einem Winkel α 334 von
0,25 Grad und Leitern 302 mit einem Durchmesser von 0,005
Inch würde
somit ein bevorzugter Krümmungsradius
R 336 der gepaarten Kontaktfläche 308 in der Größenordnung
von etwa 2,29 Inch liegen. Die Toleranz hierbei ist auch recht großzügig, da
der Winkel α 334 in
direkter Beziehung zum Krümmungsradius
R 336 steht.
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Wäre z. B.
die Toleranz für
den Krümmungsradius
R 336 mit ± 0,10
Inch festgelegt, könnte
der Winkel α 334 zwischen
0,261 Grad und 0,239 Grad variieren. Um die Nutzeffekte der Verwendung
einer gekrümmten
gepaarten Kontaktfläche 308 zu
illustrieren, wäre
zur Einhaltung einer Toleranz von 0,03 Grad für die Ausführungsform der flachen Anordnung von 28 ei ne Toleranz von 0,0000105 Inch für die Versatzhöhe H 324 erforderlich.
Außerdem
hat die Einführung
gekrümmter
gepaarter Kontaktflächen 308 keinen
erheblichen Einfluß auf
die Gesamthöhe der
Gewebeverbinder. Beispielsweise würde bei einem Krümmungsradius
R 336 von 2,29 Inch und einer Breite W 309 des
gepaarten Leiters 306 von 0,50 Inch die Gesamthöhe 311 des
Bogens nur etwa 0,014 Inch betragen, d. h. die gepaarte Kontaktfläche 308 ist
nahezu flach.
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Lastausgleich
ist ein Thema bei elektrischen Mehrkontaktverbindern und insbesondere
bei elektrischen Mehrkontakt-Stromverbindern.
Lastungleichgewichte in elektrischen Verbindern können bewirken,
daß die
Verbinder durchbrennen und somit betriebsunfähig werden. In ihrer Grundform
stellen elektrische Verbinder einfach elektrische Kontaktpunkte zwischen
leitenden Steckstiften und -buchsen bereit. In elektrischen Verbindern,
die lastausgeglichen sind, werden die eintreffenden Ströme über jeden
der Kontaktpunkte gleichmäßig verteilt.
So ist für
einen 10-Ampere-Verbinder mit vier Kontaktpunkten der Verbinder
ausgeglichen, wenn 2,5 Ampere über
jeden Kontaktpunkt abgegeben werden. Ist ein Verbinder nicht lastausgeglichen,
fließt
mehr Strom durch einen Kontakt als einen anderen Kontakt. Dieses
Ungleichgewicht von elektrischem Strom kann Überlastung an einem der "überlasteten" Kontaktpunkte verursachen, was zu örtlichem
Verschweißen, örtlichen Wärmespitzen
und Beschädigung
der Leiterplattierung führen
kann, die alle zu erhöhtem
Verbinderverschleiß und/oder
sehr schnellem Systemausfall führen
können.
Zustande kommen kann ein Lastungleichgewicht durch unterschiedliche
leitende Weglängen
im Verbindersystem, einen hohen elektrischen Kontaktwiderstand an
trennbaren Grenzflächen
an einem Punkt (z. B. wegen schlechter Kontaktgeometrie) oder große Wärmegradienten
im Verbinder. Ein Vorteil von Stromverbindern gemäß der Lehre
dieser Offenbarung ist, daß sie über viele
Kontaktpunkte vollständig
(oder im wesentlichen) lastausgeglichen sein können. Für jeden Leiter 302 (d.
h. leitende Faser) kann der erste Kontaktpunkt, der elektrischen
Kontakt mit dem gepaarten Leiter 306 herstellen soll, so
gestaltet sein, daß er
die volle Stromlast führt,
die diesem Leiter 302 zuzuweisen ist.
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Anschließende Kontaktpunkte,
die entlang dem Leiter 302 liegen, sind auch allgemein
so gestaltet, daß sie
die volle Stromlast im Fall von (elektrischem Kontakt-) Versagen
am ersten Kontaktpunkt führen.
Die zusätzlichen
Kontaktpunkte, die nach dem ersten Kontaktpunkt an jedem der Leiter 302 liegen,
können
daher den gesamten oder einen Teil des zugewiesenen Stroms führen, aber
ihr Hauptzweck besteht normalerweise darin, für Kontaktredundanz zu sorgen.
Wie bereits erwähnt,
helfen außerdem
die mehreren Kontaktpunkte, lokalisierte Überhitzungen zu verhindern,
indem sie mehrere Wärmewege
bilden.
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In
den meisten exemplarischen Ausführungsformen
haben die Leiter 302 eines Verbinders allgemein ähnliche
Geometrien, elektrische Eigenschaften und elektrische Weglängen. In
einigen Ausführungsformen
können
aber die Leiter 302 eines Verbinders ungleichartige Geometrien,
elektrische Eigenschaften und/oder elektrische Weglängen haben.
Zusätzlich
steht in einigen bevorzugten Ausführungsformen von Stromverbindern
jeder Leiter 302 eines Verbinders mit dem (den) benachbarten
elektrischen Leiter(n) 302 in elektrischem Kontakt. Die
Bereitstellung mehrerer Kontaktpunkte entlang jedem Leiter 302 und
die Herstellung von elektrischem Kontakt zwischen benachbarten Leitern 302 gewährleistet
ferner, daß die
Ausführungsformen
von Mehrkontakt-Gewebestromverbindern ausreichend lastausgeglichen
sind. Zudem verbieten die Geometrie und Gestaltung des Gewebeverbinders
einen Grenzflächenausfall
an einem Einzelpunkt. Stehen die Leiter 302, die neben
einem ersten Leiter 302 liegen, in elektrischem Kontakt
mit gepaarten Leitern 306, so verursacht der erste Leiter 302 keinen
Ausfall (trotz der Tatsache, daß die
Kontaktpunkte des ersten Leiters 302 möglicherweise nicht mit einem
gepaarten Leiter 306 in Kontakt stehen), da die Last im
ersten Leiter 302 zu einem gepaarten Leiter 306 über die benachbarten
Leiter 302 abgegeben werden kann.
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30 veranschaulicht
eine exemplarische Ausführungsform
eines lastausgeglichenen Mehrkontakt-Gewebestromverbinders 500.
Der Stromverbinder 500 besteht aus zwei erweiterten Anordnungen,
einer Kraftstromanordnung und einer Rücklaufanordnung. Diese Anordnungen
stellen mehrere Kontaktpunkte über
eine breite Fläche
bereit, was zu hoher Redundanz, geringerem trennbarem elektrischem
Kontaktwiderstand und besserer Wärmeabfuhr
elektrischer Nebenverluste führen
kann. Der dargestellte Stromverbinder 500 ist ein 30-Ampere-Gleichstromverbinder
mit einer Stromleitung 512 und einer Rück- (Masse-) Leitung 514.
Dem Fachmann wird klar sein, daß andere
Stromverbinder mit unterschiedlichen Anordnungen und Strombelastbarkeiten
aufgebaut werden können,
ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Die Belastbarkeiten
des Stromverbinders 500 können erhöht werden, indem z. B. zusätzliche
Leiter 302 zugefügt
werden. Gemäß 30 weist
der Stromverbinder 500 ein Gewebeverbinderelement 510 und
ein gepaartes Verbinderelement 520 auf. Der Klarheit halber
ist das Außengehäuse des
gepaarten Verbinderelements 520 in diesen Zeichnungen weggelassen.
