DE19828583A1 - Elektrisches Verbinderbauteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Verbinder­ bauteil mit Anschlußmitteln zum Anschließen einer elektrischen Anschlußleitung, Verbindungsmitteln, die mit den Anschluß­ mitteln elektrisch verbunden sind und dazu ausgelegt sind, mit passenden komplementären Verbindungsmitteln eines anderen Bau­ teils elektrisch verbunden zu werden, und einem Element aus einem Ferritmaterial, das zur Abschirmung gegenüber elektro­ magnetischer Strahlung dient.

Generell gesagt betrifft die Erfindung Verbinderbauteile, und zwar unabhängig davon, ob ein einzelner Leiter oder mehrere Leiter zu verbinden sind, und ebenfalls unabhängig davon, ob das Verbinderbauteil als einzelnes Element brauchbar sein soll, um z. B. eine lösbare Verbindung mit einem elektronischen Gerät herzustellen, oder als Teil einer mehrteiligen Verbinder­ bauteil-Anordnung. Ferner soll der Begriff des Verbinder­ bauteils jeglicher Art von Stecker- oder Buchsenelement, also im Laborjargon Männchen oder Weibchen, umfassen.

Die Erfindung betrifft insbesondere solche Verbinderbauteile, die Mittel bereitstellen zum Unterdrücken von ausgestrahlten und/oder geleiteten elektromagnetischen Emissionen, die für eine geeignete Verwendung eines Gerätes nachteilig sein würden, in dem das Verbinderbauteil enthalten ist. Die Erfindung ist mit anderen Worten insbesondere auf Gebieten anwendbar, bei de­ nen eine Notwendigkeit besteht, elektrische oder elektronische Schaltungen oder Bauteile mit einem relativ niedrigen Signal­ pegel zu betreiben, da solche niedrigen Signalpegel bekanntlich am stärksten nachteilig durch Streuemissionen beeinflußt werden können. Ein Beispiel solcher Schaltungen und Bauteile sind Thermoelement-Sensorschaltungen und deren zugeordnete Bauteile.

Auf dem Gebiet der Verbinderbauteile ist die Verwendung von Ferritmaterial durch die folgenden Dokumente bekannt geworden:

• I) Die US Patente 4,699,590; 4,359,620; 3,789,263; 3,735,705; 3,987,380; 4,936,800 sowie RE 29,258 von AMP Inc.;
  II) das US Patent 5,219,305 von The Whitaker Corp.;
• III) das US Patent 3,743,978 von William Baird Fritz;
• IV) das US Patent 3,533,948 von Standford Research In­ stitute und Amplex Corporation;
• V) die ungeprüfte japanische Patentanmeldung 90-032246/05 JO 1279-584-A von AMP Corporation, die ein elektrisches Verbinderbauteil mit einem Rauschfilter offenbart, der einen Ferritkopf aufweist, der an einem Anschlußleiter angebracht ist, wobei der An­ schlußleiter durch einen zentralen Leiter eines Durchführungskondensators gebildet ist; und
• VI) das deutsche Patent 2,058,419 von AMP Inc., das ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenzfilters aus einem Ferritrohr offenbart, wobei das Ferritrohr in der Form eines stark komprimierten Rohres vor­ liegt und an dessen Außenfläche eine Beschichtung aus einem dielektrischen Material aufgeklebt ist, wobei die Schicht aus dielektrischem Material eine Elektrode in der Form einer äußeren Metallhülse trägt, und wobei eine weitere Elektrode auf ähnliche Weise an der Innenseite des Ferritrohrs vorgesehen ist. Die Beschichtung aus dielektrischem Material wird auf die Außenfläche des Ferritrohres direkt durch Elektrophorese aufgebracht.

Es ist generell bekannt, daß elektrische Signale, die von Ver­ binderbauteilen oder von benachbarten Geräten bzw. Teilen ge­ führt werden, elektromagnetischen Störungen ausgesetzt sind, die sich dadurch ergeben, daß Signale durch die Strahlung be­ nachbarter elektrischer Geräte induziert werden. Solche Störun­ gen ergeben sich daraus, daß die Anschlußleitungen zu dem Ver­ binderbauteil oder innerhalb des Verbinderbauteils als Antenne wirken, die die elektromagnetische Strahlung sensiert bzw. emp­ fängt.

