DE3528553A1

DE3528553A1 - Elektrischer verbinder

Info

Publication number: DE3528553A1
Application number: DE19853528553
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Ulverston Cumbria Chambers; Robert Frederick Genf/Genève Oxley
Original assignee: Oxley Developments Co Ltd
Current assignee: Oxley Developments Co Ltd
Priority date: 1984-08-09
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE3528554A1; GB8519622D0; GB8420222D0; US4674815A; GB2163012A; GB8519621D0; GB2163304A; GB2163012B

Description

BESCHREIBUNG:

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbinder und insbesondere einen Verbinder, der sowohl eine leichte Verbindung als auch Trennung seiner die Verbindung herstellenden Teile zuläßt.

Es gibt viele bekannte Arten, eine elektrische Verbindung herzustellen. Dazu gehören das Löten, bei dem die verbindenden leitenden Elemente ständig miteinander verbunden sind, sowie mechanische Verbindungen, bei denen beispielsweise gefederte metallische Finger gegen andere leitende Bauteile gedrückt werden, um die Verbindungen herzustellen.

Der letztgenannte Typ einer mechanischen Verbindung ist im allgemeinen nicht befriedigend, da Vibrationen und Oxidationseffekte zu einem erhöhten Kontaktwiderstand und damit zu einer Verschlechterung des elektrischen Kontakts führen können. Mit diesen Verbindungen ist jedoch eine leichte Trennung möglich, indem die leitenden Bauteile auseinander gezogen werden. Lötverbindungen gewährleisten andererseits einen geeigneten elektrischen Kontakt über einen weiten Bereich von Umgebungsbedingungen, sie sind jedoch nicht ohne weiteres lösbar.

In einer ^anderen Form einer elektrischen Verbindung findet ein Stecker aus leitfähigem Gummi Anwendung, in dem eine Anzahl von öffnungen ausgebildet ist, die einen festen Sitz für leitende Elemente bieten, die mit dem Stecker zu verbinden sind. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die langfristigen elektrischen Eigenschaften der Verbindung davon abhängen, ob der zusammengedrückte leitfähige Gummit frei von einer allmählichen Verformung, einer "Kriechdehnung", um die Leiterelemente herum ist.

Eine "Kriechdehnung" schlägt sich in einer Abnahme des Kontaktdrucks und einer daraus folgenden Zunahme des Kontaktwiderstands nieder.

Die letztgenannte elektrische Verbindung erlaubt jedoch eine Trennung auf eine einfache Weise, indem die leitenden Elemente aus dem Gummi herausgezogen werden. Jede bleibende Ausdehnung im Gummi durch ein in den Gummi eingesetztes leitendes Bauteil, das geringfügig zu groß ist, führt jedoch zu einem losen Sitz und einem schlechten elektrischen Kontakt, wenn stattdessen ein leitendes Bauteil mit kleineren Abmessungen (beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen) eingesetzt wird.

Die generelle Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, einen elektrischen Verbinder anzugeben, mit dem die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise überwunden werden. Eine speziellere Aufgabe liegt darin, einen elektrischen Verbinder zu schaffen, der eine zuverlässige elektrische Verbindung gewährleistet und eine leichte Verbindung und Trennung der die Verbindung aufbauenden Teile zuläßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch einen elektrischen Verbinder mit einem verformbaren elastischen Element aus einem elektrisch leitfähigen Material, das eine oder mehrere durchgehende Öffnungen für die Aufnahme von einem oder mehreren leitenden Bauteilen aufweist, und mit einem Mechanismus für die wahlweise Spannung des elastischen Elements, um die Öffnung von einem ersten Zustand, in dem sie das leitende Bauteil leicht aufnehmen oder freigeben kann, in einen zweiten Zustand zu verformen, in dem das leitende Bauteil in der Öffnung fest gehalten wird. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das elastische Element ein leitfähiger Gummistopfen. Der Gummistopfen wird mittels Halteplatten verformt, die zusammengeklemmt werden und zwischen denen der Gummistopfen angeordnet ist, womit sie die Öffnungen in dem Gummi teilweise zusammendrücken und gegen die darin befindlichen leitenden

Bauteile drücken, wodurch eine elektrische Verbindung erfolgt. Die öffnungen durch den Gummi sind vorzugsweise geringfügig größer als die leitenden Bauteile. Das erlaubt es, die leitenden Bauteile ohne Reibungskraft aus dem Gummi zu entfernen oder in diesen einzusetzen, indem die Halteplatten auseinander bewegt werden.