Das Gewebeverbinderelement 510 verfügt über ein Gehäuse 530, eine Stromleitung 512,
eine Rückleitung 514,
Endplatten 536, Paßstifte 534 und
mehrere Lastfasern 304. Das Gehäuse 530 hat mehrere Aussparungen 532,
die das Koppeln des Außengehäuses (nicht
gezeigt) des gepaarten Verbinderelements mit dem Gehäuse 530 des
Gewebeverbinderelements 510 erleichtern können. In
den Aussparungen 532 kann ein Paßstift (nicht gezeigt) oder
eine Befestigungseinrichtung (nicht gezeigt) untergebracht sein.
Die Stromleitung 512 weist mehrere Leiter 302 auf,
die um mehrere Lastfasern 304 gemäß den Lehren der Offenbarung
gewoben sind. Um eine gewünschte
Belastbarkeit von 30 Ampere zu erreichen, kann die Stromleitung 512 z.
B. zwischen 20 und 40 Leitern 302 in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Leiter 302 und ihren elektrischen Eigenschaften
haben.
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In
bestimmten exemplarischen Ausführungsformen
können
die Leiter 302 Drähte
aus Kupfer oder Kupferlegierung (z. B. Kupfer C110, Beryllium-Kupfer-Legierung
C172) mit Durchmessern zwischen 0,0002 und 0,010 Inch oder darüber aufweisen.
Alternativ können
die Leiter auch Flachbanddrähte
aus Kupfer oder Kupferlegierung mit vergleichbaren rechtwinkligen
Querschnittmaßen
aufweisen. Die Leiter 302 können auch plattiert sein, um
Oxidation zu verhindern oder zu minimieren, z. B. vernickelt oder
vergoldet. Akzeptable Leiter 302 für eine be stimmte Gewebeverbinderausführungsform
sollten auf der Grundlage der gewünschten Belastbarkeiten des
beabsichtigten Verbinders, der mechanischen Festigkeit des in Frage
kommenden Leiters 302, der Herstellungsprobleme, die entstehen
könnten,
wenn der in Frage kommende Leiter 302 verwendet wird, und
anderer Systemanforderungen, z. B. der gewünschten Spannung T, identifiziert
werden. Die Leiter 302 der Stromleitung 512 treten
aus einem Rückabschnitt
des Gehäuses 530 aus
und können
mit einem Anschlußkontakt
oder anderem Leiterelement gekoppelt sein, über das Strom zum Stromverbinder 500 abgegeben
werden kann. Wie später
näher diskutiert
wird, können
die Lastfasern 304 der Stromleitung 512 eine Spannung
T haben, die letztlich zu einer Normalkontaktkraft führt, die
an den Kontaktpunkten der Leiter 302 ausgeübt wird.
In exemplarischen Ausführungsformen
können
die Lastfasern 304 beispielsweise Nylon, Fluorkohlenwasserstoff, Polyaramide
und Paraaramide (z. B. Kevlar®, Spectra®, Vectran®),
Polyamide, leitende Metalle und Naturfasern, z. B. Baumwolle, aufweisen.
In den meisten exemplarischen Ausführungsformen haben die Lastfasern 304 Durchmesser
(oder Breiten) von etwa 0,010 bis 0,002 Inch. In bestimmten Ausführungsformen
können
aber die Durchmesser/Breiten der Lastfasern 304 nur 18
Mikrometer betragen, wenn technische Hochleistungsfasern (z. B.
Kevlar) verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Lastfasern 304 ein nichtleitendes Material auf.
Die Rückleitung 514 ist
auf die gleiche Weise wie die Stromleitung 512 mit der
Ausnahme angeordnet, daß die
Stromleitung 512 mit einem Anschlußkontakt gekoppelt ist, der
mit einer Rückleitung
verbunden sein kann.
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Das
gepaarte Verbinderelement 520 des Stromverbinders 500 besteht
aus einem Außengehäuse (nicht
gezeigt), einem Isoliergehäuse 526, zwei
gepaarten Leitern 522 und zwei Federarmen 528.
Die gepaarten Leiter 522 sind an entgegengesetzten Seiten
des Isoliergehäuses 526 befestigt,
so daß bei
Eingriff des gepaarten Verbinderelements 520 mit dem Gewebeverbinderelement 510 die
Kontaktpunkte der Leiter 302 (der Leitungen 512 und 514)
in elektrischen Kontakt mit den gepaarten Leitern 522 kommen.
Das Isoliergehäuse 526 dient
da zu, eine strukturelle Grundlage für die gepaarten Leiter 522 zu
bilden und zudem die gepaarten Leiter 522 voneinander elektrisch
zu isolieren. Das Isoliergehäuse 526 hat
Löcher 523,
in denen Paßstifte 534 untergebracht
sein und somit das Koppeln des gepaarten Verbinderelements 520 mit
dem Gewebeverbinderelement 510 (oder umgekehrt) erleichtern
können.
Die Federarme 528 können
so wirken, daß sie das
gepaarte Verbinderelement 520 sicher am Gewebeverbinderelement 510 befestigen.
Zusätzlich
arbeiten in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen die Federarme 528 auch
in Verbindung mit den Endplatten 536 des Gewebeverbinderelements 510, um
eine Zuglast T in den Lastfasern 304 des Gewebeverbinderelements 510 auszuüben.
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31 veranschaulicht
eine exemplarische Ausführungsform
eines Gewebeverbinderelements 510 mit schwingenden Endplatten 536,
die eine Spannung T in Lastfasern 304 erzeugen können. 31 zeigt
eine Rückansicht
des Gewebeverbinderelements 510 von 30, wobei
ein Rückabschnitt
des Gehäuses 530 der
Deutlichkeit halber entfernt ist. Lastfasern 304 sind mit
den Leitern 302 der Stromleitung 512 und der Rückleitung 514 verwoben.
Die Enden der Lastfasern 304 sind mit den beiden entgegengesetzten
schwingenden Endplatten 536 gekoppelt. Die Enden der Lastfasern 304 können mit
den schwingenden Endplatten über
vielfältige technisch
bekannte Einrichtungen gekoppelt sein, z. B. durch mechanische Befestigungseinrichtungen oder
Verbindungseinrichtungen. Den schwingenden Endplatten 536 kann
die Möglichkeit
gegeben sein, vor dem Einbau des gepaarten Verbinderelements 520 zu
schwingen (d. h. nicht eingespannt zu bleiben), oder in einer alternativen
Ausführungsform können sekundäre Federmechanismen
(nicht gezeigt), die mit dem Gehäuse 530 und
einer Endplatte 536 gekoppelt sind, zum Steuern der Seiten
(z. B. Auswärts-)
Verschiebung der Endplatten 536, d. h. in eine von den
Leitungen 512, 514 wegführende Richtung, verwendet
werden. In einigen exemplarischen Ausführungsformen haben die Lastfasern 304 einen ungespannten
Zustand vor dem Einbau des gepaarten Verbinderelements 520.
In anderen exemplarischen Ausführungsformen
kann dagegen eine gewisse Zuglast (die gewöhnlich kleiner als die Spannung
T ist, die zum Erzeugen einer gewünschten Normalkontaktkraft
nötig ist)
in den Lastfasern 304 vor dem Einbau des gepaarten Verbinders 520 vorhanden
sein. Diese vor Einbau vorliegende Zuglast kann Folge der vorhandenen
sekundären
Federmechanismen sein oder kann alternativ den Lastfasern 304 vorab
verliehen werden, wenn die Lastfasern 304 mit den Endplatten 536 gekoppelt
werden.
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Beim
Einstecken des gepaarten Verbinderelements 520 in das Gewebeverbinderelement 510 (oder
umgekehrt) stellen die Federarme 528 des gepaarten Verbinderelements 520 einen
Eingriff mit den schwingenden Endplatten 536 des Gewebeverbinderelements 510 her.