Es sind verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um das Ergebnis einer solchen Störung bzw. Interferenz zu unter­ drücken. Die bisherigen Anstrengungen haben sich jedoch entweder als ungeeignet und/oder als zu teuer zu implementieren heraus­ gestellt.

Es ist beispielsweise in der Vergangenheit herausgefunden wor­ den, daß Störungen aufgrund von Streusignalen vermieden werden können, indem die Anschlußleitungen in Umhüllungen bzw. Umman­ telungen aus einem RFI-Abschirmmaterial (radio frequency inter­ ference shielding material), also einem Material zur Abschir­ mung gegenüber Funkstörungen, eingekapselt werden. Alternativ können Störungen aufgrund von Streusignalen vermieden werden, indem die Stärke von in der Nähe befindlichen Streusignal­ feldern bestimmt wird und anschließend sämtliche in der Nähe befindlichen, derartigen Quellen von den Anschlußleitungen um eine Entfernung beabstandet werden, die zum Ausschließen der Möglichkeit berechnet worden ist, daß unerwünschte Signale durch elektromagnetische Induktion aufgenommen werden. Es läßt sich leicht erkennen, daß derartige präventive Verfahren und Techniken tatsächlich kostenintensiv und ungeeignet sind. Ande­ re Versuche, Störungen aufgrund von Streusignalen zu reduzieren oder zu vermeiden, beinhalteten die Verwendung von Ferrit­ kernen.

Bislang erforderten diese Ansätze jedoch in einigen Fällen zu­ sätzliche Schaltungselemente, wie das Einsetzen eines Jumper- Kabels mit einem permanent eingeschlossenen Ferritkern, und zwar seriell angeschlossen an die Hauptleiter der Schaltung. Ungünstig und ungeeignet ist es ebenfalls, einen oder mehrere der Leiter der Schaltung mit separat aufzubringenden Ferrit­ kernen zu umgeben. Es ist auch bekannt, Ferrit-Abstandshalter bzw. -Kügelchen ("beads") zu verwenden, die geeignet an Leiter­ platten montiert oder in Verbinderbauteile eingeformt werden, die im Zusammenhang mit Computermonitoren verwendet werden.

In dem Industriezweig, in dem Thermoelement-Sensoren herge­ stellt bzw. gebraucht werden, ist es üblich, den Sensor mit einer hierauf bezogenen elektrischen Schaltung mittels eines elektrischen Verbinderbauteiles zu koppeln. Wenn Thermoelemente beispielsweise mit Meßgeräten wie Schalttafelmeßgeräten, Steu­ ergeräten und Übertragern bzw. Sendern verbunden werden, läuft das Eingangssignal von dem Sensor oder Wandler gewöhnlich über beträchtliche Entfernungen auf feinen, elektrisch leitenden, geeichten Anschlußdrähten. Die Länge und die Art solcher An­ schlußdrähte und die Umgebung, in der diese Anschlußdrähte funktionieren müssen, erzeugen häufig Umstände, die das Auftre­ ten von Streuemissionen begünstigen. In vielen Fällen werden die Anschluß- oder Signaldrähte von einem Sensor oder einem Thermoelement geeigneterweise zunächst an einem elektrischen Verbinderbauteil angebracht, um mit einem Meßgerät oder der­ gleichen gekoppelt zu werden. Sobald die Leiter des Verbinder­ bauteiles elektrisch mit der Schaltung gekoppelt sind, können EMI-Streuemissionen in die Schaltung geleitet werden. Von be­ sonderer Bedeutung sind Verbinderbauteile für Thermoelemente, die gegenüber solchen Störungen besonders empfindlich sind, und zwar aufgrund der großen Länge des leitenden Pfades der An­ schlußleiter selbst und aufgrund der hohen Eingangsimpedanz der Meßgeräte.