Der elektrische Verbinder umschließt vorzugsweise Filter zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen. Die äußeren Elektroden der Filter dienen als die leitenden Bauteile. Die Filter werden in die Öffnungen eingesetzt und darin durch Verklemmen der Halteplatten fest gehalten. Dadurch werden die Elektroden,der Filter mit dem Gehäuse des Verbinders über den leitfähigen Gummi verbunden. Viele Anwendungen der Filter machen eine Erdung der äußeren Elektrode notwendig. Diese läßt sich leicht durch eine Erdung des Verbindergehäuses erzielen.

Vorzugsweise hat der elektrische Verbinder eine Vielzahl von Öffnungen für die Aufnahme entsprechender Filter zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen für die Anwendung in einem Mehrwegverbindersystem, wodurch jeder Stift der Mehrwegverbinder seinen eigenen Filter aufweist. Der Durchführungsdraht jedes Filters kann einen Abstimmungsstift für den Mehrwegverbinder bilden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines typischen Filterbauelements zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen;
Fig. 2 das Schaltbild des Filters nach Fig. 1;

Fig. 3 eine.schematische Ansicht eines bekannten Verfahrens zur Bildung einer elektrischen Verbindung; Fig. 4 eine schematische Ansicht eines weiteren bekannten

Verfahrens zur Bildung einer elektrischen Verbindung;

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines weiteren bekannten

Verfahrens zur Bildung einer elektrischen Verbindung; und

Figuren 6, 7 und 8 schematische Darstellungen eines erfindungsgemäßen elektrischen Verbinders in

unterschiedlichen Stufen der Verbindung.

Fig. 1 zeigt ein typisches Filterbauelement 10 zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen mit einem röhrenförmigen keramischen Teil 12, einem Durchführungsdraht 14 und einer röhrenförmigen äußeren Elektrode 16. Fig. 2 zeigt die . elektrische Anordnung des Filterbauelements 10 in einer n-Schaltung. Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß es notwendig ist, an der äußeren Elektrode 16 eine elektrische Masseverbindung vorzusehen. Das kann dadurch erfolgen, daß der Filter 10 in einen Verbinder eingefügt wird, der einen Kontakt zwischen der äußeren Elektrode 16 und einem Verbindergehäuse herstellt, das geerdet wird.

Es ist notwendig, daß Filter zur Unterdrückung von Hochfrequenz störungen über einen breiten Frequenzbereich arbeiten, der typischerweise zumindest bis zu 1 GHz reicht. Aufgrund dieses Erfordernisses ist -es wichtig, den Widerstand und die Induktivität zwischen der äußeren Elektrode 16 und dem Verbindergehäuse zu minimieren. Es ist daher wünschenswert, an der äußeren Elektrode 16 eine um den gesamten Umfang verlaufende Verbindung vorzusehen.

Daneben ist es wünschenswert, daß das Filterelement 10 leicht aus dem Verbinder herausgenommen werden kann, beispielsweise um es zu ersetzen. Die Verbindung zur äußeren Elektrode 16 sollte vorzugsweise über einen weiten Bereich von Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel mechanischen Vibrationen, elektrisch fehlerfrei bleiben.

Fig.·3 zeigt eine bekannte Technik zur Herstellung einer Verbindung zu der äußeren Elektrode 16, wobei eine Metallplatte 18 an und um die Elektrode 16 gelötet ist. Die Metallplatte 18 ist für die Erdung mit dem Verbindergehäuse

verklemmt. Das Löten liefert sicherlich unter den meisten Bedingungen eine zuverlässige Verbindung, es hat jedoch den Nachteil, daß eine leichte Entfernung des Filters verhindert wird. Die gelötete elektrische Verbindung 22 ist dauerhaft und wirkungsvoll und liefert einen um den Umfang verlaufenden Kontakt, über die Länge der äußeren Elektrode 16 tritt jedoch eine gewisse verteilte Induktivität auf, die möglicherweise die Hochfrequenzwirksamkeit des Filters 10 beschränkt.