Auf der Grundlage der Steifigkeit der Federarme 528, der
Steifigkeit und/oder Elastizität
der Leiter 302, der Steifigkeit des sekundären Federmechanismus
(falls vorhanden) und der vor Einbau vorliegenden Maße/Lagen
der Federarme 528 und der Endplatten 536 verschieben
sich die Endplatten 536 (bewegen sich nach außen) in
einem gewissen Grad aufgrund der vorhandenen Federarme 528.
Natürlich
können
die Federarme 528 während
dieses Prozesses auch eine gewisse Ablenkung erfahren. Diese Auswärtsverschiebung
der schwingenden Endplatten 536 kann bewirken, daß eine Spannung
T in den Lastfasern 304 erzeugt wird. In einer exemplarischen
Ausführungsform
weisen die Lastfasern 304 ein elastisches Material auf.
In solchen exemplarischen Ausführungsformen
kann die Relativverschiebung der beiden Endplatten 536 zu einem
im wesentlichen gleichen Dehnungsbetrag in den Lastfasern 304 führen. In
anderen exemplarischen Ausführungsformen
können
die Federarme 528 direkt an den schwingenden Endplatten 536 des Gewebeverbinderelements 510 statt
am gepaarten Verbinderelement 520 gemäß 30 angeordnet sein.
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32a–32c zeigen einige exemplarische Ausführungsformen
von Federarmen 528, die gemäß den Lehren der Offenbarung
aufgebaut sind. Die effektive Federhöhe 529 der Federarme 528 läßt sich
erhöhen,
indem ein Abschnitt des Federarms 528 in das Isoliergehäuse 526 des
gepaarten Verbinderelements 520 eingebettet ist. Erwünscht ist,
daß die
Federarme 528 eine große
relative Ablenkbewegung (z. B. etwa 0,020 Inch) für eine bestimmte
Last erzeugen, wenn das gepaarte Verbinderele ment 520 in
das Gewebeverbinderelement 510 eingesteckt wird. Durch
Erzeugen einer großen
Relativbewegung können
die Herstellungs- und Ausrichtungstoleranzen der Anordnung gelockert
sein (z. B. könnte
die Längentoleranz
der Lastfaser 304 von ± 0,005 Inch auf ± 0,015
Inch abgewandelt sein), während
die fertige zusammengebaute Leitungstoleranz immer noch in einem
festgelegten Bereich gehalten wird. 32a zeigt
eine exemplarische Ausführungsform von
Federarmen 528, wobei der Federarm 528 nur gering
oder gar nicht in das Isoliergehäuse 526 des gepaarten
Verbinderelements 520 eingebettet ist. 32b–32c zeigen zwei bevorzugte Ausführungsformen
von Federarmen 528, bei denen ein erheblicher Abschnitt
der Federarme 528 in das Isoliergehäuse 526 des gepaarten
Verbinderelements 520 eingebettet ist. Die Abschnitte der
Federarme 528, die in das Isoliergehäuse 526 eingebettet
sind, sollten (im Isoliergehäuse 526)
frei beweglich sein, außer
an den Verankerungen 525, wo sie ortsfest sind. Die Federarme 528 von 32b erstrecken sich im wesentlichen in einem Halbkreis
und enden an Verankerungen 525, die im wesentlichen parallel
zur wirksamen Spitzenablenkungsrichtung 527 sind. Die Federarme 528 von 32c erstrecken sich im wesentlichen in einem Dreiviertelkreis
und enden an Verankerungen 525, die im wesentlichen senkrecht zur
wirksamen Spitzenablenkungsrichtung 527 sind. Die Ausführungsformen
der Federarme 528 von 32b–32c haben längere
effektive Federhöhen 529,
die entsprechend größere Spitzenablenkungsbewegungen 527 bei
gleicher Kraft erzeugen, vergleicht man sie mit der "kurzen" Ausführungsform der
Federarme 528 von 32a.
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In
bestimmten exemplarischen Ausführungsformen
kann der Federarm 528 ein Metall oder eine Metallegierung,
z. B. Nitinol, aufweisen und kann u. a. eine Drahtfeder oder eine
Bandfeder sein. In Abhängigkeit
vom Durchmesser des Federarms 528 und von den Maßen des
Verbinders 500 können
auch mehrere Drehungen des Federarms 528 möglich sein.
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33 ist
eine Vorderansicht des Stromverbinders 500, nachdem das
gepaarte Verbinderelement 520 mit dem Gewebeverbinderelement 510 in Eingriff
gebracht wurde. Das Außengehäuse und
die Federarme 528 des gepaarten Verbinderelements 520 und
das Gehäuse 530 des
Gewebeverbinderelements 510 sind neben anderen Merkmalen
der Deutlichkeit halber entfernt. Gemäß 33 stehen
nach dem Eingriff des gepaarten Verbinderelements 520 die
Kontaktpunkte der Leiter 302 der Leitungen 512, 514 in
elektrischem Kontakt mit der gepaarten Kontaktfläche 524 des gepaarten
Verbinders 522. Während
gemäß der vorstehenden
Diskussion die gepaarte Kontaktfläche 524 im wesentlichen
eben sein kann, ist in einer bevorzugten Ausführungsform die gepaarte Kontaktfläche 524 durch
einen gewissen Krümmungsradius
R (nicht gezeigt) festgelegt, z. B. R 336. In einigen bevorzugten
Ausführungsformen
ist dieser Krümmungsradius
R 336 größer als
die Breite W (nicht gezeigt), z. B. W 309, des gepaarten
Leiters 522.
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34 veranschaulicht
eine weitere exemplarische Ausführungsform
eines Mehrkontakt-Gewebestromverbinders 600, der stark
ausgeglichen ist. Der Stromverbinder 600 besteht aus zwei
erweiterten Anordnungen, einer Kraftstromanordnung 612 und einer
Rücklaufanordnung 614.
Diese Anordnungen stellen mehrere Kontaktpunkte über eine breite Fläche bereit,
was zu hoher Redundanz, geringerem trennbarem elektrischem Kontaktwiderstand
und besserer Wärmeableitung
elektrischer Nebenverluste führen
kann. Der Stromverbinder 600 könnte ein 30-Ampere-Gleichstromverbinder sein. Der
Stromverbinder 600 weist ein Gewebeverbinderelement 610 und
ein gepaartes Verbinderelement 620 auf. Das Gewebeverbinderelement 610 verfügt über ein Gehäuse 630,
eine Stromleitung 612, eine Rückleitung 614, zwei
Federhalterungen 634, ein Führungsteil 636 und
mehrere Lastfasern 304. Das Gehäuse 630 hat mehrere
Löcher 632,
in denen die Paßstifte 642 des
gepaarten Verbinderelements 620 untergebracht sein können. Die
Stromleitung 612 weist mehrere Leiter 302 auf,
die um mehrere Lastfasern 304 gemäß den Lehren der Offenbarung
gewoben sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Leiter 302 so
angeordnet, daß sie
selbstabschließend
sind. Die Leiter 302 der Stromleitung 612 treten aus
einem Rückabschnitt
des Gehäuses 630 aus
und können
einen Anschlußpunkt
bilden, an dem Strom zum Stromverbinder 600 geführt werden
kann. Wie später
näher diskutiert
wird, können
die Lastfasern 304 der Stromleitung 612 (und Rückleitung 614)
eine Spannung T haben, die letztlich zu einer Normalkontaktkraft
führt,
die an den Kontaktpunkten der Leiter 302 ausgeübt wird.
Die Rückleitung 614 ist
auf die gleiche Weise wie die Stromleitung 612 angeordnet. Die
Lastfasern 304 des Stromverbinders 600 weisen ein
nichtleitendes Material auf, das elastisch oder unelastisch sein
kann. Das Führungsteil 636 ist
an einer Innenwand des Gehäuses 630 angeordnet
und so positioniert, daß es
für strukturelle
Abstützung
der Lastfasern 304 und indirekt der Stromleitung 612 und Rückleitung 614 sorgt.
