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Steckverbindung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
lösbarren elektrischen Verbindung sich gegenüberliegender Kontaktstellen, insbesondere
von Leitungen einer einseitig B<luelemen+e vorzugsweise Mikrobausteine tragende
Plattenbaugruppe mit Leitungen einer z.B. mehrlagigen Verdrahtungsplatte an vorgegebenen
Rasterpunkten.
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Der stindig zunehmende Einsatz von schnellen integrierten Schaltkreisen
in Form von Mikrobausteinen beim Aufbau von großen elektronischen Systemen, insbesondere
von Datenverarbeitungsanlagen, hat nicht nur eine Verringerung des Platzbedarfes
zur Folge, sondern ermöglicht vor allem wegen der dringen erforerlichen Leitungslängen
eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, Eine weitere Verbesserung des Schaltverhaltens
ergibt sich durch die Ausbildung der Signalleitungen als Streifenleitungen mit definiertem
wellenwiderstand, Hierzu werden die Mikrobausteine vorwiegend auf einem plattenförmigen,
mehrschichtigen Träger aus Isoliermaterial aufgebaut, wobei auf jeder Schicht geätzte
Leiterbahnen angeordnet sind.
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Kürzeste Signalleitungen mit einem definierten und in Grenzen wählbaren
Wellenwiderstand und somit höchste Sohaltgeschwindigkeit würde man erhalten, wenn
man alle Mikrobausteine eines Systems in einer einzigen Großbaugruppe unterbringen
würde. Dem widerspricht jedoch die Forderung, eine Anlage aus kleinen, leicht lösbaren
Baugruppen aufzubauen, um eine rasche Wartung zu ermögllehen.
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Es ist bekannt, jeweils eine unzahl von Mikrobausteinen, die selbst
aus mehreren Gatter- und oder Kippschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik
bestehen, in steckbaren Flachbaugruppen zu vereinigen. Eine solche Baugruppe besteht
aus einer mehrlagigen Leiterplatte, auf der integrierte Bausteine eingelötet sind.
Sie wird über Steckkontakte mit einer Verdrahtungsplatte verbunden, die vor allem
zur Herstellung definierter Wellenwiderstände der Signalleitungen, aber auch zur
Erzielung einer hohen effektiven Leiterdichte ebenfalls mehrlagig ausgeführt ist.
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Das Schema einer gebräuchlichen Steckverbindung (Elcktronik 1966,
Heft 10, Seiten 311 bis 315) zeigt die Fig. 1. Die Flachbaugruppen werden direkt
gesteckt. Die fUr die Vertindung vorgesehenen Leiterbahnen sind in der Nähe einer
Seitenkante in der Leiterplatte 1 verbreitert und galvanisch verstärkt. Am Punkt
a haben sie kontakt mit den Kontaktfedern 2 des Steckers 3. Die Kontaktfedern sind
am Punkt B mit den Leiterbahnen der mehrlagigen Verdrahtungsplatte verlötet. Da
die Kontaktfedern am Punkt A einen ausreichend hohen Kontaktdruck hervorrufen sollen,
der sich auch bei häufigem Stecken nicht wesentlich verringern darf, muß ihre freie
Länge genügend groß sein. Sie müssen außerdem in dem Isolierteil des Steckers fest
gelagert sein, da die Verdrahtungsplatte 4 das durch die seitliche Auslenkung der
Feder verursachte Drehmoment nicht aufnehmen kann. Damit ergibt sich aber zwischen
den Punkten a und B eins Entiernung von etwa 15 bis 20 mm, die aus konstruktiven
Gründen kaum unterschritten werden kann0 Durch die Kontaktfedern gebildeten relativ
langen leitungsabschnitte begünstigen nicht nur das Übersprechen zwischejn benschbarten
Leitungenm sondern besitzen such einen wesentlich höheren Wellenwiderstand als die
Streifenleitkungen auf dem mehrlagigen aufbau- und Verdrahtungsplatten. Die Btoßstellen
verursauchen eine Verformung der Impulse, die über diese Leitusgabschnitte laufen.
Da bis zur eigentlichen Aswertung bzw. Wekterverarteitung der Impulse
d
Abklingen der Einschwingvorgänge erst abgewartet werden muß, entsteht daraus eine
Verminderung der Schaltgeschwin digkeit. .wnr kann durch Anbringen der Erdungsplatte
3a (Fig. 1) an der Außenseite des Steckers das L C-Verhälltnis des Leitungsabschnittes
innerhalb des Steckers verringert und damit das Leitungsverhalten verbessert werden,
doch gelingt die Anpassung an den verhältnismäßig niedrigen Wellenwiderstand der
Streifenleitungen nicht. Wenngleich grundsätzlich auch die erforderlichen Maßnahmen
für die Herstellung stoßfreier Steckvervindungen bekannt sind* so verbietet sich
ihre Anwendung in den vorliegenden Fällen regelmäßig aus Gründen des Platzbedarfes
und des aufwandes. Insbesondere beim Aufbau eines Systems mit integrierten Bausteinen
muß praktisch ,je3er der zur Verfigung stehenden Rasterpunkte im Abstand von ,54
mm mit einem Signalsteckkontakt bestückt werden.
