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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für ein oder vorzugsweise mehrere, jeweils einen Außenleiter und einen Innenleiter aufweisende Kontaktelemente.
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Die Außen- und Innenleiter derartiger Kontaktelemente können jeweils stirnseitig Kontaktstellen zur Kontaktierung eines Bauteils und insbesondere einer Leiterplatte ausbilden. Genutzt werden solche Kontaktelemente beispielsweise, um kabelförmige (Koaxial-)Leiter an die entsprechenden Kontaktstellen einer Leiterplatte anzubinden. Ebenso können solche Kontaktelemente zum elektrisch leitenden Verbinden von zwei Leiterplatten vorgesehen sein.
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Die Verbindungsvorrichtung nimmt dabei die Kontaktelemente auf und dient zudem der sicheren und dauerhaften Verbindung mit der Leiterplatte, wozu diese Befestigungsmittel aufweist. Mittels solcher Verbindungsvorrichtungen können eine Vielzahl von Kontaktelementen auf einfache Weise gleichzeitig und in einer definierten Anordnung mit einer Leiterplatte kontaktierend verbunden werden.
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Bekannt ist, derartige Verbindungsvorrichtungen zweiteilig, mit einem die Kontaktelemente aufnehmenden Hauptteil sowie einem damit lösbar verbindbaren Adapterteil, der fest mit der Leiterplatte verbunden ist, auszubilden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Verbindungsvorrichtungen einfach mit der Leiterplatte zu verschrauben.
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Die bekannten Verbindungsvorrichtungen weisen den Nachteil einer aufwändigen Fertigung und/oder Montage auf.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte gattungsgemäße Verbindungsvorrichtung anzugeben. Insbesondere sollte sich die verbesserte Verbindungsvorrichtung durch eine kostengünstige Herstellbarkeit und eine einfache Montage auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird eine gattungsgemäße Verbindungsvorrichtung für mindestens einen, vorzugsweise mehrere, (jeweils) einen Außenleiter und einen Innenleiter aufweisende Kontaktelemente, die zumindest ein das oder die Kontaktelemente aufnehmendes Gehäuse umfasst, dadurch verbessert, dass das Gehäuse eine oder mehrere Rastlaschen ausbildet, die in Ausnehmungen einer Leiterplatte eingreifen, wenn die Verbindungsvorrichtung derart zu der Leiterplatte positioniert ist, dass der Außenleiter und der Innenleiter des Kontaktelements Kontaktstellen auf der Leiterplatte kontaktieren.
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Ein erfindungsgemäßes System umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung sowie eine damit verbindbare oder verbundene Leiterplatte.
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Die Rastlaschen verbinden die Verbindungsvorrichtung auf einfache und schnelle Weise direkt mit der Leiterplatte. Dabei wird durch ein vorzugsweise federbelastetes Einrasten der Rastlaschen, die hierzu einen oder mehrere Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen können, eine Rastverbindung erzeugt, die zudem ohne weiteres wieder lösbar sein kann. Auf einen aufwändig mit der Leiterplatte verbundenen Adapter oder das aufwändige Verschrauben der Verbindungsvorrichtung mit der Leiterplatte, wie dies aus dem Stand der Technik bei gattungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen bekannt ist, kann somit verzichtet werden.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Rastlaschen das (der Leiterplatte direkt benachbarte) kontaktseitige Ende des Gehäuses überragen, wodurch diese vorteilhaft in Durchgangsöffnungen der Leiterplatte ragen können. Die Ausnehmungen, mit denen die Rastlaschen eine Rastverbindung ausbilden, können dann von dem rückseitigen Rand der Leiterplatte ausgebildet werden. Eine solche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist durch geringe Kosten gekennzeichnet, da das Einbringen von Durchgangsöffnungen in die Leiterplatte regelmäßig mit keinem großen Aufwand verbunden ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform kann zudem noch vorsehen, dass die Wände der Durchgangsöffnungen abgestuft ausgebildet sind, um alternativ nutzbare, sich durch den Abstand von den Kontaktstellen der Leiterplatte unterscheidende Ausnehmungen für die Rastlaschen auszubilden. Dadurch können die gleichen Gehäuse zur Verbindung mit unterschiedlich dicken Leiterplatten verwendet werden, ohne dass es eine Anpassung der Länge der Rastlasche bedarf.