Die Enden der Lastfasern 304 sind an den Federhalterungen 634 befestigt.
Wie später
näher beschrieben
wird, können
die Federhalterungen 634 eine Zuglast T in den befestigten
Lastfasern 304 des Gewebeverbinderelements 610 erzeugen.
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Das
gepaarte Verbinderelement 620 des Stromverbinders 600 besteht
aus einem Gehäuse 640,
zwei gepaarten Leitern 622 und Paßstiften 642. Die
gepaarten Leiter 622 sind an einer Innenwand des Gehäuses 640 so
befestigt, daß bei
Eingriff des gepaarten Verbinderelements 620 mit dem Gewebeverbinderelement 610 die
Kontaktpunkte der Leiter 302 (der Leitungen 612 und 614)
in elektrischen Kontakt mit den gepaarten Leitern 622 kommen.
Die Paßstifte 642 sind
zu den Löchern 632 des
Gewebeverbinderelements 610 ausgerichtet und helfen so, das
Koppeln des gepaarten Verbinderelements 620 mit dem Gewebeverbinderelement
(oder umgekehrt) zu erleichtern.
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Der
Stromverbinder 600 hat mehrere Merkmale, die mit denen
des Stromverbinders 500 identisch sind, verwendet aber
einen unterschiedlichen Mechanismus zum Erzeugen der Spannung T
(und damit der Normalkontaktkraft) in der Bindung aus Leitern 302 und
Lastfasern 304. Statt die schwingenden Endplatten 536 des
Stromverbinders 500 zu verwenden, gebraucht der Stromverbinder 600 vorgespannte
Federhalterungen 634, um die erforderliche Normalkontaktkraft
zwischen den Kontaktpunkten der Leiter 302 (der Leitungen 612, 614)
und den gepaarten Leitern 622 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. 35 zeigt
den Stromverbinder 600, nachdem das gepaarte Verbinderelement 620 in
Eingriff mit dem Gewebeverbinderelement 610 gebracht wurde.
Nach Eingriff stehen die Kontaktpunkte der Leiter 302 sowohl
der Stromleitung 612 als auch der Rückleitung 614 in elektrischem
Kontakt mit den gepaarten Kontaktflächen 624 der gepaarten
Leiter 622.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die gepaarten Kontaktflächen 624 konvexe
Oberflächen,
die durch einen Krümmungsradius
R festgelegt sind. Gemäß 35 liegen
die konvexen gepaarten Kontaktflächen 624 auf
einer Unterseite der gepaarten Leiter 622, d. h. nach Eingriff
liegen die Leiter 302 unter den gepaarten Leitern 622.
In einer exemplarischen Ausführungsform
ist das Führungsteil 636 so positioniert,
daß der
obere Abschnitt des Führungsteils 636 über den
gepaarten Kontaktflächen 624 liegt.
Nach Eingriff verlaufen die Lastfasern 304 von einem Ende 638 der
ersten Federhalterung 634 an der konvexen gepaarten Kontaktfläche 624 entlang, die
der Stromleitung 612 entspricht, über dem oberen Abschnitt des
Führungsteils 636,
an der konvexen gepaarten Kontaktfläche 624 entlang, die
der Rückleitung 612 entspricht,
und enden dann an einem Ende 639 der zweiten Federhalterung 634.
In anderen exemplarischen Ausführungsformen
können
die gepaarten Kontaktflächen 624 auf
der Oberseite der gepaarten Leiter 622 liegen, und die
Lastfasern 304 würden
sich daher über
diesen obenliegenden konvexen gepaarten Kontaktflächen 624 erstrecken.
Die Lagen des Endes 638, des Führungsteils 636, der gepaarten
Kontaktflächen 624 und
des Endes 639, die in Verbindung mit der in den Lastfasern 304 erzeugten
Spannung T wirken, erleichtern die Abgabe der Normalkontaktkräfte an den
Kontaktpunkten der Leiter 302.
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36a–36c zeigen eine exemplarische Ausführungsform
eines Paars Federhalterungen 634, das im Stromverbinder 600 verwendet
werden könnte.
Die Lastfasern 304 wurden der Klarheit halber weggelassen,
wobei aber deutlich sein sollte, daß die Enden der Lastfasern 304 an
den Enden 638, 639 zu befestigen sind. Vor dem
Eingriff sind die Lastfasern 304 durch einen Tragstift
(nicht gezeigt) abgestützt,
beispielsweise das Führungsteil 636. Während des
Eingriffs werden die Lastfasern 304 zu den gepaarten Kontaktflächen 624 ausgerichtet. 36a–36c zeigen, wie die Federhalterungen 638 im
Stromverbinder 600 funktionieren. 36a zeigt
die Federhalterungen 634 in einem unbelasteten Zustand,
der vorliegt, bevor die Lastfasern mit den Enden 638, 639 gekoppelt
werden. Um gemäß 36b die Lastfasern 304 an den Enden 638, 639 zu
befestigen, werden die Enden 638, 639 etwas nach
innen bewegt, und die Lastfasern 304 werden dann an den
Enden 638, 639 verankert. Dem Fachmann werden
vielfältige
Möglichkeiten
deutlich sein, wie die Lastfasern 304 an den Enden 638, 639 verankert
werden können,
z. B. mit Hilfe von Schlitzen, Verankerungspunkten, Befestigungselementen,
Klammern, Schweißen,
Hartlöten,
Verkleben usw. Nachdem die Lastfasern 304 an den Enden 638, 639 der Federhalterungen 634 verankert
wurden, ist allgemein eine kleine Spannkraft in den Lastfasern 304 vorhanden.
Gemäß 36c werden nun beim Einstecken des gepaarten Verbinderelements 620 in
das Gewebeverbinderelement 610 die Lastfasern 304 unter
die gepaarten Kontaktflächen 624 gedrückt (oder
alternativ über
die gepaarten Kontaktflächen 624 gezogen,
wenn die Oberflächen 624 auf
der Oberseite der gepaarten Leiter 622 liegen), wonach das
Koppeln des Stromverbinders 600 abgeschlossen ist. Um den
Eingriff der Lastfasern 304 mit den gepaarten Kontaktflächen 624 zu
erleichtern, erfahren die Enden 638, 639 der Federhalterungen 634 allgemein
eine gewisse zusätzliche
Ablenkung. Dadurch werden die Lastfasern 304 einer zusätzlichen Zuglast
ausgesetzt, so daß eine
resultierende Spannung T dann in den Lastfasern 304 vorhanden
ist (und folglich Normalkontaktkräfte an den Kontaktpunkten der
Leiter 302 vorhanden sind).
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Die
gemäß den Lehren
der Offenbarung aufgebauten elektrischen Verbinder sind inhärent redundant.