Der Begriff "Ferrit" bezeichnet gemäß dem gewöhnlichen Ver­ ständnis auf dem Gebiet der Elektronik ein bestimmtes Material, das eines oder mehrere Eisenoxide in bestimmter bzw. in parti­ kelförmiger Form in einem Trägermaterial aufweist. Die Verwen­ dung des Begriffes "Ferrit" soll sich im Rahmen der vorliegen­ den Anmeldung von der üblichen Definition in Lexika, wonach der Begriff ein Oberbegriff für eine Anzahl von Eisenoxiden ist, unterscheiden. Vorliegend soll der Begriff "Ferrit" so verstan­ den werden, daß er jegliches geeignete Material umfaßt, das ge­ genüber elektromagnetischen Wellen, die an oder benachbart zu einer Zone der Vervollständigung einer elektrischen Schaltung emittiert werden können, eine absorbierende und/oder abschir­ mende Wirkung aufweist. Bekannte Ferritelemente bestehen aus einem Ferritmaterial, das in eine geeignete Form gesintert ist. Andere bekannte "Ferrit"-Materialien zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störungen sind Nickel-Zink-Verbindungen und Mangan-Zink-Materialien unterschiedlicher Zusammensetzungen, wobei für eine gegebene Anwendung ein optimaler Typ ausgewählt werden kann. Es sind gepreßte Teile, Bestandteile und Materia­ lien in Pulverform bekannt.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verbinderbauteil anzugeben.

Dieses Problem wird durch ein Verbinderbauteil mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein einem elektri­ schen Verbinderbauteil zugeordnetes Mittel angegeben wird, das in der Lage ist, Streusignale herauszufiltern, die in die An­ schlüsse bzw. Anschlußleiter des Verbinderbauteiles induziert werden können.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Vor­ richtung zum Eliminieren der Wirkungen von unerwünschten Streu­ signalen in Schaltungen angegeben wird, die ein Verbinder­ bauteil oder mehrere Verbinderbauteile enthalten, wobei die Vorrichtung konstruktiv einfach und folglich relativ einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein einem elektrischen Verbinderbauteil zugeordnetes Mittel angegeben wird, um die Wirkungen von unerwünschten Streusignalen in der Schaltung oder in den Schaltungen zu eliminieren, in denen das Verbinderbauteil enthalten ist, wobei das Mittel leicht an Ver­ binderbauteile mit einem Anschluß oder mehreren Anschlüssen an­ paßbar ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein einem elektrischen Verbinderbauteil zugeordnetes Mittel angegeben wird, um die Wirkungen von unerwünschten Streusignalen in des­ sen Schaltung oder Schaltungen zu eliminieren, wobei das Mittel leicht in verschiedenen Konfigurationen hergestellt werden kann, um an unterschiedliche Schaltungsanforderungen angepaßt zu werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein einem elektrischen Verbinderbauteil zugeordnetes Mittel angegeben wird, um die Wirkungen von unerwünschten Streusignalen in des­ sen Schaltung oder Schaltungen zu eliminieren, wobei das Mittel in dem Verbinderbauteil leicht verändert und ersetzt werden kann, und zwar durch andere derartige Mittel unterschiedlicher Belastbarkeit bzw. Größe oder Wirksamkeit, und zwar je nach An­ forderung.

Es ist herausgefunden worden, daß sogenannte "weiche" Ferrit­ elemente, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, bei geeig­ netem Einsetzen in eine elektrische Schaltung als elektromagne­ tischer "Schwamm" wirken, um die Energie unerwünschter elektro­ magnetischer Wellen in den bzw. an den Leitern zu absorbieren und/oder als Verlust abzuführen ("dissipate"), denen das Fer­ ritelement zugeordnet ist.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils an­ gegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise in Explosi­ onsdarstellung, eines als Männchen ausgebildeten Steckers mit zwei Stiften- der dazu geeignet ist, eine (nicht gezeigte) Anschlußleitung mit einer Buchse bzw. Steckdose zu verbinden, die beispiels­ weise an einer anderen Anschlußleitung oder an einem Element einer Vorrichtung vorgesehen sein kann;

