DE3873591T2

DE3873591T2 - Elektrischer stecker mit filter.

Info

Publication number: DE3873591T2
Application number: DE8888303316T
Authority: DE
Inventors: Tian-Peng Tang
Original assignee: G&H Technology Inc
Current assignee: G&H Technology Inc
Priority date: 1987-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2008-04-14
Also published as: CA1292786C; DE3873591D1; IL86054A0; US4867706A; JPS6427171A; ATE79491T1; EP0287349B1; IL86054A; EP0287349A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen mehrpoligen elektrischen Verbinder mit eingebauter Filtermöglichkeit für elektromagnetische Störungen (EMI).
Filternde, mehrpolige elektrische Verbinder zum Bekämpfen von elektromagnetischen Störungsproblemen sind bekannt. Es ist üblich, diese Verbinder mit keramischen Kondensatoren und Spulen aufzubauen, deren Elemente spröde und so zerbrechlich sind, daß sie die erwünschte Zuverlässigkeit nicht bieten. Außerdem fehlt es bekannten Filterverbindern, wie sie beispielsweise im US-Patent-Dokument US 4 494 092 beschrieben sind, an elektrischer Kontinuität der Filterschaltkreise und der Schaffung guter Dämpfung. Bei einigen von ihnen ist auch die Lichtbogenbildung zwischen Spulen ein Problem.
Ziele dieser Erfindung, mindestens in ihrer bevorzugten Form, sind folgende:
- einen mehrpoligen Filterverbinder zu schaffen, der interne elektrische Integrität besitzt;
- einen Verbinder zu schaffen, der gegen elektromagnetische Störkopplung durch Grenzflächen von Verbinderteilen und Zubehör Widerstand leistet;
- einen solchen Verbinder zu schaffen, der robust aufgebaut ist;
- die Lichtbogenbildung zwischen Spulen oder Spulen und Kondensatoren in einem filternden elektrischen Verbinder auszuschließen;
- einen Verbinder wie bei den zuvor genannten Zielen zu schaffen, der eine gute Dämpfung ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mehrpoliger elektrischer Filterverbinder geschaffen, der für jede gewünschte Anzahl von Stiften des Verbinders elektromagnetische Störungen ausfiltert, wobei der Filterverbinder folgendes aufweist:
eine Vielzahl elektrischer Stifte;
eine erste, nichtleitfähige Durchführungsdichtung mit Öffnungen für die Stifte, die an der Außenfläche eines dielektrischen Körpers angeordnet ist;
wobei der dielektrische Körper den Stiften entsprechende Öffnungen hat;
eine erste, ebene, keramische Kondensatoranordnung mit den Stiften entsprechenden Öffnungen, die in Anlage an dem dielektrischen Körper angeordnet ist;
Ferritinduktorwülste, die an und um jeden der Stifte angebracht sind, welche gefiltert werden sollen;
ein nichtleitfähiger, elastomerer Körper mit Öffnungen zur Aufnahme jedes der Wülste und jedes der nichtgefilterten Stifte und zum isolieren der Ferritwülste gegeneinander und gegenüber der ersten Kondensatoranordnung, wobei der elastomere Körper in Anlage an der ersten Kondensatoranordnung angeordnet ist;
eine erste, nichtleitfähige Grenzflächendichtung mit Öffnungen für die Stifte, die in Anlage an der Außenfläche des elastomeren Körpers angeordnet ist;
eine zweite, ebene, keramische Kondensatoranordnung mit Öffnungen entsprechend den Stiften, die in Anlage an der ersten Grenzflächendichtung angeordnet ist;
eine zweite, nichtleitfähige Durchführungsdichtung mit Öffnungen für die Stifte, die an der Außenfläche der zweiten Kondensatoranordnung angeordnet ist;
eine zweite, nichtleitfähige Grenzflächendichtung mit Öffnungen für die Stifte, die an der Außenfläche der zweiten Durchführungsdichtung angeordnet ist;
einen leitfähigen Erdungszylinder, der die zweite Durchführungsdichtung und die erste Kondensatoranordnung und auch einen Teil des dielektrischen Körpers umgibt und geeignet ist, mit dem Erdungszylinder in elektrischen Kontakt gebracht zu werden;