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Eine bereits vorgeschlagene Steckvorrichtung geht von der tberlegung
aus, die obigen Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man die Längen der über die
Steckvorrichtung führenden Signalwege verkürzt, um so die Reflektion an den vorhandenen
Stoßstellen auf ein nicht mehr störendes Maß zu verringern.
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Bei dieser Steckvorrichtung stecken starre Stifte auf der nichtbestückten
Seite der Bauplatte. Diese Stifte sind durch eine Stiftplatte mechanisch gehaltert.
Ein Gegenstück trägt federnde Stifte. Der Kontakt zwischen Baugruppe und Bauplatte
kommt dadurch zustande, daß in jedes Durchkontaktierungsloch der Bauplatte ein Stiftpaar
eingeführt wird, das sich in dem Durchkontaktierungsloch verkeilt. Ein Nachteil
dieser Steckvorrichtung besteht in den hohen Toleranzanforderungen an die Stifte
und Bohrungen, da jeweils mehr als 300 Stifte gleichzeitig gesteckt werden inüssene
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lösbare Vorrichtung zum Verbinden
von Kontaktstellen zu schaffen, die auch für Schaltungsanordnungen, die mit Impulslängen
im
Scbnanosekundenbereich arbeiten, noch brauchbar ist und die nur
geringe Anforderungen an die Herstellungstoleranzen stellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu verbindenden,
sich gegenüberliegenden Kontaktstellen als Kontaktierungefläche bzw. Kontaktierungsloch
ausgeführt sind, und daß in das Kontaktierungsloeh ein Kontaktstift eingelegt ist,
, auf desnen abgeschrägtes Ende in axialer Richtung eine kraft so wirkt, daß der
Kontaktstift im JKontaktierungeloch verkeilt und gegen die Kontaktierungsfläche
gepreßt wird.
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Um die Leitungen einer einseitig Bauelemente, vorzugsweise Mikrobausteine
tragenden Baugruppe mit Leitungen einer z.B.
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mehrlagigen Verdrahtungeplatte zu verbinden, besteht ein Auführungsbeispiel
der Vorrichtung nach der Erfindung darin, daß ein Raster von Kontaktierungsflächen
auf der nicht mit Bausteinen bestückten Seite der Bauplatte einem Raster von Kontaktierungslöchern
einer Verdrahtungsplatte gegnüberliegen, daß die in die Kontaktierungslöcher eingelegten
Kontaktstifte mit ihrem abgeschrägten Ende in rasterförmig angeordnetze Kammern
eines Steckerkörpers reichen, und daß Je ein in einer Bohrung des Steokerkörpers
geführter Druckstift die Kraft einer Feder, die in je einer Federkammer des Steckerkörpers
zwischen Druckstift und abnehmbaren Deckel des Stekkerkörpers eingespannt ist, auf
den Kontaktstift überträgt.
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Eine rortellhafte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch einen Kontaktstift,
der an dem Ende, mit dem er gegen die Kontaktlerungsflche gepreßt wird, abgerundet
ist und der am anderen Ende ein in einem Winkel von etwa 450 befestigtes Umlenkplättchen
trägt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch
einen Druckstift, der an dem Ende, mit der er gegen das
abeschrägte
Ende des Kontaktstiftes gepreßt wird, abgerurltlet ist, und der am anderen Ende
einen Teller trägt, der als Widerlager einer Feder dient.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung
ist gekennzeichnet durch einen abnehmbaren Deckel des Steckerkörpers, der im Bereich
der Federnkammern eine Metallisierung und eine Durchkontaktierung aufweist.
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Die mit. der Erfindung erzielten.Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die Signalwege um ein Vielfaches verkürzt werden, so daß ein Ubersprechen zwischen
benachbarten Leitungen praktisch ausgeschaltet und der Wellenwiderstand sehr klein
gehalten wird. Es werden keine hohen Anforderungen an die Herstellungsteleranzen
gestellt. Die Steckvorrichtung nach der Erfindung kann leicht zusammengebaut und
zerlegt werden.
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Es können alle einzelnen Teile leicht ausgewechselt werden.
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Der Stecker ist im 3etrieb völlig unempfindlich, da alle Kontaktteile
geschützt sind. Weitere Vorteile werden anhand eines Ausführungsbeispieles aufgezeigt,
das in den Figuren dargestellt und im folgenden näher beschrieben ist.
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Es zeigen Fig. 1 eine bekannte Steckverbindung im Querschnitt, Fig.
2 den prinzipiellen Aufbau der Vorricvhtung nach der Erfindung, Fig. 3 einen Ausschnitt
eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung im Querschnitt.