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Eine abgestufte Ausbildung der Durchgangsöffnungen kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass die Durchgangsöffnungen abschnittsweise mit unterschiedlichen Abmessungen (insbesondere Durchmessern) und/oder mit einem radialen bzw. seitlichen Versatz in die Leiterplatte eingebracht werden.
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Die erfindungsgemäße Rastverbindung zwischen der Verbindungsvorrichtung und der Leiterplatte kann ein einfaches und schnelles Verbinden der beiden Teile ermöglichen. Insbesondere bei besonderen Anforderungen an eine dauerhafte und sichere Verbindung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung zudem noch (mindestens) ein Gewinde zur Ausbildung einer Verschraubung mit der Leiterplatte vorgesehen sein. Durch die Rastverbindung zwischen der Verbindungsvorrichtung und der Leiterplatte wird das Verschrauben erleichtert, da beide Bauelemente durch die Rastverbindung bereits positioniert sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: ein Kontaktelement zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
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2: das Kontaktelement der 1 in einer Explosionsdarstellung;
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3: das Kontaktelement der 1 und 2 in einem Längsschnitt;
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4: eine erste Ausführungsform eines Kontaktrings zur Verwendung mit dem Kontaktelement der 1 bis 3;
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5: eine zweite Ausführungsform eines Kontaktrings zur Verwendung mit dem Kontaktelement der 1 bis 3;
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6: eine dritte Ausführungsform eines Kontaktrings zur Verwendung mit dem Kontaktelement der 1 bis 3;
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7: ein System aus einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung mit Kontaktelementen gemäß den 1 bis 3 und einer Leiterplatte in einer Explosionsdarstellung.
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8: das System der 7 in einer Aufsicht;
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9: das System der 7 und 8 in einer Seitenansicht
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10: die Leiterplatte des Systems der 7 bis 9 in einer Ansicht von unten; und
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11: die Leiterplatte der 10 in einem Querschnitt.
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Die 7 bis 11 zeigen eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, mittels der mehrere, jeweils eines Innenleiter und einen den Innenleiter umgebenden Außenleiter aufweisende Kontaktelemente in einer definierten Anordnung mit den dazugehörigen Kontaktstellen von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verbunden werden können.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform für Kontaktelemente 19, die mittels der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung an die Leiterplatte angebunden werden können. Die Kontaktelemente dient in der dargestellten ausführungsform dazu, ein (Koaxial-)Kabel 1 mit der dazugehörigen Kontaktstelle einer Leiterplatte 2 (vgl. 7 bis 11) zu verbinden. Dabei sollen zwischen dem Kabel 1 und der Leiterplatte 2 Hochfrequenzsignale übertragen werden.
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Das in den 1 bis 3 dargestellte Kontaktelement 19 weist einen Innenleiter 3 (aus elektrisch leitendem Werkstoff, insbesondere einem Metall wie z. B. Kupfer und/oder Stahl) auf, der in Form eines Federkontaktstifts ausgebildet ist. Dieser umfasst eine Hülse 4 mit einem sich in längsaxialer Richtung der Hülse erstreckenden Sackloch. In diesem Sackloch ist ein Bolzen 5 beweglich gelagert ist, wobei ein Kontaktkopf des Bolzens 5 das Sackloch der Hülse 4 überragt. Der Bolzen 5 ist mittels einer (Schrauben-)Feder 6 federnd in der Hülse 4 gelagert, wobei eine Vorspannung der Feder 6 den Bolzen 5 in Richtung des offenen Endes des Sacklochs beaufschlagt. Der Kontaktkopf des Bolzens 5 weist eine halbkugelförmige Kontaktfläche auf, die für einen Kontakt mit der dazugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte 2 vorgesehen ist.
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Der Innenleiter 3 ist in Innenbohrungen von zwei Isolationskörpern 7 aus elektrisch isolierendem Werkstoff, insbesondere Kunststoff, gehalten. Dabei stützt sich die Hülse 4 mit einem in der Nähe ihres kabelseitigen Endes angeordneten ringförmigen Absatz 8 an dem kabelseitig angeordneten Isolationskörper 7 ab, während ein ringförmiger Vorsprung 9 an dem Bolzen 5 in der Nähe des Kontaktkopfs dessen federbelastetes Herausbewegen aus der Hülse 4 durch ein Anschlagen an dem kontaktseitig angeordneten Isolationskörper 7 begrenzt.