Fig. 4 zeigt ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zur Elektrode 16 ,in dem eine Metallplatte 24 .mit angeformten federnden Fingern 26 Verwendung findet. Diese Finger sollen einen Druckkontakt zur äußeren Elektrode 16 des Filters 10 herstellen. Dieses Verfahren ist mechanisch unbefriedigend, da Vibrationserscheinungen und Oxidationseffekte den elektrischen Kontakt verschlechtern können. Dieses Verfahren ist jedoch auch elektrisch unbefriedigend, da der elektrische Kontakt nur an einer kleinen Zahl diskreter Punkte erfolgt, wodurch die Serien Selbstinduktivität erhöht und das Hochfrequenzdämpfungsverhalten verschlechtert wird. Unter Verwendung dieser Technik sind die Filter zur Unterdrückung von Hochfrequenzstörungen auswechselbar. Die von den gefederten Fingern an der Metallplatte ausgeübte Haltekraft ist jedoch gering, so daß eine zusätzliche Form der Kontaktgabe erforderlich ist, damit der Verbinder den normalen Kräften beim Einsetzen und Herausziehen Stand hält, wenn ein annehmbares Langzeitverhalten erzielt werden soll.

Eine weitere Verbindungstechnik ist in Fig. 5 dargestellt. Danach findet ein Stecker aus Gummi 28 Anwendung, der beispielsweise mit metallischen Partikeln versetzt ist, um ihn leitfähig zu machen. Die Verbindung erfolgt dabei durch Eindrücken des Filters 10 in eine ausgebildete öffnung 30, die einen festen Sitz des Filters 10 im Gummi 28 sicher-

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stellt. Diese Technik ist elektrisch wirksam, da sie eine um den Umfang verlaufende Verbindung liefert. Das langfristige elektrische Verhalten hängt jedoch davon ab, ob der zusammengedrückte Gummi frei von einer "Kriechdehnung" um den Filter 10 ist. Diese 'Kriechdehnung" führt zu einer Verringerung des Kontaktdrucks und einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes zwischen der Elektrode 16 und dem Verbinder 20. Der Filter 10 kann leicht gewechselt werden. Eine bleibende Ausdehnung, die im Gummi dadurch auftritt, daß ein geringfügig zu großer Filter in den Gummistecker eingesetzt wird, führt jedoch zu einem losen Sitz und einem schlechten elektrischen Kontakt, wenn ein Filter mit kleineren Abmessungen (beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen) als Ersatz eingesetzt wird.

Die für das Herausziehen des Filters 10 aus dem Gummistecker 28 erforderliche Kraft wird durch eine annehmbare Einsetzkraft bestimmt, d.h. durch die Passung des Sitzes. Die Einsetzkraft muß klein genug sein, um zu verhindern, daß der Filter 10 beim Einsetzen den Gummistecker 28 beschädigt. Der in Fig. 5 gezeigte Verbindertyp ist daher für mittel- und langfristige Anwendungen nicht annehmbar.

Ein erfindungsgemäßer Verbinder ist in Fig. 6 gezeigt. Er weist einen geformten Stopfen aus leitfähigem Gummi 28 auf. Um die notwendige Leitfähigkeit zu erzielen, kann der Gummi mit einem Metall, beispielsweise mit Silber oder Nickel, versetzt werden. Die in dem Gummistopfen 28 ausgebildete öffnung 20 ist geringfügig größer als der maximale Durchmesser des in sie einzusetzenden Filters 10. Damit ist die Einsetzkraft beim anfänglichen Einsetzen extrem niedrig.

Die Figuren 7 und 8 zeigen die Gummistopfen in einem teilweise bzw. in einem vollständig verformten Zustand.

Der geformte Gummis topf en 28 wird durch eine unter ihm angeordnete, erste Halteplatte 34 und durch eine über ihm angeordnete, zweite Halteplatte 32 in einem röhren-

förmigen Verbindergehäuse 30 gehalten.

In dem Zustand nach Fig. 8 ist durch die Leitfähigkeit des Stopfens 28 eine gute und zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Außenfläche des Filterelements 10 und dem Metallgehäuse 30 gegeben, das in der Praxis normalerweise geerdet wird.

Nachdem der Filter 10 entsprechend Fig. 6 in die öffnung 20 eingesetzt ist, wird zwischen der oberen Halteplatte 32 und der unteren Halteplatte 34 eine Klemmkraft F aufgebracht.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird bei. einer niedrigen aufgebrachten Klemmkraft der kleine Spalt zwischen der ausgebildeten öffnung 20 in dem Gummistopfen 28 und dem Filter 10 durch das Zusammendrücken des Gummis überbrückt. Eine erhöhte Klemmkraft F dient dann dazu, den Filter fest zu -greifen, wie in Fig. 8 dargestellt. Diese Kraft kann so eingestellt werden, daß sie ausreicht, den Filter zu halten, ohne daß zusätzliche Einrichtungen für die Aufrechterhaltung des Kontakts notwendig sind.