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Die Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise der
Vorrichtung nach der Erfindung. Die sich gegenüberliegenden Kontaktstellen, die
lösbar miteinander elektrisch verbunden werden sollen, sind ausgebildet als Kontaktfläche
6 und als durchgehendes Kontaktierungsloch 7. In das Kontaktierungsloch 7 ist ein
Kontaktstift 8 eingelegt, der ein abgeschrägtes
Ende 1C aufweist.
Gegen dieses abgeschrägte Ende 10 wirkt eine Kraft P in axialer Richtung des Rontaktstiites
8, preßt den Kontaktstift 8 gegen die Kontaktierungsfläche 6 und verkeilt ihn gleichzeitig
im Kontaktierungsloch 7, wodurch eine sichere elektrische Verbindung zwischen den
beiden Kontaktstellen erreicht wisdo Die Fg. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
der Plattenbaugruppe 1 zusammen mit der Verdrahtungsplatte 2 und dem Steckerkörper
3. Die Plattenbaugruppe 1 ist auf einer Seite mit Mikrobausteinen 4 bestückt. Die
Mikrobausteine 4 sind mittels Durchkontaktierungen 5 mit den auf den gegenüberliegenden
Seiten befindlichen Kontaktierungeflächen, die ein Raster bilden, verbunden.
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Diese Kontaktierungsflächen 6 sollen mit den durchgehenden Kontaktierungeläjchtern
7 einer Verdrahtungeplatte 2 elektrisch verbunden werden. Dazu sind in die Kontaktierungslöcher
7 der Verdrahtuhngsplatte 2 Kontaktstifte 8 eingelegt. Diese Kontaktstifte 8, die
wahlweise eckigen oder runden Querschnitt haben können, sind an dem einen Ende 9
abgerundet. Mit ihrem anderen Ende 10, an den ein Umlenkplättchen 11 im Winkel von
etwa 450 befestigt ist, reichen die Kontaktstifte 8 in eine Kammer 12 eines Steckerkörpers
3. Dieses Umlenkplättchen 11 dient dazu, die axiale Kraft F, die auf den Kontaktstift
8 wirkt, in eine axiale Komponente Fa und eine radiale Kompenente Fr zu zerlegen,
so daß die Kontaktstifte 8 gegen die Kontaktierungsflächen 6 der Plattenbaugruppe
1 gedrückt und im Kontaktierungsloch 7 verkeilt werden Diese Kontaktetifte sind
einzeln in die Durchkontaktierungslöcher 7 der Verdrahtungsplatte 2 eingelegt, und
zwar so, daß benachbarte Umlenkplättchen 11 um 1800 gegeneinander verdreht sind,
damit keine Horizentalkräfte auftreten. Auf dieses Raster von Kontakt; steften 8
ist ein Steckerkörper 3 aufgesetzt und mit zwei Halteschrauben, die in Fig. 3 nicht
dargestellt sind, an der Verdrahtrungsplatte 2 befestigt. Der Steckerkörper 3 enthält
die
Druckstifte 13 und die Druckfedern 14, welche den Axialdruck auf die Kontaktstifte
8 erzeugen. Der Druckstift 13, der die Kraft der Feder 14 auf den Kontaktstift 8
überträgt, ist an einem Ende 15 abgerundet, Am anderen Ende 16 trägt er einen Teller
17, der als Widerlager für die Druckfeder 14 dient. Um di Bauhöhe der Steckyorrichtung
gering zu halten, ist der Druckstift 13 so kurz ausgeführt, daß gerade noch eine
gute axiale Führung in der Bohrung 18 des Steckerkdrpers 3 gesichert ist. In Fig.
9 ist als druckerzeugendes Element eine Schraubenfeder 14 dargestellt. Derselbe
Zweck kann mit jeder anderen Feder, z.B. Teller- oder Stiftfeder erreicht werten.
Die Druckstifte t3 und die Federn 14 können einzeln in ihre PUhrungen 18 bzw. in
die Federkammern 19 eingelegt werden und sind somit leicht auswechselbar. Die Federn
14 sind durch einen abnehmbaren Deckel 20 vorgespannt und fixiert. Der Deckel 20
besitzt im Bereich der Federkammer 19 eine Metallisierung 21 und eine Durchkontaktierung
22, damit von außen das elektrische Potential des Kontaktes gemessen werden kann.
Ein besonderer Vorteil der Steckvorrichtung ist der problemlose Steckvorgang. Die
Plattenbaugruppe wird zunächst praktisch ohne Kraft auf ihren Sitzplatz auf der
mit dem Steckerkörper verbundenen Verdrahtungsplatte gebracht und dabei durch Führungsleisten
positioniert. Erst dann wird die erforderliche Kontaktierungskraft durch Verschrauben
der Plattenbaugruppe mit der Verdrahtungsplatte aufgebracht.
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3 Figuren 6 Patentansprüche