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Steckverbindung zum lösbaren Verbinden von elektrischen Anschlüssen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steckverbindung zum lösbarren Verbinden elektrischer
Anschlüsse einer Baugruppe, bestehend aus einer einseitig Mikrobausteine tragenden,
mehrlagigen Leiterplatte und einem Anschlußkörper mit Leitungen einer ebenfalls
mehrlagigen Verdrahtungeplatte, die den Kontaktflächen des Anschlußkörpers zugeordnet,
durchgehende, mit einzelnen Leitungen galvanisch ve#rbundene Kontaktierungsbohrungen
besitzt', in die Kontaktstifte unter Federdruck eintauchen und dabei zwischen den
Kontaktierungsbohruiigen und den Kontaktflächen der Baugruppe einen elektrischen
Kontakt herstellen.
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Der ständig zunehmende Einsatz von schnellen integrierten Schaltkreisen
in Form von Mikrobausteinen beim Aufbau von großen elektronischen Systemen, insbesondere
von Datenverarbeitungsanlagen, hat den Platzbedarf vermindert und wegen der geringen
erforderlichen Leitungslängen die Schaltgeschwindigkeit erhöht. Man hat die Signalleitungen
als Streifenleitungen mit deMd~ertem Wellenwiderstand ausgebildet und damit eine
weitere Verbesserung des Schaltverhaltens erzielt. Dazu werden die Niikrobausteine
vorwiegend auf einem plattenförmigen mehrschichtigen Träger aus lsoliermaterial,
der Beiterplatte, aufgebaut, wobei auf jeder Schicht geätzte lisiterbahnen angeordnet
sind.
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Kürzeste Signalleitungen mit einem definierten und in Grenze wählbaren
Wellenwiderstand und somit höchste Schaltgeschwi.ndigkeit würde man erhalten, wenn
man alle Mikrobausteine eines
Systemes- in einer einzigen Großbaugruppe
unterbringen könnte.
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Dem widerspricht jedoch die Forderung, eine Anlage aus#kleinen, leicht
lösbaren Baugruppen aufzubauen, um eine rasche und einfachere Wartung zu ermöglichen.
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Es ist bekannt, jeweils eine Anzahl von Mikrobausteinen, die selbst
aus mehreren Gattern und/oder Kippschaltungen in integrierter Schaltkreistechnik
bestehen, in steckbaren Flachbaugruppen zu vereinigen. Dabei besteht eine Plachbaugruppe
aus einer mehrlagigen Leiterplatte, auf der integrierte Bausteine eingelötet sind.
Sie wird über Steckkontakte mit einer Verdrahtungsplatte verbunden, die vor allem,
um definierte Wellenwiderstände der Signalleitungen, aber auch eine hohe effektive
Leiterdichte zu erreichen ebenfalls mehrlagig ausgeführt ist.
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Diese Flachbaugruppen werden direkt gesteckt. Dazu sind die Leiterbahnen
an ihrem Anschlußende in der Nähe einer Seitenkante der ieiterplatte verbreitert
und galvanisch verstärkt.
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Sie haben Kontakt mit den Kontaktfedern eines Steckers, die mit den
Beiterbahnen-der mehrlagige#n Verdrahtungsplatte verlötet sind. Da die Kontaktfedern
einen ausreichend hohen Kontakt druck hervorrufen sollen, der sich auch bei häufigem
Stecken nicht wesentlich verringern darf, muß ihre freie Länge genügend groß sein.
Außerdem müssen sie in dem Isolierteil des Steckers festsitzen, da die Verdrahtungsplatte
das durch die seitliche Auslenkung der Feder verursachte Drehmoment nicht aufnehmen
kann. Dadurch bilden die Kontaktfedern relativ lange Leitungsabschnitte, die aus
konstruktiven Gründen kaum unterschritten werden können, die das Übersprechen zwischen
den benachbarten Leitungen begünstigen und darüberhinaus auch einen wesentlich-
höheren Wellenwiderstand als die Streifenleitungen auf den mehrlagigen Leiterpiatten
und Verdrahtungsplatten besItzen.
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Diese Stoßstellen verursachen eine impulsverformung. Da bis
zur
eigentlichen Auswertung bzw. Weiterverarbeitung der Impulse das Abklingen der Einschwingvorgänge
erst abgewartet werden muß, ergibt sich außerdem eine Verminderung der Schaltgeschwindigkeit.