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Eine Verbindung des Innenleiters 3 des Kontaktelements 19 mit einem Innenleiter des dazugehörigen Kabels 1 erfolgt über eine Steckverbindung. Hierzu ist das rückseitige Ende der Hülse 4 in Form einer in Längsrichtung ein- oder mehrfach geschlitzten Buchse 10 ausgebildet, in die ein Stecker des Innenleiters des Kabels 1 eingesteckt wird.
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Die den Innenleiter 3 aufnehmenden Isolationskörper 7 sind in Innenbohrungen eines Außenleiters gehalten sind. Dabei ergibt sich eine koaxiale Lage von Innenleiter 3 und Außenleiter (bezogen auf deren Längsachsen). Der mehrteilig ausgebildete Außenleiter umfasst einen ersten, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteil 11, der mit einem zweiten, ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuseteil 12 verschraubt ist. Dazu bildet der erste Gehäuseteil 11 ein Außengewinde aus, das mit einem Innengewinde des zweiten Gehäuseteils 12 verschraubt ist.
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In das kabelseitige Ende des zweiten Gehäuseteils 12 ist eine Lötbuchse 13 (aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff) eingesteckt und z. B. kraftschlüssig fixiert. Die Lötbuchse 13 und der zweite Gehäuseteil 12 können aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Ein in die Aufnahmeöffnung der Lötbuchse 13 eingesteckter und somit elektrisch leitend verbundener Außenleiter des Kabels 1 wird zur Fixierung des Kabels 1 mit der Lötbuchse 13 verlötet.
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Der zweite Gehäuseteil 12 ist außenseitig von einer Feder 14 umgeben, die einer exakten Positionierung des Kontaktelements 19 in der in den 7 bis 11 dargestellten und im weiteren Verlauf noch näher beschriebenen Verbindungsvorrichtung dient.
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Die vordere längsaxiale Endfläche des Außenleiters, die für einen Kontakt mit der Kontaktstelle der Leiterplatte 2 vorgesehen ist, wird von einem Kontaktring 28 in Form eines Wellrings ausgebildet, der entlang seines Umfangs einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Dabei werden insgesamt drei Wellenberge und Wellentäler ausgebildet, wobei die Wellentäler an der Stirnfläche des ersten Gehäuseteils 11 des Außenleiters anliegt, während die Wellenberge als Kontaktstellen zum Kontaktieren der dazugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte 2 vorgesehen sind. Im Bereich der Wellentäler weist der Kontaktring 28 zudem jeweils eine radial nach außen weisende Lasche 15 auf. Die Laschen 15 sind in einem Zwischenraum, der zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und einem kraftschlüssig mit diesem verbundenen Deckel 16 ausgebildet ist, formschlüssig fixiert. Vorzugsweise sind die Laschen 15 dabei nicht wesentlich zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem Deckel 16 verspannt, so dass sich eine drehbare Befestigung des Wellrings 14 an dem Gehäuse des Außenleiters ergibt. Bei einem Kontakt des Wellrings 14 mit der Kontaktstelle der Leiterplatte 2 wird der Wellring mehr oder weniger deformiert, was infolge der elastischen Eigenschaften des beispielsweise aus Kupfer ausgebildeten Wellrings 14 zu einer Federbelastung der in Form der Wellenberge ausgebildeten Kontaktstellen führt. Die Deformation der Kontaktstellen kann dabei individuell erfolgen, wodurch ein Ausgleich eines nicht gleichmäßigen Abstands der Kontaktstelle der Leiterplatte von dem Wellring 14, insbesondere hervorgerufen durch eine nicht exakt senkrechte Ausrichtung der Längsachse des Kontaktelements 19 zu der Kontaktstelle der Leiterplatte 2, erreicht werden kann. Trotz dieser Fehlstellung ist durch die Federbelastung ein dauerhafter Kontakt aller Kontaktstellen des Wellrings 14 mit der dazugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte 2 gesichert.
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Die 4 bis 6 zeigen alternative Ausführungsformen für Kontaktringe 28, die an Stelle des Wellrings 14 bei dem Kontaktelement 19 gemäß den 1 bis 3 zum Einsatz kommen können.