Reißt
eine der Lastfasern 304 dieser Ausführungsformen oder verliert
Spannung, könnten
die übrigen
Lastfasern 304 fähig
sein, weiterhin ausreichend Spannung T auszuüben, so daß elektrischer Kontakt an den
Kontaktpunkten der Leiter 302 gewahrt bleiben könnte und
somit die Verbinder weiterhin die Nennstrombelastbarkeit führen könnten. In bestimmten
exemplarischen Ausführungsformen müßte ein
vollständiger
Ausfall aller Lastfasern 304 auftreten, damit der Verbinder
elektrischen Kontakt verliert. Im Fall von Schmutz oder einer Verunreinigung
im System sind die mehreren Kontaktpunkte viel wirksamer bei der Kontaktbeibehaltung
als ein herkömmlicher
oder ein Verbinder mit zwei Kontaktpunkten. Kommt es tatsächlich zu
Ausfall an einem einzelnen Punkt (infolge von Schmutz oder mechanischem
Ausfall), so gibt es mindestens drei lokale Kontaktpunkte in der
Umgebung, die den umgeleiteten Strom handhaben könnten: der nächste Kontaktpunkt
in Folge (oder der vorherige in Folge) auf demselben Leiter 302,
und da jeder Leiter 302 vorzugsweise mit den Leitern 302 in
elektrischem Kontakt steht, die zu ihm benachbart sind, kann der
Strom auch in diese benachbarten Leiter 302 und dann durch
die Kontaktpunkte dieser Leiter 302 fließen. Ferner
lassen sich die Lehren der Offenbarung in zahlreichen Ausführungsformen
von Mehrkontakt-Gewebedatenverbindern nutzen. Bei der Gestaltung
solcher Ausführungsformen
von Mehrkontakt-Gewebedatenverbindern müssen Aspekte berücksichtigt
werden, die gewöhnlich
vom Fachmann bei der Gestaltung von Datenverbindern beachtet werden,
u. a. beispielsweise Probleme von Impedanzanpassung, HF-Abschirmung
und Nebensprechen. In Ausführungsformen
von Datenverbindern kann ein Datensignalweg durch einen (mehrere)
Leiter eines Gewebeverbinderelements und eines gepaarten Leiters
eines gepaarten Verbinderelements hergestellt sein. Der Hauptunterschied
zwischen den Ausführungsformen
von Gewebedaten- und Gewebestromverbindern ist die Größe der individuellen
Leitung. In Ausführungsformen
von Gewebestromverbindern tendieren die Kontaktflächen (d.
h. die Kontaktpunkte der Leiter und entsprechenden gepaarten Kontaktflächen) viel
größer als
die in Ausführungsformen
von Gewebedatenverbindern zu sein, was Folge der höheren Stromanforderungen
ist. Außerdem
enthalten die Ausführungsformen
von Gewebedatenverbindern mit größerer Wahrscheinlichkeit
mehrere isolierte Leitungs- (Signal-) Wege, die auf einer einzelnen
Bindung aus Leitern 302 und Lastfasern 304 angeordnet sind.
Dies ermöglicht
eine hohe Dichte von Signalwegen in den Ausführungsformen von Gewebedatenverbindern.
Zusätzlich
ist viel größere Flexibilität bei der
Realisierung der Ausführungsformen
von Gewebedatenverbindern gegeben, was Folge der unterschiedlichen
Stift-/Masse-/-Signal-/Stromkombinationen
ist, die möglich
sind, um die er forderlichen Kennwerte für Impedanz, Nebensprechen und
Signalverzögerung
zu erzeugen.
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Die
Datenverbinderausführungsformen
der Offenbarung bieten auch Vorteile gegenüber herkömmlichen Datenverbindern, die
gestanzte Federarmkontakte verwenden. Erstens ist es leichter, sehr enge
Toleranzen an sehr kleinen Größen mit
den Gewebedatenverbindern als bei den herkömmlichen Verfahren für gestanzte
Federarmkontakte einzuhalten. Zweitens ist gezogener Draht (z. B.
für Leiter 302)
zu niedrigen Kosten auch in sehr kleinen Größen verfügbar, wogegen vergleichbar
bemessene herkömmliche
Stanzteile mit ähnlichen
Toleranzen recht teuer werden können.
Drittens können
Signalwegstümpfe
(Blindleitungen) an den Verbindergrenzflächen in den Gewebedatenverbindern
der Offenbarung reduziert oder beseitigt sein. Stümpfe sind
in einer Leitung vorhanden, wenn sich durch einen Teil der Leitung
ausbreitende Energie keinen Zielort hat und dazu neigt, in der Leitung
zurückreflektiert
zu werden. Bei hohen Frequenzen können diese Grenzflächenstümpfe Schwankungen,
Signalverzerrung und Dämpfung
erzeugen, und die Wechselwirkung dieser Stümpfe mit anderen Signalunstetigkeiten
in der Leitung kann Datenverlust, Geschwindigkeitsbeeinträchtigung
und andere Probleme hervorrufen. Schon die Beschaffenheit eines
herkömmlichen
Messersteckverbinders erzeugt einen Stumpf. Allgemein hängt die
Länge dieses
Stumpfs von der Toleranzsummierung des Systems ab (z. B. Verbindertoleranz,
Grundplatinen/Tochterplatinen-Ebenheit, Stanztoleranz, Toleranz
der Platinenausrichtung usw.), und die Länge des Stumpfs kann über einen einzelnen
Verbinder um eine Größenordnung
variieren. Bei den Ausführungsformen
von Gewebedatenverbindern der Offenbarung gibt vom vollständigen Einstecken
bis zum teilweisen Einstecken jeweils fast keine Stümpfe in
den Leitungen, was auf die vorhandenen mehreren Kontaktpunkte entlang
einem Leiter 302 zurückzuführen ist.
Schließlich
können
die Ausführungsformen
von Gewebedatenverbindern flexibler zum Abstimmen von Leiterbahnimpedanzen
sein, da zusätzlich
zur Masseplazierung die Materialien für die Bindung aus Leitern 302 und
Lastfasern 304 (sowie Isolierfasern 104, falls
vorhanden) geändert
werden können,
um flexiblere Impedanzkennwerte ohne große Umrüstung der Verfahrenslinie zu
erhalten.
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37a–37b zeigen eine exemplarische Ausführungsform
eines Mehrkontakt-Gewebedatenverbinders 700. Der Datenverbinder 700 weist ein
Gewebeverbinderelement 710 und ein gepaartes Verbinderelement 720 auf.
Das Gewebeverbinderelement 710 gemäß 37a verfügt über ein
Gehäuse 714,
drei Sätze
von Lastfasern 304 (wobei jeder Satz sechs Lastfasern 304 hat)
und Leiter 302, die auf jeden Satz von Lastfasern 304 gewoben
sind. In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen kann das Gewebeverbinderelement 710 ferner
Masseschirme 712 und Paßstifte und/oder Löcher zum Aufnehmen
von Paßstiften
aufweisen. In Datenverbinderausführungsformen
kann jeder Signalweg einen einzelnen Leiter 302 oder alternativ
viele Leiter 302 aufweisen. Um aber bestimmte erwünschte elektrische
Signalwegeigenschaften zu erreichen, z. B. Kapazitäts-, Induktivitäts- und
Impedanzkennwerte, besteht in den meisten bevorzugten Ausführungsformen
jeder Signalweg aus einem bis vier Leitern 302. Die Leiter 302 können selbstabschließend sein.
In bestimmten weiteren bevorzugten Ausführungsformen besteht ein Signalweg
aus zwei selbstabschließenden
Leitern 302. Kommt mehr als ein (selbstabschließender oder
nicht selbstabschließender)
Leiter 302 zur Bildung eines Signalwegs zum Einsatz, sollten
die den Signalweg bildenden Leiter 302 vorzugsweise in
elektrischem Kontakt miteinander stehen. Die einen einzelnen Signalweg
aufweisenden Leiter 302 bilden allgemein einen Anschluß, der auf
der Rückseite
des Gehäuses 714 liegen
kann. Das Gewebeverbinderelement 710 hat zwölf getrennte
Signalwege, wobei vier Signalwege auf jedem der drei Sätze von
Lastfasern 304 liegen.