eine leitfähige Hülle, die zur Aufnahme der Stifte, Dichtungen, des dielektrischen Körpers, des elastomeren Körpers, der Kondensatoranordnungen und des Erdungszylinders geeignet ist; und,
abgestützt innerhalb der Hülle, ein leitfähiges Ringelement, welches eine Vielzahl federnd nachgiebiger Kontaktfinger bereitstellt, um elektrischen Kontakt mit dem Erdungszylinder herzustellen und einen elektrischen Erdungspfad von der Stiftanordnung zur Hülle schafft.
Wünschenswerterweise ist jede der Kondensatoranordnungen mit jedem der Stifte verlötet. Um den Abschirmwirkungsgrad an einer Verbindermontagehalterung besser sicherzustellen, ist ein leitfähiger Ring, beispielsweise ein O-Ring an der Hülle und um sie herum angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen als Beispiel beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf den Rohling, aus dem ein elektrischer Erdungszylinder zur Verwendung im Filterverbinder gemäß der Erfindung gebildet wird,
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Zylinderrohlings;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den aus dem Rohling gemäß Fig. 1 und 2 gebildeten Erdungszylinder.
Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Filterverbinders gemäß der Erfindung.
Fig. 1-3 zeigen die Einzelheiten des Erdungszylinders 10 des Filterverbinders gemäß der Erfindung. Der Zylinder 10 ist aus einem leitfähigen Streifen 12 gebildet, der längs seiner Ober- und Unterkante mit einer Anzahl von Kontaktfahnen 14 und mit einer Anzahl von Befestigungselementlöchern 16 versehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechen die Kontaktfahnen 14 der Gestaltung der Außenfläche der elektrischen Verbinderkontaktstifte mit Filterelementen, die noch als "Stiftanordnung" beschrieben und genannt werden.
Fig. 2 zeigt, daß der Zylinder 10 aus einem Rohling gebildet ist, der aus einer Foliendicke besteht, die nur so dick ist, wie nötig ist, um der Verbinderkontaktstiftanordnung Stützfestigkeit zu geben, wie noch beschrieben wird.
Fig. 3 zeigt den Zylinder 10 in seiner fertigen Gestalt zum Einkreisen einer Stiftanordnung, nicht nur, um die Stiftanordnung zu festigen, sondern auch, damit der leitfähige Streifen 12 mit ihr in elektrischen Kontakt gebracht werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Zylinder 10 aus einer Beryllkupferlegierung mit einer Foliendicke, die so gewählt ist, daß die gebildete Hülse stark genug ist, die schwächeren Elemente der Stiftanordnung abzustützen und auch in den Mantel des Verbinders induzierte, vagabundierende elektrische Ströme an Erde abzuleiten.
Fig. 4 zeigt teilweise im Schnitt ein Ausführungsbeispiel des mehrpoligen elektrischen Filterverbinders gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Gestaltung nach Art einer kreisförmigen Kontermutter, wenn auch die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt ist.
Der Filterverbinder enthält typischerweise eine Vielzahl elektrischer Stifte, obwohl in Fig. 4 nur ein Stift 20 gezeigt ist, wobei jeder Stift ein Stiftkontaktende 22 und ein entgegengesetztes Ende 24 hat. Es sei darauf hingewiesen, daß nicht alle Stifte 20 gefiltert sein müssen. Es kann auch ein Gemisch aus gefilterten Stiften und ungefilterten Stiften gewissen, vorherbestimmten Bedürfnissen entsprechen, wenn auch bei Gelegenheit alle Stifte gefiltert sein können.
In der Nähe des Kontaktendes 22 des Stiftes 20 ist eine erste, nichtleitfähige Durchführungsdichtung 30 mit Öffnungen für den Durchtritt von Stiften 20 angeordnet. Die Durchführung 30 kann aus einem elektrisch nichtleitfähigen, elastomeren Werkstoff, beispielsweise aus Fluorsilikongummi hergestellt sein. "Nichtleitfähig" und "dielektrisch" sind hier als Synonyme verwendet.
