DE3605316A1 - Hochpoliger steckverbinder - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steckverbinder hoher Kontaktelementezahl, insbesondere für gedruckte Schaltungen, bestehend aus zwei zusammensteckbaren Kontaktleisten, deren Kontaktelemente im miteinander verbundenen Zustand über Isolierstücke hinweg reihen­ weise gegeneinander verspannt sind.

Die zunehmende Funktionsdichte elektrischer Geräte und Einrichtungen erfordert für steckbare Baugruppen und Einschübe Steckverbinder mit einer immer größeren Anzahl von Kontaktelementen. Da jeder Steckkontakt für seine einwandfreie elektrische Verbindung einen gewissen Kon­ taktdruck erfordert, entsteht mit zunehmender Polzahl solcher Steckverbinder das Problem, die für das Zusam­ menstecken bzw. das Auseinanderziehen der Steckerleisten benötigten Kräfte auf annehmbare Werte zu beschränken.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die Literaturstelle DE-PS 16 65 757 ist ein Steck­ verbinder für gedruckte Schaltungen bekannt, bei dem die­ für das Zusammenstecken bzw. das Auseinanderziehen der Steckerleisten erforderlichen Kräfte dadurch auf ein annehmbares Maß reduziert sind, daß die einander zuge­ ordneten Kontaktelemente jeweils aus einem Stift und einer U-förmig gestalteten Doppelfeder bestehen, von denen die U-förmige Doppelfeder an ihren freien Enden kontaktnippelförmige Ansätze aufweist. Die Ansätze liegen im Ruhezustand aneinander. Zwischen sie wird der Stift zur Herstellung des gewünschten Kontaktes eingeschoben. Nachteilig an dieser Ausführungsform sind die durch die U-förmige Doppelfeder erzwungenen relativ großen Einbauabmessungen sowie der relativ große Kon­ taktverschleiß, der insbesondere dadurch verursacht wird, daß bei der Vereinigung der Kontaktleisten die Arme der U-förmigen Doppelfedern auseinandergedrückt werden müssen, um den nötigen Kontaktdruck erreichen zu können.

Durch die weitere Literaturstelle US-PS 40 94 570 ist eine andere Ausführungsform eines Steckverbinders be­ kannt, bei dem die zu kontaktierenden Kontaktelemente in ihre Funktionslage zusammengeführt werden können, ohne daß hierzu die Steckbewegung durch einen Kontakt­ druck belastet ist. Nachdem die Funktionslage eingenom­ men ist, wird anschließend ein Kontaktdruck in der Steckverbindung dadurch erzeugt, daß die Kontaktelemente im miteinander verbundenen Zustand über Isolierstücke hinweg reihenweise gegeneinander verspannt werden. Als Kontaktelemente werden hier federnde Kontaktnippel ver­ wendet, die relativ kleine Einbaumaße bedingen. Nachtei­ lig an solchen Steckverbindern ist jedoch die Tatsache, daß bei ihnen eine kontaktreinigende Reibewirkung zwi­ schen den Kontakten nicht vorhanden ist. Außerdem ist hier eine spezielle Kontaktierungsbewegung zum Herbei­ führen des Kontaktdruckes erforderlich.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen hochpoligen Steckverbinder der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, bei der die zu kon­ taktierenden Kontakte ebenfalls ohne Kontaktdruck in ihre gegenseitige Funktionslage zusammengeführt werden können, die aber darüber hinaus eine kontaktreinigende Reibewirkung zwischen den Kontakten ermöglicht und außerdem ohne eine spezielle Kontaktierungsbewegung zum Erzeugen des Kontaktdrucks auskommt.

Ausgehend von einem Steckverbinder hoher Kontaktelement­ zahl der einleitend beschriebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei einer Kombination der Kontaktelementpaare aus Messer­ stiften und federnden Kontaktnippeln möglich wird, den Kontaktdruck erst herzustellen, wenn die zu kontaktie­ renden Kontakte in ihre Funktionslage zusammengeführt sind, die Kontaktleisten jedoch noch nicht ihre End­ stellung im miteinander verbundenen Zustand eingenommen haben. Somit erfolgt dann der eigentliche Steckvorgang praktisch kräftelos und wird dann nach Herbeiführen des Kontaktdruckes lediglich gegen die relativ geringen Kontaktreibekräfte fortgesetzt, bis die Kontaktleisten ihre durch einen gegenseitigen Anschlag vorgegebene Endstellung im miteinander verbundenen Zustand erreicht haben. Das schlagartige Wirksamwerden des Kontaktdrucks im Zuge der Einsteckbewegung einerseits sowie der sprungartigen Aufhebung des Kontaktdrucks im Zuge des Auseinanderziehens der Kontaktleisten ergibt darüber hinaus ein sicheres Gefühl für das Herstellen bzw. für das Aufheben der Kontaktverbindung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Erfindung dienenden Figuren