Zwar kann durch Erdungsplatten an der Außenseite des Steckers das H B/C-Verhältnis
des Beitungsabschnittes innerhalb des Steckers verringert und damit das Beitungsverhalten
verbessert werden. Doch gelingt die Anpassung an den verhältnismäßig niedrigen Wellenwiderstand
-der Streifenleitungen nicht. Wenngleich grundsätzlich auch die erforderlichen Maßnahmen
für die Herstellung stoßfreier Steckverbindungen bekannt sind, so verbietet sich
ihre Anwendung in den vorliegenden Fällen regelmäßig aus Gründen des Platzbedarfes
und des Aufwandes. Insbesondere beim Aufbau eines Systemes mit integrierten Bausteinen
muß praktisch jeder der zur Verfügung stehenden Rasterpunkte im Abstand von wenigen
Millimetern mit einem Signalsteckkontakt bestückt werden.
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Eine bereits vorgeschlagene Steckvorrichtung geht von der Überlegung
aus, die obigen Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man die Längen der über die
Steckvorrichtung führenden Signalwege verkürzt, um so die Reflexion an den vorhandenen
Stoßstellen auf ein nicht mehr störendes Maß zu verringern.
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Dazu stecken starre Stifte auf der nicht bestückten Seite der Leiterplatte.
Diese Stifte sind durch eine Stiftplatte mechanisch gehaltert. Ein Gegenstück trägt
federnde Stifte.
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Der Kontakt zwischen der Leiterplatte und der Verdrahtungsplatte kommt
dadurch zustande, daß in jedes Eontaktierungsloch der Verdrahtungsplatte ein Stiftpaar
eingeführt wird, das sich in diesem Loch verkeilt. Ein Nachteil dieser Steckvorrichtung
besteht in den hohen Toleranzanforderungen an die Stifte und Bohrungen, da jeweils
mehr als 300 Stifte gleichzeitig gesteckt werden müssen.
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Deshalb wurde weiterhin bereitæ vorgeschlagen, die zu verbindenden
sich gegenüberliegenden Kontaktstellen als Kontakt-
'fläche bzw.
Kontaktierungsloch auszuführen und in das Kontaktierungsloch einen Kontaktstift
einzulegen, auf dessen abgeschrägtes Ende in axialer Richtung eine Kraft derart
wirkt, daß sich der Kontaktstift im Koiitaktierungsloch verkeilt und gegen die Kontaktfläche
gepreßt wird. Für eine einwandfreie Funktion dieser Steckverbindung müssen allerdings
glatte Oberflächen an den Berührungsstellen vorhanden sein, um die Reibung klein
zu halten. Die Herstellung hinreichend glatter Oberflächen ist aber fertigungstechnisch
aufwendig und verursacht daher zusätzliche Kosten, die wirtschaftlich nicht- tragbar#
sind.
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Der Erfind#ung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung
zum lösbaren Verbinden elektrischer Anschlüsse einer Baugruppe, bestehend aus einer
einseitig Mikrobausteine tragenden, mehrlagigen Leiterplatte und aus einem Anschlußkörper,
mit Leitungen einer ebenfalls mehrlagigen Verdrahtungsplatte zu schaffen, die den
Kontaktflächen des Anschlußkörpers zugeordnet, durchgehende mit einzelnen Leitungen
galvanisch verbundene Kontaktierungsbohrungen besitzt, in die Kontaktierungsstifte
unter Federdruck eintauchen und dabei ohne Reibungseinfluß zwischen den Kontaktierungsbohrungen
und den Kontakt flächen einen elektri schein Kontakt herstellen.
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Diese aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lötaugen
derder Kbntäktierungsbohrungen auf einer-Seite der Verdrahtungsplatte federnde Elemente
tragen, die sich im montierten Zustand der Steckverbindung unter dem Druck der Kontaktstifte
an die Kontaktflächen der Baugruppe andrücken. Während bei der vorgeschlagenen und
oben beschriebenen SteckVerbindung ein Kontaktstift durch eine axiale Kraft gegen
die Baugruppe und durch eine radiale Kraftkomponente gegen die Wandung der Kontaktierungsbohrung
gepreßt wird, tritt bei der erfindungsgemäßen Lösung nur eine axial gerichtete Kraft
-auf, mit der der Kontaktstift die mit der
Yerdrahfungsplatte verbundene
Kontaktfahne gegen die Kontaktierungsfläche der Baugruppe drückt und damit den Kontakt
herstellt. Die Kontak#tstifte sind daher mit genügend Spiel in den Kontaktierungsbohrungen
der Verdrahtungsplatte anzuordnen, so daß der Einfluß der Reibung vernachlässigbar
ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jedes federnde
Element-als Blattfeder ausgebildet, als Kontaktfahne in seiner Form einem Lötauge
der Verdrahtungsplatte nachgebildet ist, dieses überdeckt und jeweils auf einer
Nase einseitig festgelegt ist, die jedes -Lötauge besitzt.