Fig. 2 eine Ansicht des Steckers der Fig. 1 von unten;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Steckers der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Steckers der Fig. 1 und 2 in einer Ebene senkrecht zu der Schnittebene der Fig. 3, wobei ein Abdeckabschnitt weggelassen ist;

Fig. 5 und Fig. 6 jeweilige perspektivische Ansichten des Steckers der Fig. 1 und 2 aus unterschiedlichen Winkeln bei abgenommenem Abdeckabschnitt;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine als Weibchen ausgebildete Buchse, die als komplementäres Verbinderbauteil zu dem Stecker der Fig. 1 und 2 ausgebildet ist;

Fig. 8 eine Schnittansicht der Buchse der Fig. 7;

Fig. 9 eine weitere Schnittansicht der Buchse der Fig. 7 in einer Ebene senkrecht zu der Schnittebene der Fig. 8, wobei ein Abdeckabschnitt weggelassen ist;

Fig. 10 und 11 jeweilige perspektivische Ansichten der Buchse der Fig. 7 aus unterschiedlichen Winkeln und bei ab­ genommenem Abdeckabschnitt; und

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Ferritblockes, wie er auch in den Fig. 3, 4, 8 und 9 zu sehen ist.

In den Fig. 1 bis 6 der Zeichnung ist ein Stecker 1 mit einem Gehäuse 2 gezeigt. Das Gehäuse 2 dient dazu, Stifte 3a und 3b unterschiedlichen Durchmessers zu lagern. Die Stifte 3a und 3b sind deshalb mit unterschiedlichem Durchmesser ausgeführt, um zu gewährleisten, daß der Stecker 1 mit einer entsprechenden Buchse nur in einer definierten Relativlage verbunden werden kann. An dem Gehäuse 2 des Steckers 1 läßt sich eine abnehmbare Abdeckung 4 mittels Befestigungsschrauben 5 festlegen. Die Befestigungsschrauben 5 gehen durch Durchgangslöcher 6 in der Abdeckung 4 und greifen an Innengewindeabschnitten bzw. -elementen 7 in dem bzw. an dem Gehäuse 2 an. An dem Gehäuse 2 befinden sich in einer Position unterhalb der Abdeckung 4 Gewindeanschlußstücke 8a und 8b, an denen Anschlußleitungs­ drähte mittels Schrauben 9 angebracht werden können. Die An­ schlußstücke 8a und 8b können entweder einstückig mit den Stif­ ten 3a bzw. 3b ausgeführt sein; alternativ sind sie auf sonsti­ ge Weise mit den Stiften 3a bzw. 3b elektrisch verbunden.

In dem Gehäuse 2 befindet sich ein Block 10 aus Ferritmaterial. Der Block 10 ist mit Durchgangsöffnungen 11a, 11b unterschied­ lichen Durchmessers versehen. Somit können die zwei Stifte 3a, 3b des Steckers 1 durch den Block 10 hindurchgehend montiert werden. Somit ist jeder der Stifte 3a, 3b, also jeder der Lei­ ter des Steckers 1, vollständig von dem Ferritmaterial umgeben. Der Block 10 kann ferner ohne weiteres in großen Abmessungen ausgeführt werden, um zu gewährleisten, daß eine geeignete Ab­ schirmung erhalten wird.