Fig. 1 die Darstellung eines Steckverbinders im mitein­ ander verbundenen Zustand der Kontaktleisten im Querschnitt,

Fig. 2 der Steckverbinder entsprechend Fig. 1 in einer Bewegungsstellung der einander zugeordneten Kon­ taktleisten zu Beginn der Einsteckbewegung,

Fig. 3 der Steckverbinder nach Fig. 2 in einer relativen Bewegungsstellung der Kontaktleisten bei fortge­ schrittener Einsteckbewegung,

Fig. 4 der Steckverbinder nach Fig. 3 in einer relativen Bewegungsstellung der Kontaktleisten bei wiederum fortgeschrittener Einsteckbewegung,

Fig. 5 der Steckverbinder nach Fig. 4 in einer relativen Bewegungsstellung der Kontaktleisten bei wiederum fortgeschrittener Einsteckbewegung,

Fig. 6 der Steckverbinder nach Fig. 5 in der bis zum gegenseitigen Anschlag vereinigten End­ stellung der Kontaktleisten,

Fig. 7 das Diagramm der Einsteckkraft über dem Ein­ steckweg des Steckverbinders nach den Fig. 1 bis 6,

Fig. 8 das Diagramm der Ausziehkraft über dem Ausziehweg für einen Steckverbinder nach den Fig. 1 bis 6.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Steckverbinder mit zusammengesteckten Kontaktleisten macht von einer feststehenden Federkontaktleiste 1 Gebrauch, die an einem Wandungsteil 2 befestigt ist. Der Leistenrahmen 3 der Federkontaktleiste 1 weist oberhalb des Wandungs­ teils 2 einen rahmenförmigen Außenflansch 4 auf und ist auf seiten der Anschlüsse der Leitungen 5 mit einem Kunststoffeinsatz 6 abgeschlossen, der die Verbindungen 7 zwischen den Leitungen 5 und den Federkontakten 8 in sich aufnimmt. Jeder der Federkontakte 8 besteht dabei aus einem Federblechstreifen 9, der an seinem oberen freien Ende in einen Kontaktnippel 10 übergeht. Zwischen den Federkontakten 8 sind lose Isolierstücke 11 ange­ ordnet, die in Höhe der Kontaktnippel 10 zu Gleit­ köpfen ausgeformt sind.

Die zweite Kontaktleiste ist eine Messerkontaktleiste 12, deren Leistenrahmen 13 an seiner Unterseite offen ist und mit seiner Innenwandung an der Außenwandung des Leistenrahmens 3 der Federkontaktleiste 1 für eine Ein­ steck- bzw. Ausziehbewegung geführt ist. An der Obersei­ te ist der Leistenrahmen 13 nach Art eines Bodens abge­ schlossen. In diesem Bodenteil sind die Verbindungen aus den Leitungen 5 und den nach innen in den Leistenrahmen 13 hineinragenden federnden Messerstifte 15 gehaltert. Diese federnden Messerstifte 15 ragen jeweils durch Stecköffnungen 3 a in die Zwischenräume zwischen den Kon­ taktnippeln 10 der Federkontakte 8 und den Zwischen­ stücken 11.

In diesem miteinander verbundenen Zustand der Messerkon­ taktleiste 12 und der Federkontaktleiste 1, in der der Leistenrahmen 13 der Messerkontaktleiste 12 mit seinem unteren freien Ende am Außenflansch 4 des Leistenrahmens 3 der Federkontaktleiste in Richtung der Einsteckbewe­ gung seine Endstellung erreicht, sind die Reihe der Kon­ taktelementpaare mit den zwischen ihnen vorgesehenen Isolierstücken 11 zum Erzeugen des erforderlichen gegen­ seitigen Kontaktdrucks gegeneinander verspannt. Die Verspannung wird durch eine Kraftdruckfeder 16 bewirkt, die in einer Aussparung 17 auf der rechten Seite des Leistenrahmens 13 der Messerkontaktleiste 12 unterge­ bracht ist und an ihrem freien federnden Ende einen Gleitnocken 18 aufweist, der durch eine Öffnung 19 in der Innenwandung des Leistenrahmens 13 sowie eine mit dieser Öffnung 19 fluchtenden Öffnung 20 im Leistenrah­ men 3 der Federkontaktleiste 1 hindurch die Reihe aus Kontaktelementpaaren mit dazwischen angeordneten Iso­ lierstücken 11 gegen den durch die gegenüberliegende Wandung gegebenen Anschlag miteinander verspannt. Der Gleitnocken 18 ist an seinem freien Ende mit schrägen Gleitflächen 18 a und 18 b versehen, mit denen er wechsel­ weise, wie anhand der Fig. 3 und 4 noch näher erläu­ tert werden wird, bei einer Einsteckbewegung bzw. einer Ausziehbewegung an zugeordneten Gleitflächen 21 a und 21 b am oberen Rand der Öffnung 20 des Leistenrahmens 3 der Federkontaktleiste 1 entlang gleitet und zwar zur Reali­ sierung einer gesteuerten Federrast im Zuge der Ein­ steck- bzw. der Ausziehbewegung der Messerkontaktlei­ ste 12.