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Bei den Kontaktringen 28 gemäß den 4 und 5 werden die Kontaktstellen von Federlaschen 17 ausgebildet, die einteilig mit einem ebenen, ringförmigen Grundkörper 18 des Kontaktrings 28 ausgebildet sind. Dabei sind die Kontaktlaschen 17, die bei der Ausführungsform gemäß der 4 radial nach innen weisen und bei der Ausführungsform gemäß der 5 bogenförmig um eine Mittelachse des Kontaktrings 28 angeordnet sind, geringfügig in Richtung der Mittelachse geneigt verlaufend angeordnet. Dadurch weisen die von den Federlaschen 17 ausgebildeten Kontaktstellen (in Richtung der Längsachse des Kontaktelements 19) einen definierten Abstand zu dem Grundkörper 18 auf. Diese können somit bei einem Kontakt mit der Kontaktstelle der Leiterplatte 2 individuell in Richtung des kabelseitigen Endes des Kontaktelements 19 federbelastet ausweichen. Dies ermöglicht einen Ausgleich eines nicht gleichmäßigen Abstands der Kontaktstelle der Leiterplatte 2 von dem Grundkörper 18 des Kontaktrings 28, insbesondere hervorgehoben durch eine nicht exakt parallele Ausrichtung zueinander. Trotz dieser Fehlstellung ist durch die Federbelastung ein dauerhafter Kontakt aller Kontaktstellen des Kontaktelements 19 mit der dazugehörigen Kontaktstelle der Leiterplatte 2 gesichert.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 6 ist der Kontaktring 28 aus Metallfilz ausgebildet, d. h. dieser besteht aus einer Vielzahl von metallischen Fasern oder Drähten, die ungeordnet ineinander verschlungen sind. Mehrere der Fasern bilden eine oder mehrere Kontaktstellen aus, die infolge einer elastischen Deformation der einzelnen Fasern sowie einer Relativbewegung der Fasern untereinander bei einem Kontakt mit der Kontaktstelle der Leiterplatte 2 elastisch ausweichen können. Auch diese Ausführungsform eines Kontaktrings 28 ermöglicht einen dauerhaften Kontakt und somit eine sichere Übertragung der Hochfrequenzsignale zwischen dem Kabel 1 und der Leiterplatte 2.
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Die 7 bis 11 zeigen eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, mittels der mehrere Kontaktelementen 19, wie sie beispielsweise in den 1 bis 3 dargestellt sind, an die Leiterplatte 2 angebunden werden können.
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Die Verbindungsvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem unteren Gehäuseteil 20 und einem oberen Gehäuseteil 21. Das untere Gehäuseteil 20 weist eine der Anzahl an Kontaktelementen 19 entsprechende Anzahl an Durchgangsöffnungen auf, in die jeweils ein Kontaktelement 19 eingesteckt ist. Im Bereich derjenigen Außenfläche des unteren Gehäuseteils 20, die zu der Leiterplatte 2 direkt benachbart ist (Kontaktseite), ist innerhalb der Durchgangsöffnungen jeweils ein ringförmiger, den Durchmesser der Durchgangsöffnungen verkleinernder Absatz vorgesehen. An diesen Absätzen stützen sich die in den Durchgangsöffnungen aufgenommenen Kontaktelemente 19 kontaktseitig ab. Dabei ist der von den Absätzen ausgebildete Durchmesser der Durchgangsöffnungen so groß, dass die stirnseitig an dem Außenleiter der Kontaktelemente 19 ausgebildeten Kontaktstellen hindurch- und dadurch das untere Gehäuseteil überragen.
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Das obere Gehäuseteil 21 umgibt die kabelseitigen Enden der Kontaktelemente 19. Innerhalb des oberen Gehäuseteils 21 ist ein Gegenhalter 22 angeordnet, der im Wesentlichen die gleichen Außenabmessungen wie das untere Gehäuseteil 20 und zudem ebenfalls eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, in die jeweils das kabelseitige Ende des Außenleiters eines der Kontaktelemente 19 eingesteckt ist. Dabei ist der Durchmesser der Durchgangsöffnungen nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der kabelseitigen Enden der Kontaktelemente 19, wodurch sich die kabelseitigen Enden der auf die zweiten Gehäuseteile 12 der Außenleiter der Kontaktelemente 19 aufgesteckten Federn 14 an dem Gegenhalter 22 abstützen. In Verbindung mit der vorderseitigen Abstützung der Federn 19 an einem ringförmigen Absatz des zweiten Gehäuseteils 12 des Außenleiters der Kontaktteile 19 kann dadurch im montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung eine Federvorspannung erreicht werden, durch die die Kontaktelemente 19 gegen die Absätze in den Durchgangsöffnungen des unteren Gehäuseteils 21 gedrückt werden. Dadurch soll insbesondere ein guter Kontakt der Kontaktstellen der Außenleiter der Kontaktteile 19 mit den dazugehörigen Kontaktstellen der Leiterplatte 2 gewährleistet werden.