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Dabei können die Kontaktfahnen gemäß einer anderen Weiterbildung #n
die Nase der Lötaugen angelötet oder angeschweißt sein. Dadurch wird es mit einfachen
Mitteln möglich, beliebig oft lösbare Verbindungen der elektrischen Anschlüsse der
Baugruppe mit denen der Verdrahtungsplatte mit kurzen Signalweglängen zu schaffen,
die über die-ganze Fläche einer Baugruppe hinweg auch ohne hohe Toleranzanforderungen
die gleichen elektrischen Eigenschaften besitzen und damit sehr zuverlässig sind.
Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Dabei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete
Steckverbindung, Fig. 2 eine Anordnung der Kontaktfahnen in einem Schnitt, der duch
die in Fig. 1 dargestellte Steckverbindung entlang der Schnittlinie AB geführt ist,
Fig. 3 einen weiteren Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Steckverbindung
in einem kleineren Maßstab, aus dem hervorgeht, wie die Baugruppen auf der Verdrahtungsplatte
festgelegt sind.
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In Fig. 1 ist eine Leiterplatte 1 gezeigt, die einseitig mit integrierten
Schaltkreisen, den Mikrobausteinen 2 bestückt ist und von einem Anschlußkörper 3
getragen wird, dessen durchgehende Leitungsverbindungen in Kontaktflächen 4 enden.
Auf der Unterseite des Anschlußkörpers 3 liegt eine mehrlagige Verdrahtungsplatte
5, die eine Vielzahl von durchgehenden Kontaktierungsbohrungen 6 enthält, die matrixförmig
angeordnet sind und leitfähige Wandungen besitzen, mit denen einzelne Leitungen
der Verdrahtungsplatte 5 galvanisch verbunden sind. Die Kontaktierungsbohrungen
6 der Verdrahtungsplatte 5 enden auf beiden Seiten dieser Verdrahtungsplatte in
Lötaugen 7. In den Kontaktierungsbohrungen 6 sind Kontaktstifte 8 verschiebbar angeordnet,
deren aus der Verdrahtungæplatte 5 nach unten herausragende Enden durch eine Zwischenlage
9 in die Bohrungen eines Druckkörpers 10 eintauchen. Dieser Druckkörper 10 ist nach
unten mit einer Deckplatte 11 angedeckt und trägt in jeder Bohrung jeweils einen
Druckstift 12, der sich mit einer Schulter auf einer zu ihm konzentrisch angeordneten
Schraubenfeder 13 abstützt, deren anderes Ende auf der innenliegenden Fläche der
Deckplatte 11 aufliegt. Durch die Schraubenfeder 13 wird der Druckstift 12 mit seinem
planen, als Stempel ausgebildeten Ende gegen den ihm zugeordneten Kontaktstift 8
gedrückt, der sich wiederum mit seinem anderen Ende an die Unterseite einer Kontaktfahne
14 anlegt, die das Lötauge 7 der Kontaktierungsbohrung 6 aufder Baugruppenseite
der Verdrahtungeplatte 5 überdeckt.
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In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Steckverbindung
entlang der Schnittlinie AB dargestellt, aus dem die Form und die Anordnung der
Kontaktfahnen 14 zu erkennen ist. In dieser Darstellung überdecken die Kontaktfahnen
14 die Lötaugen 7, die auf dieser Seite der Verdrahtungsplatte 5 diesselbe Form
wie die Kontaktfahnen 14 besitzen, d.h. also nicht vollkommen rund, sondern nach
einer Seite länglich mit einer von der Kontaktierungsbohrung
6 wegweisenden
Nase 15 ausgebildet sind. Diese einander entsprechenden Nasen 15 der Lötaugen 7
bzw. der Kontaktfahnen 14 sind jeweils miteinander verlötet oder auch verschweißt,
so daß jede elastisch federnde Kontaktfahne 14 auf dem ihr zugeordneten Lötauge
7 festgelegt ist.
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Unter dem Druck des Kontaktstiftes 8 legt sich die Kontaktfahne 14
gegen eine der Kontaktflächen 4 der Baugruppe, die aus der Leiterplatte 1 und dem
Anschlußkörper 3 besteht.
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Damit ist der elektrische Kontakt zwischen den Anschlüssen der Leiterplatte
1 und den Leitungen der Verdrahtungsplatte 5 hergestellt.
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Fig. 3 zeigt schließlich einen Schnitt durch die Steckverbindung in
einem anderen, kleineren Maßstab, der in derselben Richtung wie in Fig. 1 geführt
ist, nun aber den mechanischen Zusammenbau der einzelnen Teile der Steckverbindung
erkelzbar macht. Daraus ist zu erkennen, daß in beide Seiten der Verdrahtungsplatte
5 Positionierstifte 16 bzw. 17 eingelassen sind, die paarweise in an gegenüberliegenden
Ecken angeordnete Positionierlöcher des Anschlußkörpers 3 auf der einen Seite der
Verdrahtungsplatte 5 bzw.