Hinter der Durchführung 30 befindet sich ein dielektrischer Körper 36 mit Öffnungen entsprechend den Stiften 20. Der dielektrische Körper 36, der auch als ein erster Einsatz bezeichnet wird, ist vorzugsweise aus einer Epoxyformmasse, wie sie unter dem Warenzeichen Epiall oder Fiberite verkauft wird, so hergestellt, daß er einen Teil der Stifte 20 umschließt und gegen körperliche Stöße polstert.
In Berührung mit der Innenfläche 42 des Einsatzes 36 ist eine erste, ebene, keramische Kondensatoranordnung 40 angeordnet, die den Stiften 20 entsprechende Öffnungen hat. Diese monolitischen, keramischen, ebenen Kondensatoranordnungen, seien sie kreisförmig oder rechteckig, sind im Handel erhältlich, beispielsweise als MIL-C-38999 kreisförmige, ebene Kondensatoranordnungsserie von AVX.
An und um jeden der Stifte 20, die gefiltert werden sollen, sind Ferritinduktorwülste 50 angeordnet. Diese Ferritwülste sind aus verschiedenen Quellen im Handel erhältlich.
Ein nichtleitfähiger, elastomerer Körper oder zweiter Einsatz 58 ist mit Öffnungen zur Aufnahme jedes der auf einem Stift 20 angebrachten Ferritwülste 50 sowie aller nicht gefilterten Stifte versehen. Durch den zweiten Einsatz 58 werden die Ferritwülste 50 voneinander und auch vom ersten Kondensator 40 körperlich getrennt und isoliert. Aufgrund dieser Isolierung wird die elektrische Lichtbogenbildung zwischen Wülsten oder zwischen Wülsten und Kondensator eliminiert.
In Anlage an der Außenfläche 62 des elastomeren Körpers 58 ist eine nichtleitfähige Grenzflächendichtung 66 angeordnet, die Öffnungen zur Aufnahme der Stifte 20 hat.
In Anlage an der Fläche der Dichtung 66 ist eine zweite, ebene, keramische Kondensatoranordnung 72 mit den Stiften 20 entsprechenden Öffnungen angeordnet.
In Anlage an der Außenfläche der zweiten Kondensatoranordnung 72 befindet sich eine zweite, nichtleitfähige Durchführungsdichtung 78 mit Öffnungen zur Aufnahme der Stifte 20.
Nach der zweiten Durchführung 78 ist eine zweite, nichtleitfähige Grenzf =lächendichtung 82 angeordnet, die Öffnungen zur Aufnahme der Stifte 20 hat.
Die in Fig. 3 gezeigten Elemente sind von der zweiten Durchführung 78 bis zur ersten Kondensatoranordnung 40 und darüber hinaus unter Einschluß eines Teils des dielektrischen Körpers 36 von einem leitfähigen Erdungszylinder 10 umgeben. Der Erdungszylinder 10 stützt die verschiedenen Elemente einteilig ab und bietet außerdem einen elektrischen Pfad von der Stiftanordnung zu einem unten zu beschreibenden Mantel oder einer Hülle.
Zu dem Filterverbinder gehört eine äußere, leitfähige Hülle 88 zur Unterbringung der Stiftanordnung. Der Einsatz 36 ist innerhalb der Hülle von einem Haltering 90 im Innern der Hülle 88 und an der Innenseite der Durchführung 30 gehalten.
Innerhalb der Hülle ist ein leitfähiges Ringelement 96 abgestützt, welches eine Vielzahl federnd nachgiebiger Kontaktfinger 98 zum Herstellen elektrischen Kontaktes mit dem Erdungszylinder 10 und auch zur Schaffung eines elektrischen Erdungsweges von der Stiftanordnung zu der Hülle 88 bereitstellt. Diese Ringe mit Federkontaktfingern sind im Handel erhältlich, beispielsweise als Beryllkupferausführung Q, 97-252:255 der Instrument Specialities Co., Inc., Delaware Water Gap, PA 18327.
Überragende Ergebnisse werden erhalten, wenn die Stiftanordnung und die beiden Kondensatoranordnungen weiter miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist jede der Kondensatoranordnungen mit jedem der Stifte verlötet. Das geschieht wünschenswerterweise unter Anwendung eines "Phase Four Model 1214"Dampfphasen-Lötsystems der Dynapert HTE- Emhart, Concord, MA 01742.
Bei Einbauten mit Kontermutter 99 können Öffnungen das Eindringen von streuenden elektromagnetischen Störungen an der Montagegrenzfläche erlauben. Um den Abschirmwirkungsgrad an der Verbindermontageöffnung besser sicherzustellen, ist an der und um die Hülle 88 herum ein leitfähiger Ring 102 angeordnet. Typischerweise ist der Ring 102 ein leitfähiger, elastomerer O-Ring.