Der Querschnitt des Steckverbinders nach Fig. 1 zeigt lediglich vier hintereinander angeordnete Kontaktele­ mentpaare, die von der Kraftdruckfeder 16 über den Gleitnocken 18 durch dazwischen angeordnete Isolier­ stücke 11 gegen einen Anschlag verspannt werden. Es ist festzustellen, daß der Steckverbinder eine Vielzahl sol­ cher Kontaktelementpaarreihen aufweist, da die Kontakt­ elemente senkrecht zur Ebene des Zeichenblatts jeweils eine Kontaktelementzeile mit einer Vielzahl von Kontakt­ elementen aufweisen. Die Kraftdruckfeder 16 einschließ­ lich des Gleitnockens 18 erstreckt sich dabei über die gesamte Länge einer solchen Kontaktelementzeile und verspannt im dargestellten vereinigten Zustand der beiden Kontaktleisten eine entsprechend der Anzahl der Kontaktelemente einer Kontaktzeile entsprechende Anzahl von Reihen von Kontaktelementpaaren mit zwischen ihnen angeordneten Isolierstücken.

Zum besseren Verständnis der Funktion des Steckverbin­ ders nach Fig. 1 beim Einstecken bzw. beim Ausziehen der Messerkontaktleiste 12 in die Federkontaktleiste 1 bzw. aus der Federkontaktleiste 1 heraus sind in den Fig. 2 bis 6 der Steckverbinder nach Fig. 1 für verschiedene Relativstellungen der Messerkontaktleiste 12 zur Feder­ kontaktleiste 1 dargestellt, wie sie nacheinander bei einem Einsteckvorgang bzw. in umgekehrter Richtung beim Ausziehvorgang auftreten.

Der Steckverbinder nach Fig. 2 zeigt die Stellung der Messerkontaktleiste 12 über der Federkontaktleiste 1 zu Beginn eines Einsteckvorganges. Die Messerstifte 15 ra­ gen hierbei mit ihren freien Enden etwas in die zugeord­ neten Stecköffnungen 3 a an der Oberseite des Leistenrah­ mens 3 der Federkontaktleiste 1 hinein. Die U-förmige Kraftdruckfeder 16 in der Aussparung 17 ist vorgespannt und ragt mit dem freien Ende des an ihr befestigten Gleitnockens 18 durch die Öffnung 19 in den Innenraum der Messerkontaktleiste 12 hinein.

Beim weiteren Einstecken der Messerstifte 15 der Messer­ kontaktleiste 12 in die Zwischenräume zwischen die Kon­ taktnippel 10 der Federkontakte 8 und die Zwischenstücke 11 gleitet der Gleitnocken 18 mit seiner Ablauffläche 18 a an der oberen randseitigen Gleitfläche 21 a des Lei­ stenrahmens 3 und verschiebt dabei den Gleitnocken ent­ gegen der Kraftwirkung der Kraftdruckfeder 16 in die Aussparung 17 hinein.

Im weiteren Verlauf der Einsteckbewegung wird beim Gleitnocken 18 der Punkt erreicht, bei dem die Ablauf­ fläche 18 a in die Ablauffläche 18 b übergeht, die mit der Ablauffläche 18 a einen Winkel < 90° einschließt. So­ bald dieser Punkt überschritten ist, schnellt der Gleit­ nocken unter dem Druck der Kraftdruckfeder 16 wiederum durch die Öffnung 19 sowie die nunmehr erreichte seitli­ che Öffnung 20 in der Wandung des Leistenrahmens 3 der Federkontaktleiste 1 in den Innenraum der Federkontakt­ leiste 1, wobei seine Ablauffläche 18 b an der Gleitflä­ che 21 b am oberen Rand der Öffnung 20 die Einsteckbewe­ gung unterstützt. Diese Phase der Einsteckbewegung ist in Fig. 4 dargestellt.