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Eine Verbindung zwischen dem unteren Gehäuseteil 20, dem Gegenhalter 22 sowie dem oberen Gehäuseteil 21 kann auf beliebige Art erfolgen. Bevorzugt ist eine lösbare Verbindung, die beispielsweise durch eine Rastverbindung ausgebildet sein kann.
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An den Längsseiten des unteren Gehäuseteils 20 sind jeweils zwei Rastlaschen 23 aus einem elastischen, vorzugsweise metallischen Werkstoff (z. B. Stahl) befestigt. Die Rastlaschen 23 überragen die Kontaktseite des unteren Gehäuseteils 20 und ragen dadurch in Durchgangsöffnungen 24 der Leiterplatte 2. Jede der Rastlaschen 24 bildet mindestens einen Vorsprung aus, der hinter den Rand der dazugehörigen Durchgangsöffnung 24 der Leiterplatte 2 greift, wodurch eine Rastverbindung zwischen der Verbindungsvorrichtung und der Leiterplatte 2 hergestellt wird.
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Wie insbesondere aus der 11 ersichtlich ist, sind die Durchgangsöffnungen 24 der Leiterplatte 2 abgestuft ausgebildet. Jede der Stufen (dargestellt sind zwei, mehr als zwei können vorteilhaft vorgesehen sein) bildet einen Rand aus, hinter den der Vorsprung der dazugehörigen Rastlasche 23 der Verbindungsvorrichtung greifen kann. Die sich durch ihren Abstand von der kontaktseitigen Oberfläche der Leiterplatte 2 unterscheidenden Stufen der Durchgangsöffnungen 24 ermöglichen ein einfaches und sicheres Verbinden der Verbindungsvorrichtung mit der Leiterplatte 2 auch bei vergleichsweise großen, toleranzbedingten Dimensionsabweichungen, insbesondere der Bauteile der Verbindungsvorrichtung.
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Das untere Gehäuseteil 20 der Verbindungsvorrichtung weist noch zwei zusätzliche Durchgangsöffnungen auf, die neben den Durchgangsöffnungen für die Kontaktelemente 19 angeordnet und – wie diese – an der Kontaktseite des unteren Gehäuseteils 20 einen ringförmigen Absatz zur Durchmesserverkleinerung aufweisen. Diese zwei Durchgangsöffnungen nehmen jeweils eine Gewindehülse 25 auf, die vorzugsweise aus Metall ausgebildet ist. In diese Gewindehülsen 25 (mit Innengewinde) kann jeweils das Außengewinde einer Befestigungsschraube 26 eingeschraubt werden. Die Befestigungsschrauben 26 ragen dann durch zusätzliche Durchgangsöffnungen 27 der Leiterplatte 2 und stützten sich an der der Kontaktseite gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte 2 ab. Dadurch kann die Verbindungsvorrichtung optional, insbesondere bei besonderen Anforderungen an eine dauerhaft sichere Befestigung, mit der Leiterplatte 2 verschraubt werden. Die Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben sind mit einem relativ großen Durchmesser und – optional – mit einer randseitigen Riffelung versehen, die ein manuelles Festziehen und Lösen der Verschraubung möglich macht.
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Die Dimensionierung der Elemente der Verbindungsvorrichtung und der Leiterplatte 2 sowie die Auslegung der Federsteifigkeiten der Federn 6, 14 sowie der federnd wirkenden Kontaktringe 28 der Kontaktelemente 19 sind vorzugsweise so gewählt, dass die Kontaktseite des unteren Gehäuseteils 20 der Verbindungsvorrichtung nicht direkt an der benachbarten Oberfläche der Leiterplatte 2 anliegt; vielmehr soll ein kleiner Spalt verbleiben. Anderenfalls könnte ein Anliegen des unteren Gehäuseteils 20 an der Leiterplatte 2 einen definierten federbelasteten Kontakt der Innen- und/oder Außenleiter (bzw. der von den Kontaktringen 28 ausgebildeten Kontaktstellen) einzelner oder aller der Kontaktelemente 19 behindern.