In den Fig. 7 bis 12 ist eine als Weibchen ausgebildete Buchse bzw. Dose 12 gezeigt. Die Konstruktion der Buchse 12 entspricht weitgehend der Konstruktion des Steckers 1 der Fig. 1 bis 6, mit der Ausnahme, daß die Stifte 3a, 3b des Steckers 1 durch Rohr- bzw. Hohlbuchsen 13a, 13b unterschiedlichen Innendurch­ messers ersetzt sind. Die Hohlbuchsen 13a, 13b sind dazu ausge­ legt, die jeweiligen Stifte 3a, 3b des Steckers 1 aufzunehmen. In der Darstellung der Fig. 8 ist zu sehen, daß die Hohlbuchse 13a durchgehend bis zu einem den Anschlußstücken 8a, 8b ent­ sprechenden Anschlußstück 18a durch den Block 10 hindurchge­ führt ist. Somit ist die Hohlbuchse 13a genauso wie die Stifte 3a, 3b vollständig von dem Ferritmaterial des Blockes umgeben. Normalerweise ist die zweite Hohlbuchse 13b genauso ausgeführt wie die Hohlbuchse 13a. In der Darstellung der Fig. 8 ist die Hohlbuchse 13b jedoch kürzer ausgeführt und reicht vom vorderen Ende der Buchse 12 nicht bis zu dem Ferritblock 10. Es ist je­ doch möglich, vorzusehen, daß die Hohlbuchse 13b einstückig mit einem beispielsweise aus Vollmaterial bestehenden Stück verbun­ den ist, das durch die entsprechende Durchgangsöffnung 11b in dem Block 10 hindurchreicht.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf Stecker und Buch­ sen mit zwei Stiften bzw. Hohlbuchsen begrenzt ist. Die Erfin­ dung könnte auch bei Elementen mit einem einzelnen elektrischen Leiter oder in Elementen mit mehr als zwei Leitern verwendet werden, z. B. in Steckern oder Buchsen mit einer Vielzahl von Stiften bzw. Hohlbuchsen. Da der Schutz gegenüber Streu­ strahlung durch das Ferritmaterial in Form eines konstruktiv einfach ausgeführten, mit Öffnungen versehenen Blockes (Block 10) ausgeführt ist, ist es möglich, die Zusammensetzung des Materials des Blockes nach Notwendigkeit zu variieren und für den beabsichtigten Zweck einfach einen Block geeigneter Zusam­ mensetzung einzusetzen.

Der Block ist zu diesem Zweck normalerweise lösbar in dem Ge­ häuse 2 des Steckers 1 oder der Buchse 12 aufgenommen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Block 10 jedoch auch dauerhaft in dem Gehäuse festgelegt sein, indem er bei­ spielsweise während eines Spritzgießvorganges des Gehäuses 2 mit eingespritzt wird.

Claims (6)

1. Elektrisches Verbinderbauteil (1; 12) mit Anschlußmitteln (8a, 8b; 18a)) zum Anschließen einer elektrischen An­ schlußleitung, Verbindungsmitteln (3a, 3b; 13a, 13b), die mit den Anschlußmitteln (8a, 8b; 18a)) elektrisch verbun­ den sind und dazu ausgelegt sind, mit passenden komplemen­ tären Verbindungsmitteln eines anderen Bauteils elektrisch verbunden zu werden, und einem Element (10) aus einem Fer­ ritmaterial, das zur Abschirmung gegenüber elektromagneti­ scher Strahlung dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferritelement (10) ein Block (10) aus Ferritmaterial ist, durch den die Verbindungsmittel (3a, 3b; 13a, 13b) zur Ab­ schirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung geführt sind.

2. Verbinderbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritblock (10) die Verbindungsmittel (3a, 3b; 13a, 13b) eng umschließt.

3. Verbinderbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsmittel wenigstens zwei unter­ schiedliche elektrisch leitende Elemente (3a, 3b; 13a, 13b) aufweisen, die mit entsprechend unterschiedlichen komple­ mentären Verbindungsmitteln verbindbar sind.

4. Verbinderbauteil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei elektrisch leitenden Elemente (3a, 3b; 13a, 13b) unterschiedliche Außenabmessungen auf­ weisen.

5. Verbinderbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei elektrisch leitenden Elemente (3a, 3b; 13a, 13b) zwei Steckerstifte (3a, 3b) oder zwei Steckerbuchsen (13a, 13b) sind, die unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen.

6. Verbinderbauteil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritblock (10) im wesentlichen quaderförmig ist und wenigstens zwei Löcher unterschiedli­ chen Durchmessers aufweist.