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des Drückkörpers 10 auf d-er anderen Seite der Verdrahtungsplatte
einrastbar sind. In dem Druckkörper 10 ist zentrisch eine Lochschraube 18 angeordnet,
durch die die Deckplatte 11 mit einem Gewindering 19 festgehalten wird. Der aus
dem Druckkörper 10 und der Deckplatte 11 gebildete Federkörper wird durch Klemmbügel
20 zwischen parallel angeordneten Befestigungsschienen 21 gehalten, dazu sind die
Klemmbügel 20 mit Halteschrauben 22 auf den Befestigungsschienen 21 festgelegt.
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In einer zentrisch angeordneten konischen Bohrung des Anschlußkörpers
3 ist der ebenfalls konisch aus,ge:b,,ildete Kopf eines Gewindebolzens 23 festgelegt,
der in ein'erYentsprechenden Bohrung der Verdrahtungsplatte 5 bzw-'.'#'d,er;;'Zwischenla
#ge
8 und in der Lochschraube 18 geführt ist. Sein aus der Deckplatte 11 herausragendes
Gewindeende trägt eine Sechskantmutter 24, die durch einen Sicherungsring 25 gesichert
ist.
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Im folgenden wird der Zusammenbau der Steckverbindung anhand der Figuren
1 und 3 beschrieben. Zunächst wird die Verdrahtungsplatte 5 mit den Kontaktstiften
8 geladen, dann werden in die Deckplatte 11 die Druckstifte 12 mit den auf-geschobenen
Schraubenfedern 13 eingeführt. Auf die so vorbereitete Deckplatte 11 wird der Druckkörper
10 aufgesetzt und die Deckplatte 11 mit dem Druckkörper über die Lochsohraube 18
und den Gewindering miteinander verschraubt. Dadurch werden die Schraubenfedern
15 vorgespannt. Dieser so gebildete Federkörper aus Druck körper 10 und Deckplatte-
11 wird ohne Krafteinwirkung auf den vorgesehenen Platz auf der Verdrahtungsplatte
5 gelegt und in diese Lager #durch die Positionierstifte 17 ausgerichtet und durch
die fest-geschraubten Klemmbügel 20 gehalten. Dabei werden die Kontaktstifte 8 etwas
durch die Verdrahtungsplatte 5 geschoben und die Kontaktfahnen 14 von den Lötaugen
7 weggebogen. Die maximaleAusbiegung der-Kontaktfahnen 14 sollte in diesem Ausführungsbeispiel
weniger als einen halben Millimeter betragen. Dann wird die aus der Leiterplatte
1 und dem Anschlußkörper 3 bestehende Baugruppe durch Einrasten der auf der Baugruppenseite
aus der Verdrahtungsplatte 5 herausragenden Positionierstifte 16 auf den vorgesehenen
Platz auf der Verdrahtungsplat#te 5 gelegt. Erst nach dem Einrasten der Baugruppe
wird die -volle Kontaktkraft durch Festschrauben der Sechskåntmutw ter 24 auf dem
Gewindebolzen 23 aufgebracht. Damit ist die Baugruppe auf der Verdrahtungsplatte
5 montiert.
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Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind auch noch andere
Aus gestaltungen der Erfindung denkbar. So wäre es auch ohne weiteres möglich, die
Kontaktfahnen nicht auf der Baugruppenseite der Verdrahtungsplatte, sondeniauf der
dem
Druckkörper zugewandten Seite vorzusehen. Das hat den Vorsteil,
daß die Kontaktfahnen auch bei abgenommener Baugruppe nicht offenliegen und damit
gegen eine evtl. Beschädigung gesichert sind. In diesem Fall müßte allerdings der
im Druck körper angeordnete Druckstift derart'ausgebildet werden, daß er etwas aus
diesem herausragt. Zum anderen ist es nicht unbedingt notwendig, die Deckplatte
zu durchbohren und das dornartige Ende des Drucks-tiftes durch' diese Bohrungen
zu führen. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist dies vorgesehen um an die Enden
Kabel zum Zuführen von Signalleitungen oder für Prüfzwecke anschließen zu können.
Kann man darauf verzichten, so sind bei entsprechender Gestaltung des Druckstiftes
unter Umständen überhaupt keine Führungsbohrungen in der Deckplatte zu mindestens
aber nur Sacklöcher notwendig.
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6 Patentansprüche 3 Figuren