Auf diese Weise werden nunmehr die freien Enden der Mes­ serstifte 15 bis über die Kontaktnippel 10 der Federele­ mente 8 hinaus in die Zwischenräume zwischen den Kon­ taktnippeln 10 und den Isolierstücken 11 eingeschoben und die so gebildete Reihe aus Kontaktelementpaaren mit zwischengefügten Isolierstücken durch den Gleitnocken 18 über die Kontaktdruckfeder 16 hinweg gegen die gegen­ überliegende Wandung des Leistenrahmens 3 der Federkon­ taktleiste 1 verspannt und damit der erforderliche Kon­ taktdruck zwischen den Kontaktelementpaaren herbeige­ führt. Der nunmehr erreichte Bewegungszustand der Mes­ serkontaktleiste 12 relativ zur Federkontaktleiste 1 ist in Fig. 5 dargestellt.

Sodann wird die Messerkontaktleiste 12 in Bewegungs­ richtung weiterhin bis zum Anschlag des Leistenrahmens 13 am Außenflansch 4 des Leistenrahmens 3 der Federkon­ taktleiste 1 gegen die Kontaktreibungskräfte verschoben. Diese Endstellung im miteinander verbundenen Zustand der beiden Kontaktleisten ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei entspricht Fig. 6 der Fig. 1.

Beim Auseinanderziehen der Kontaktleisten vollziehen sich die Bewegungsvorgänge umgekehrt von Fig. 6 über die Fig. 5, die Fig. 4, die Fig. 3 zur Fig. 2, wobei zunächst die Ausziehbewegung wiederum bis zu der in Fig. 5 dargestellten Bewegungsstellung gegen die Kontakt­ reibekräfte der unter Kontaktdruck stehenden Kontakt­ elementpaare erfolgt. Bei der weiteren Ausziehbewegung gleitet der Gleitnocken 18 mit seiner Ablauffläche 18 b an der Gleitfläche 21 b am oberen Rand der Öffnung 20 entlang, wodurch der Gleitnocken 18 gegen die Kraft der Kraftdruckfeder 16 aus dem Innenraum der Federele­ mente 8 der Federkontaktleiste 1 zurückgeschoben und damit die Verspannung der Kontaktelementreihe mit den zwischengefügten Isolierstücken und damit entsprechend Fig. 4 der Kontaktdruck wieder aufgehoben wird.

Sobald im Zuge der weiteren Ausziehbewegung der Übergang der Führung des Gleitnockens 18 an der Ablauffläche 18 b auf seine Führung an der Ablauffläche 18 a an der Gleit­ fläche 21 a am äußeren oberen Rand des Leistenrahmens 3 der Federkontaktleiste 1 erfolgt, wird durch den Druck der Kraftdruckfeder 16 der weitere Ausziehvorgang unter­ stützt, bis die in Fig. 2 dargestellte Bewegungsstellung der Messerkontaktleiste 12 über der Federkontaktleiste 1 erreicht ist.

Ein den Einsteckvorgang darstellendes Wegediagramm, bei dem die Einsteckkraft in Newton N über dem Einsteckweg EW, bezogen auf vier Kontaktelementpaare, dargestellt ist, ergibt sich für den ersten Einsteckwegabschnitt EW 1 bis zu der Stellung, in der der Gleitnocken 18 mit sei­ ner Ablauffläche 18 a in Berührung mit der Gleitfläche 21 a kommt, praktisch die Einsteckkraft Null. Im nunmehr folgenden zweiten Einsteckwegabschnitt EW 2 wird die Kraftdruckfeder gespannt und die Einsteckkraft steigt bis über 1,0 N an. Im Übergang der Gleitbewegung des Nockens von seiner Ablauffläche 18 a in seine Ablaufflä­ che 18 b findet am Ende des zweiten Einsteckwegabschnitts EW 2, bzw. am Anfang des dritten Einsteckwegabschnitts EW 3 ein Kraftsprung statt, bei dem die Kraft der Kraft­ druckfeder 16 zunächst das weitere Einstecken fördert, d.h. es tritt hier zunächst eine negative Einsteckkraft auf, bis dann am Ende des dritten Wegabschnitts EW 3 die Kraft der Kraftdruckfeder 16 über den Gleitnocken 18 hinweg lediglich für die Verspannung der Reihe von Kon­ taktelementpaaren mit zwischengefügten Isolierstücken dient. Damit wird die Kontaktreibekraft wirksam, die dann beim weiteren Zusammenstecken der Kontaktleisten über den gesamten vierten Einsteckwegabschnitt EW 4 konstant ist.