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Ferner
weist das Gewebeverbinderelement 710 Isolierfasern 104 auf,
die auf die Lastfasern 304 zwischen den elektrischen Signalwegen
(d. h. den Leitern 302) gewoben sind. Die Isolierfasern 104 dienen
zum elektrischen Isolieren der Signalwege voneinander in einer Richtung
entlang den Lastfasern 304. Das Gewebeverbinderelement 710 von 37a zeigt nur drei Sätze von Isolierfasern 104,
wobei ein einzelner Satz von Isolierfasern 104 auf jedem
Satz von Lastfasern 304 liegt. Der Deutlichkeit halber
wurden die Sätze
von Isolierfasern 104 entfernt. In einigen exemplarischen
Ausführungsformen
wären auch zusätzliche
Sätze von
Isolierfasern 104 zwischen den anderen Signalwegen vorhanden
(d. h. verwoben), die auf jedem Satz von Lastfasern 304 liegen. In
einigen exemplarischen Ausführungsformen
können
die Isolierfasern 104 selbstabschließend sein. Weiterhin kann in
bestimmten exemplarischen Ausführungsformen
das Gewebeverbinderelement 710 ferner Spannmechanismen
(nicht gezeigt) aufweisen, z. B. Federarme, schwingende Platten,
Federhalterungen usw., die an oder nahe den Enden der Lastfasern 304 liegen.
Diese Spannmechanismen können
fähig sein,
erwünschte
Zuglasten in den Lastfasern 304 wie zuvor diskutiert zu
erzeugen.
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Das
gepaarte Verbinderelement 720 des Datenverbinders 700 gemäß 37b weist ein Gehäuse 730, Masseschirme 732 und
drei Isoliergehäuse 728 auf.
Die Masseschirme 732 können
auf der Rückseite
der Isoliergehäuse 728 angeordnet
sein, d. h. auf einer Seite entgegengesetzt zu einer Fläche 726.
In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen kann das gepaarte
Verbinderelement 720 ferner Paßstifte und/oder Löcher zum
Aufnehmen von Paßstiften
aufweisen. Jedes Isoliergehäuse 728 hat
vier gepaarte Leiter 722, die auf einer Fläche 726 liegen. Die
gepaarten Leiter 722 sind auf den Flächen 726 so angeordnet,
daß bei
Eingriff des Gewebeverbinderelements 710 mit dem gepaarten
Verbinderelement 720 (oder umgekehrt) elektrische Verbindungen
zwischen den Kontaktpunkten der Leiter 302 und der gepaarten
Leiter 722 hergestellt sein können. Dadurch sind die Signalwege
des Datenverbinders 700 über die Leiter 302 des
Gewebeverbinderelements 710 und ihre entsprechenden gepaarten
Leiter 722 des gepaarten Verbinderelements 720 hergestellt.
Allgemein bildet der gepaarte Leiter 722 einen Anschlußpunkt,
z. B. einen Platinenanschlußstift,
der auf der Rückseite
des Gehäuses 730 liegen
kann. In exemplarischen Ausführungsformen
entsprechen die Form und Orientierung der gepaarten Leiter 722 in
der Lage auf der Fläche 726 eng
der Form und Orientierung des (der) Leiter s) 302, durch
die eine elektrische Verbindung herzustellen ist. Während des
Eingriffs stellen die Flächen 726 der
Isoliergehäuse 728 einen Eingriff
mit der Bindung aus Leitern 302 und Lastfasern 304 des
Gewebeverbinderelements 710 her. In einer exemplarischen
Ausführungsform
bilden die Flächen 726 und/oder
die gepaarten Kontaktflächen
der gepaarten Leiter 722 eine kontinuierliche konvexe Oberfläche. In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann diese konvexe Oberfläche
durch einen konstanten Krümmungsradius
festgelegt sein.
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In
der dargestellten exemplarischen Ausführungsform bildet das Gehäuse 730 Schlitze 734,
in denen die Sätze
von Lastfasern 304 untergebracht sein können, wenn das Gewebeverbinderelement 710 im
Eingriff mit dem gepaarten Verbinderelement 720 steht.
Nach dem Eingriff können
die Masseschirme 712 des Gewebeverbinderelements 710 dazu beitragen,
die gepaarten Leiter 722 des gepaarten Verbinderelements 720 abzuschirmen,
während
die Masseschirme 732 des gepaarten Verbinderelements 720 ähnlich helfen
können,
die Leiter 302 des Gewebeverbinderelements 710 elektrisch
abzuschirmen. Die Plazierung und Gestaltung von Masseschirmen 712, 732 kann
die elektrischen Eigenschaften (z. B. Kapazität und Induktivität) der Signalbahnen ändern und
für eine
Einrichtung zum Abschirmen benachbarter Signalleitungen (oder benachbarter
Differenzpaare) vor Nebensprechen und elektromagnetischer Interferenz
(EMI) bereitstellen. Durch Ändern der
Kapazität
und Induktivität
der Signalbahnen an bestimmten Punkten oder Gebieten läßt sich
die Impedanz des Signalwegs steuern. Je höher die Geschwindigkeit des
Signals, um so besser die Steuerung, die für Impedanzanpassung und EMI-Abschirmung
erforderlich ist. Die Masseebenen des Datenverbinders 700 können auf
der Rückfläche des
Isoliergehäuses 728 des
gepaarten Verbinderelements 720 und in unabhängigen Metallschirmen 712 des Gewebeverbinderelements 710 liegen.
Massestifte/-ebenen müssen
aus einem leitenden Material bestehen und sind vorzugsweise, aber
nicht unbedingt, massiv. In bevorzugten Ausführungsformen ist jeder Signalweg
in einer leitenden Masseschirm- (Koaxial- oder Twinaxial-) Struktur
enthalten. Dies kann für
die optimale Signalisolierung mit Möglichkeiten zur Reduzierung
von Signaldämpfung
und -verzerrung sorgen. Die Masseschirme 712, 732 des
Gewebeverbinderelements 710 bzw. gepaarten Ver binderelements 720 können nach
dem Eingriff miteinander in Kontakt oder nicht in Kontakt stehen,
wobei aber vorzugsweise eine gewisse kontinuierliche Masseverbindung zwischen
den beiden Hälften
des Verbinders 700 hergestellt sein sollte. Dies kann durch
Erzwingen eines gegenseitigen Kontakts der Masseschirme 712 und 732 oder
alternativ durch Verwendung eines oder mehrerer Datenstifte als
Masseverbindung zwischen den beiden Hälften geschehen.
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38–40 zeigen
noch eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Mehrkontakt-Gewebestromverbinders.
Gemäß 38 weist der Stromverbinder 800 ein Gewebeverbinderelement 810 und
ein gepaartes Verbinderelement 830 auf. Das Gewebeverbinderelement 810 verfügt über ein
Gehäuse 812,
eine Frontplatte 814, eine Stromleitung 827, eine
Rückleitung 829 sowie
Anschlußkontakte 822a, 822b.
Die Stromleitung 827 und Rückleitung 829 sind
an den Anschlußkontakten 822a bzw. 822b angeschlossen,
die auf der Rückseite
des Gewebeverbinderelements 810 liegen. Paßlöcher 816 erleichtern
das Koppeln des gepaarten Verbinderelements 830 mit dem
Gewebeverbinderelement 810 und sind in der Frontplatte 814 und
im Gehäuse 812 angeordnet.
Das gepaarte Verbinderelement 830 verfügt über ein Gehäuse 832, Paßstifte 834,
gepaarte Leiter 838a, 838b (gemäß 40) sowie Anschlußkontakte 836a, 836b.
Die gepaarten Leiter 838a, 838b sind an den Anschlußkontakten 836a bzw. 836b angeschlossen,
die auf der Rückseite
des gepaarten Verbinderelements 830 liegen.
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Das
Gewebeverbinderelement 810 des Stromverbinders 800 ist
in 39a–39b näher dargestellt. 39a zeigt das Gewebeverbinderelement 810 mit
entfernter Frontplatte 814, während 39b das
Gewebeverbinderelement 810 mit angebauter Frontplatte 814 zeigt.