Es gibt vielfältige Möglichkeiten, die Klemmkraft F zu erzielen, und die Erfindung ist auf keine dieser Möglichkeiten beschränkt. In Fig. 6 ist jedoch beispielhaft ein erster Ring 36 gezeigt, der starr mit der Wand des Gehäuses 30 unter der ersten Halteplatte 34 verbunden ist. über der oberen Halteplatte 32 ist ein zweiter Ring 38 mit einem Außengewinde angeordnet, der in einen entsprechenden Gewindebereich 40 der inneren ümfangswand des Gehäuses 30 eingreift. Beim Schrauben des oberen Rings 38 in Richtung des festen Rings 36 wird auf den Gummistopfen 28 eine Klemmkraft F ausgeübt, deren Größe von der. Versetzung des Rings 38 abhängt.

In dem Gummistopfen 28 können mehrere Öffnungen 20 vorgesehen sein, die zur Aufnahme jeweils eines entsprechenden Filters 10 dienen. Diese Anordnung kann dann als ein Mehrwegverbinder verwendet werden, wodurch jeder Stift des Mehrwegverbinders seinen eigenen Filter 10 aufweist, wobei die Filter in den Mehrwegverbinder mittels des Gummistopfenε

und der Halteplatten eingefügt sind. In diesem Fall haben die Halteplatten dieselbe Anordnung von öffnungen wie der Gummistopfen 28.

Der erfindungsgemäße Verbinder schafft damit eine Möglichkeit die Filter ohne Kraftaufwand leicht einzusetzen und herauszunehmen, wobei er jedoch gleichzeitig nach dem Verklemmen der Filter auf diese eine hohe Rückhaltekraft ausübt.

Ebenso werden die Effekte der bleibenden Ausdehnung und der Langzeit-Kriechdehnung eliminiert. Der erfindungsgemäße Verbinder kann damit dazu verwendet werden, über die axiale Länge des Filters- 10 einen um den gesamten Umfang verlaufenden elektrischen Kontakt zu schaffen, der gegen Vibrationseffekte nicht anfällig ist.

Ah/CG

Claims

. PATENTANWÄLTE . - - - STREHL SCH ÜBEL-HOPF SCHULZ 3528553 f WIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22 "V OXLEY DEVELOPMENTS COMPANY LIMITED DEA-27 266 8· August 1985 Elektrischer Verbinder PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrischer Verbinder mit einem elastischen Element (28) mit einer durchgehenden Öffnung (20) für die Aufnahme eines leitenden Bauteils (10) , dadurch gekennzeichnet daß das elastische Element (28) aus einem verformbaren elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, und

daß ein Mechanismus (32, 34, 36, 38) für das derartige Spannen des elastischen Elements vorgesehen ist, das die Öffnung (20) von einem ersten Zustand, in dem sie das leitende Bauteil (10) leicht aufnehmen oder freigeben kann, in einen zweiten Zustand verformt wird, in dem das leitende Bauteil (10) in der Öffnung (20) fest gehalten wird.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet ,

daß das elastische Element einen Gummistopfen (28)

aufweist, und

daß der Spannmechanismus zwei feste Platten (32, 34) , die jeweils auf einer Seite des GummiStopfens (28) angeordnet sind, sowie eine Einrichtung (36, 38) für die Versetzung der Platten (32, 34) in Richtung aufeinander aufweist, um den Gummistopfen (28) dazwischen einzuklemmen.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser der öffnung (20) in dem elastischen Element (28) geringfügig größer als der Durchmesser des in dieser öffnung aufzunehmenden leitenden Bauteils (10) ist, wodurch das leitende Bauteil (10) im wesentlichen ohne Reibungskraft in die ρ Öffnung (20) in dem elastischen Element eingesetzt und aus dieser herausgezogen werden kann, wenn das elastische Element (28) in seinem nicht-gespannten Zustand ist.

4. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein äußeres Metallgehäuse (30) vorgesehen ist, das das elastische Element (28) aufnimmt, und daß das leitfähige elastische Element (28) eine elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Bauteil (10) und dem äußeren Metallgehäuse (30) herstellt, wenn sich das elastische Element in dem genannten zweiten Zustand befindet.

5. Elektrischer Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4/ dadurch gekennzeichnet , daß in dem elastischen Element (28) eine Anzahl von Öffnungen (20) für die Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von leitenden Bauteilen (10) vorgesehen ist.