Das entsprechende Diagramm für die Abhängigkeit der Aus­ ziehkraft in Newton N über dem Ausziehweg AW, bezogen auf vier Kontaktelementpaare, ist in Fig. 8 dargestellt. Im ersten Ausziehwegabschnitt AW 1 ist wiederum aus­ schließlich die Kontaktreibung wirksam, die Ausziehkraft bleibt also über diesen Wegabschnitt konstant. An­ schließend wird im zweiten Ausziehwegabschnitt AW 2 zu­ nächst die Kontaktreibekraft aufgehoben und gleichzeitig eine zunehmende Reibekraft am Gleitnocken bei seinem Zu­ rückschieben in die Aussparung 17 gegen die Kraft der Kraftdruckfeder 16 erzeugt. Sobald dann am Ende des zweiten Ausziehwegabschnitts AW 2 bzw. am Anfang des dritten Ausziehwegabschnitts AW 3 wiederum der Kraft­ sprung stattfindet, wird die Ausziehkraft unter dem Ein­ fluß der Kraft der Kraftdruckfeder 16 negativ um dann bis zum Beginn des vierten Ausziehwegabschnitts AW 4, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, gegen den Wert Null abzuklingen. Gewerbliche Verwendbarkeit Der Steckverbinder nach der Erfindung läßt sich in vor­ teilhafter Weise überall da anwenden, wo im Zuge der Mi­ krominiaturisierung steckbare Baugruppen bzw. Einschübe in gedruckter Schaltungstechnik bzw. in Platinenausfüh­ rung solche Steckverbinder mit einer hohen Zahl von Steckkontakten benötigt werden.

Claims (4)

1. Steckverbinder hoher Kontaktelementenzahl, insbeson­ dere für gedruckte Schaltungen, bestehend aus zwei zu­ sammensteckbaren Kontaktleisten, deren Kontaktelemente im miteinander verbundenen Zustand über Isolierstücke hinweg reihenweise gegeneinander verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktleisten eine federnde Messerstifte (15) aufweisende Messerkontaktleiste (12) und eine federnde Kontaktnippel (10) aufweisende Federkontaktleiste (1) vorgesehen sind und hierbei jeweils locker zwischen zwei in Reihe aufeinander folgenden Kontaktnippeln Isolierstücke (11) angeordnet sind, daß ferner in einer der beiden Kontaktleisten eine Kraftdruckfeder (16) verankert ist, mit deren Hilfe in Abhängigkeit der Einsteck- bzw. der Ausziehbewegung der Messerstifte in den Zwischenräumen zwischen den Kontaktnippeln und den Isolierstücken die Reihen der aus über Isolierstücke miteinander verbundenen Kontaktelementpaare schlagartig (Kraftsprung) über einen geführten Gleitnocken (18) hinweg gegen einen Anschlag verspannt werden bzw. die Verspannung aufgehoben wird, sobald sich die freien Enden der Messerstifte in Höhe der Kontaktnippel befinden und daß eine Relativbewegung der beiden Kontaktleisten, und zwar zwischen ihrer durch den Kraftsprung bestimmten Relativstellung und der durch ihren gegenseitigen Anschlag vorgegebenen Endstellung im miteinander verbundenen Zustand, gegen die Kontaktreibekräfte der auf den Messerstiften gleitenden Kontaktnippel erfolgt.

2. Steckverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Gleitnocken (18) in Verbindung mit der Kraftdruckfeder (16) nach Art einer Federrast gestaltet ist.

3. Steckverbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftdruckfeder (16) einschließlich des mit ihr in Verbindung stehenden Gleitnockens (18) auf seiten der Messerkontaktleiste (12)geordnet sind.

4. Steckverbinder mit zwei und mehr hintereinander angeordneten Kontaktelementzeilen nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die hintereinander angeordneten Kontaktele­ mente in den verschiedenen Kontaktelementzeilen im miteinander verbundenen Zustand der Kontaktleisten die Reihen von Kontaktelementpaaren mit dazwischen angeord­ neten Isolierstücken (11) bilden, die durch die Kraft­ druckfeder (16) über den geführten Gleitnocken (18) hinweg gegen einen Anschlag verspannt sind.