Gemäß 39a weist zusätzlich
zu den Paßlöchern 816 das
Gewebeverbinderelement 810 auch Löcher 818 auf, die den
Anbau der Frontplatte 814 am Gehäuse 812 erleichtern
können.
Ferner weist das Gewebeverbinderelement 810 mehrere Lastfasern 304 und
mehrere Spannfedern 824 auf. Im exemplarischen Stromverbinder 800 werden
unterschiedliche Sätze
von Lastfasern 304 und Spannfedern 824 auf der
Seite der Stromleitung 827 und Rückleitung 829 des
Gewebeverbinder elements 810 genutzt. Die Stromleitung 827 verfügt über mehrere
Leiter 302, die auf mehrere Lastfasern 304 gemäß den Lehren
der Offenbarung gewoben sind. Ähnlich
weist die Rückleitung 829 mehrere
Leiter 302 auf. Die Leiter 302 der Rückleitung 829 sind
auf mehrere Lastfasern 304 gewoben. In einer bevorzugten
Ausführungsform sind
die Leiter 302 der Stromleitung 827 und der Rückleitung 829 selbstabschließend. In
der dargestellten exemplarischen Stromleitung 827 sind
die Leiter 302 der Stromleitung 827 jeweils auf
vier Lastfasern 304 gewoben, während die Leiter 302 der Rückleitung 829 jeweils
auf vier unterschiedliche Lastfasern 304 gewoben sind.
Die Enden der Lastfasern 304 der Seite der Stromleitung 827 des
Gewebeverbinderelements 810 sind mit Spannfedern 824 gekoppelt,
d. h. daran befestigt. In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen
umgeben die Spannfedern 824 des Gewebeverbinderelements 810 die Außenseite
der Bindungen, die aus Leitern 302 und Lastfasern 304 gebildet
sind. In anderen Ausführungsformen
brauchen die Spannfedern 824 die Bindungen dagegen nicht
zu umgeben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Lastfaser 304 mit
einer gesonderten unabhängigen
Spannfeder 824 gekoppelt, d. h. eine erste Lastfaser 304 ist
mit einer ersten Spannfeder 824 gekoppelt, eine zweite
Lastfaser 304 ist mit einer zweiten Spannfeder 824 gekoppelt,
usw. Die Enden der Lastfasern 304 der Seite der Rückleitung 829 des
Gewebeverbinderelements 810 sind ähnlich mit unabhängigen Spannfedern 824 gekoppelt.
Durch unabhängiges
Koppeln der Lastfasern 304 mit separaten Spannfedern 824 werden
die elektrischen Verbindungsfähigkeiten
des Stromverbinders 800 redundanter und ausfallsicherer.
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Wie
in der exemplarischen Ausführungsform von 39a–39b dargestellt, bilden die Leiter 302 der
Stromleitung 827 nach Weben auf die entsprechenden Lastfasern 304 eine
Geweberöhre
mit einem darin angeordneten Raum 826a. Beim Weben auf
die entsprechenden Lastfasern 304 bilden die Leiter 302 der
Rückleitung 829 eine
Geweberöhre
mit einem darin angeordneten Raum 826b. In den meisten
exemplarischen Ausführungsformen
sind die Querschnitte der Geweberöhren symmetrisch. In bestimmten
exemplarischen Ausführungsformen,
z. B. des Gewebe verbinderelements 810, sind die Querschnitte
der Geweberöhren
kreisförmig.
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40 zeigt das gepaarte Verbinderelement 830 von 38 aus einer entgegengesetzten Ansicht. Gemäß 40 weist das gepaarte Verbinderelement 830 gepaarte
Leiter 838a, 838b auf. Die gepaarten Leiter 838a, 838b sind
an Anschlußkontakten 836a bzw. 836b angeschlossen,
die auf der Rückseite
des gepaarten Verbinderelements 830 liegen. In bestimmten
exemplarischen Ausführungsformen
sind die gepaarten Leiter 838a, 838b stabförmig (z.
B. stiftförmig)
und haben gepaarte Kontaktflächen,
die entlang den gepaarten Leitern 838a, 838b über den
Umfang angeordnet sind. Die gepaarten Leiter 838a, 838b sind
geeignet so bemessen (z. B. Länge,
Breite, Durchmesser usw.), daß bei
Eingriff des gepaarten Leiterelements 830 in das Gewebeverbinderelement 810 (oder
umgekehrt) elektrische Verbindungen zwischen den Leitern 302 der
Stromleitung 827 und der Rückleitung 829 und
den gepaarten Kontaktflächen
der gepaarten Leiter 838a bzw. 838b hergestellt
sein können.
In bestimmten exemplarischen Ausführungsformen liegen die Durchmesser
der gepaarten Leiter 838 im Bereich von etwa 0,01 Inch
bis etwa 0,4 Inch.
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Wie
hierin diskutiert, kann Kontakt zwischen den Leitern 302 und
den gepaarten Kontaktflächen der
gepaarten Leiter 838 durch die Lastfasern 304 hergestellt
und beibehalten sein. Wird z. B. der gepaarte Leiter 838a des
gepaarten Leiterelements 830 in den Raum 826a der
Stromleitung 827 (des Gewebeverbinderelements 810)
eingesteckt, bewirkt der gepaarte Leiter 838a, daß sich die
Bindung aus den Leitern 302 und Lastfasern 304 der
Stromleitung 827 in Radialrichtung dehnt. Dabei dehnt sich
die Bindung in einem solchen ausreichenden Grad, daß die Enden
der Lastfasern 304, die an den Spannfedern 824 befestigt
sind, enger zusammengezogen werden. Dies zwingt die Spannfedern 824,
sich elastisch zu verformen, und Spannung wird in den Lastfasern 304 erzeugt,
was somit zu den gewünschten
Normalkontaktkräften
führt,
die an den Kontaktpunkten der Leiter 302 ausgeübt werden.
Wird ähnlich
der gepaarte Leiter 838b des gepaarten Leiterelements 830 in
den Raum 826b der Rückleitung 829 eingesteckt, bewirkt
der ge paarte Leiter 838b, daß sich die Webung aus Leitern 302/Lastfasern 304 der
Rückleitung 829 in
Radialrichtung dehnt. In der Ausführungsform des Stromverbinders 800 werden
die Zuglasten in den Lastfasern 304 durch die elastische
Verformung der Spannfedern 824 erzeugt und beibehalten; dehnt
sich die Bindung, werden die Lastfasern 304 durch die Spannfedern 824 gezogen
und somit unter Spannung gesetzt. Wie aber zuvor gezeigt, brauchen in
bestimmten Ausführungsformen
die Verbindersysteme keine Spannfedern, Federhalterungen, Federarme
usw. zu nutzen, um die Zuglasten in den Lastfasern zu erzeugen und
zu wahren.
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Bei
Eingriff des gepaarten Verbinderelements 830 mit dem Gewebeverbinderelement 810 kann
die Frontplatte 814 des Gewebeverbinderelements 810 dazu
beitragen, die gepaarten Leiter 838a, 838b zu
den Räumen 826a bzw. 826b des
Gewebeverbinderelements 810 richtig auszurichten. Ferner
dient die Frontplatte 814 zum Schutz der Bindungen des
Gewebeverbinderelements 810. Um das Einstecken der gepaarten
Leiter 838a, 838b in die Räume 826a, 826b weiter
zu erleichtern, können
die Enden der gepaarten Leiter 838a, 838b abgefast sein.
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Der
Gebrauch stabförmiger
gepaarter Leiter 838 mit entsprechenden röhrenförmigen Bindungen ermöglicht z.
B., daß der
Stromverbinder 800 raumsparender im Hinblick auf die Anzahl
elektrischer Kontaktpunkte je Volumeneinheit ist, als dies allgemein
mit anderen Arten von Mehrkontakt-Gewebestromverbindern möglich ist.
Weiterhin ermöglicht die
Nutzung dieser Anordnung den kompakten Einbau von Spannfedern, die
die Bindungen umgeben, was für
Federn mit der größten Länge und
der größten Ablenkung
unter Last für
eine solche kleine Gehäusefläche sorgt.
Da ferner der Radius der stabförmigen
gepaarten Leiter 838a, 838b recht klein gestaltet
sein kann, vergleicht man ihn mit den Gewebestromverbindersystemen
mit anderen Formen, kann folglich die Spannung verringert sein,
die in den Lastfasern 304 nötig ist, um die gewünschte Normalkontaktkraft
an den Kontaktpunkten zu erzeugen. Aus diesen Gründen kann der Stromverbinder 800 z.
B. eine Leistungsdichte erreichen, die etwa doppelt so hoch wie
die der Stromverbinder 500, 600 ist, während die
gleiche ge ringe Einsteckkraft und die Anzahl mehrerer redundanter
Kontakte gewahrt bleibt.
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Der
Stromverbinder 800 von 38–40 ist
als Kabel-Kabel-Verbinder konfiguriert und hat somit eine längere Gehäuseanordnung,
d. h. das Gehäuse 812 und 832.
Platinen-Platinen-Stromverbinder können so angeordnet sein, daß sie mit
dem dargestellten Stromverbinder 800 identisch sind, aber kürzere Gehäuse haben,
da solche Verbindergehäuse
nicht so gestaltet zu sein brauchen, daß sie den Kräften widerstehen,
die durch die Kabel ausgeübt werden.
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Der
Stromverbinder 800 weist eine Stromleitung 827 und
eine Rückleitung 829 auf.
Gemäß den Lehren
der Offenbarung kann aber in anderen Ausführungsformen das Gewebeverbinderelement
nur Stromleitungen aufweisen. So ist z. B. in einigen Ausführungsformen
die Rückleitung 829 des
Gewebeverbinderelements 810 durch eine Stromleitung 827 ersetzt.
In noch anderen Ausführungsformen
kann das Gewebeverbinderelement drei oder mehr Stromleitungen aufweisen.
Solche Ausführungsformen können ferner
auch eine oder mehrere Rückleitungen
aufweisen. Mit mehr als einer Stromleitung, die im Gewebeverbinderelement
liegt, kann Strom über den
Stromverbinder auf verteilte Weise übertragen werden. Durch Verwendung
eines Verbinders mit mehreren Stromleitungen können die einzelnen Lasten,
die über
jede Stromleitung des Verbinders übertragen werden, verringert
sein (verglichen mit einer Ausführungsform
mit einer einzelnen Stromleitung), während die gleiche Gesamtstrombelastbarkeit über den
Verbinder gewahrt bleibt.
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41 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform
eines Mehrkontakt-Gewebestromverbinders gemäß den Lehren der Offenbarung.
Der Stromverbinder 900 von 41 weist
ein Gewebeverbinderelement 910 und ein gepaartes Verbinderelement 930 auf.
Das Gewebeverbinderelement 910 verfügt über ein Gehäuse 912, eine optionale
Frontplatte (nicht gezeigt), mehrere Leiter 302, Lastfasern 304 und
Spannfedern 924 sowie einen Anschlußkontakt 922. Die
Leiter 302 bilden eine Stromleitung 827, die am
Anschlußkontakt 922 angeschlossen
ist, der auf der Rückseite
des Gewebeverbinderelements 910 liegt. Die Enden der Lastfasern 304 sind
an den Spannfedern 924 befestigt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist jede Lastfaser 304 an einer separaten unabhängigen Spannfeder 924 befestigt.
Die Leiter 302 sind auf die Lastfasern 304 gewoben,
um eine Geweberöhre
mit einem darin angeordneten Raum zu bilden. Anders als das Gewebeverbinderelement 810 des
Verbinders 800 weist aber das Gewebeverbinderelement 910 nur
eine einzelne Bindung, z. B. die Geweberöhre, auf. Somit hat das Gewebeverbinderelement 910 nur
eine einzelne Stromleitung 927; das Gewebeverbinderelement 910 weist
keine Rückleitung
auf.
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Das
gepaarte Verbinderelement 930 weist ein Gehäuse 932,
einen gepaarten Leiter 938 und einen Anschlußkontakt 936 auf.
Der gepaarte Leiter 938 ist am Anschlußkontakt 936 angeschlossen,
der auf der Rückseite
des gepaarten Verbinderelements 930 liegt. Der gepaarte
Leiter 938 ist stabförmig
und hat eine gepaarte Kontaktfläche,
die über
seine Länge über den
Umfang angeordnet ist. Der gepaarte Leiter 938 ist so geeignet
bemessen, daß beim
Koppeln des gepaarten Leiterelements 930 mit dem Gewebeverbinderelement 910 elektrische
Verbindungen zwischen den Leitern 302 der Stromleitung 927 und
den gepaarten Kontaktflächen
der gepaarten Leiter 938 hergestellt werden können. Wird
insbesondere der gepaarte Leiter 938 des gepaarten Leiterelements 930 in
den Mittelraum der Geweberöhre des
Gewebeverbinderelements 910 eingesteckt, bewirkt der gepaarte
Leiter 938, daß sich
die Bindung aus den Leitern 302 und Lastfasern 304 in
Radialrichtung dehnt. Dabei dehnt sich die Bindung in einem solchen
ausreichenden Grad, daß die
Enden der Lastfasern 304, die an den Spannfedern 924 befestigt
sind, enger zusammengezogen werden. Dies zwingt die Spannfedern 924,
sich elastisch zu verformen, und Spannung wird in den Lastfasern 304 erzeugt.
Ist der geeignete Spannungsbetrag in den Lastfasern 304 vorhanden,
werden die gewünschten Normalkontaktkräfte an den
Kontaktpunkten der Leiter 302 ausgeübt, die die Stromleitung 927 bilden.
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In
bestimmten Ausführungsformen
könnte der
Stromverbinder 900 mit einer einzelnen Stromleitung 927 ohne
Rückleitung
als "Kraftstromkabel"-"Sammelschienen"-Verbinder verwendet werden. Dem Fachmann
wird indes klar sein, daß der Stromverb- inder 900 für vielfältige andere
Verbinderanwendungen verwendet werden kann.
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Nachdem
verschiedene veranschaulichende Ausführungsformen und Aspekte beschrieben
wurden, werden dem Fachmann Abwandlungen und Änderungen deutlich sein. Solche
Abwandlungen und Änderungen
sollen zur Offenbarung gehören,
die nur zur Veranschaulichung dient und keine Einschränkung darstellen
soll. Der Schutzumfang der Erfindung richtet sich nach dem ordnungsgemäßen Aufbau
der beigefügten
Ansprüche
und ihrer Äquivalente.
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Zusammenfassung
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Mehrkontakt-Gewebestromverbinder
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Die
Offenbarung betrifft Mehrkontakt-Gewebestromverbinder,
die mindestens einen ersten Satz von Lastfasern und mindestens einen
ersten Satz von Leitern haben. Sind sie auf einen Satz von Lastfasern
gewoben, legen die Leiter einen Raum fest. Die Lastfasern können Kontaktkräfte an den
Kontaktpunkten der Leiter abgeben. Die Leiter können eine Stromleitung oder
eine Rückleitung
aufweisen. Die Stromverbinder können
auch über
Spannfedern verfügen,
die Zuglasten in den Lastfasern erzeugen können. Ferner können die
Stromverbinder gepaarte Leiter aufweisen, die mit der Kraftstrom-/Rückleitung
gekoppelt sein können.
Bei Anordnung im ersten bzw. zweiten Raum können elektrische Verbindungen
zwischen den Leitern und den gepaarten Leitern hergestellt sein.