Beispielhaft

In Übereinstimmung mit einem genormten Militärversuch wurden sechs Muster des durch Dampfphasenlöten hergestellten Filterverbinders gemäß der Erfindung sinuswellenförmigen Schwingungen ausgesetzt. Eine visuelle Inspektion bei Beendigung jedes Versuchs zeigte keinen Schaden an irgendeinem Muster.
Es wurden Muster von Filterverbindern gemäß der Erfindung unter Einschluß von Dampfphasenlöten mit einer Aufnahmehüllengröße: 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 und 25; Montagetyp: Kastenanbringung, Wandanbringung, Kontermutter, Stiftgröße: 22D und 20; der Filterschaltkreis war Tiefpaß Pi-Sektion, geprüft und für annehmbar zur militärischen Verwendung gehalten.
Diese Muster zeigten:
Kapazität 5000 pF bis 15000 pF @ 1 KHz und + 25 C
Arbeitsspannung 50 V, 100 V, 200 V
Stromnennleistung 5 Ampere, 7,5 Ampere
HF-Strombelastbarkeit 3,0 Ampere
Isolierwiderstand 10000 Megohm @ + 25 C
Dielektrische Stehspannung 300 VDC, 500 VDC @ + 25 C
Betriebstemperatur - 55 C bis + 125 C
Dämpfung 18 dB Minimum bei 10 MHz 65 dB Minimum bei 100 MHz

Claims

1. Elektrischer Verbinder mit einer Vielzahl von Stiften und mit Filterwirkung hinsichtlich einer elektromagnetischen Interferenz (EMI) bezüglich beliebig vieler Stifte in dem Verbinder, wobei der Verbinder Folgendes aufweist:

eine Vielzahl elektrischer Stifte (24);

eine erste nicht-leitende Durchführungs-Abdichtung (30) mit Öffnungen für die Stifte, wobei die erste Durchführungsabdichtung außenseitig eines dielektrischen Körpers (36) angeordnet ist; wobei der dielektrische Körper (36) Öffnungen aufweist, die den Stiften (24) entsprechen;

eine erste ebene Anordnung (40) aus Keramik-Kondensatoren mit Öffnungen, die denen der Stifte (24) entsprechen und in Richtung auf den dielektrischen Körper (36) angeordnet sind;

Ferrit-Stützscheiben (50), die auf und um jeden der Stifte (24), bei dem eine Filterwirkung erwünscht ist, montiert sind;

einen nicht-leitenden Elastomer-Körper (58), der mit Öffnungen versehen ist, um jede der Stützscheiben (50) und jeden der nicht-gefilterten Stifte aufnimmt, und um die Ferrit-Stützscheiben (50) gegeneinander sowie in bezug auf die erste Kondensator-Anordnung (40) zu isolieren, wobei der Elastomer-Körper (58) an der ersten Kondensator-Anordnung anliegt;

eine erste nicht-leitende Schnittstellen-Abdichtung (66), die mit Öffnungen für die Stifte versehen ist und an der Außenfläche (62) des Elastomer-Körpers anliegt;

eine zweite ebene Anordnung von Keramik-Kondensatoren (72), die Öffnungen aufweisen, welche denjenigen Stiften entsprechen, die an der ersten Schnittstellen-Abdichtung (66) anliegen;

eine zweite nicht-leitenden Durchführungsdichtung (78), die mit Öffnungen für die Stifte (24) versehen ist, die an der Außenseite der zweiten Kondensator-Anordnung angeordnet sind;

eine zweite nicht-leitenden Schnittstellen-Abdichtung (82), die mit Öffnungen für die Stifte (24) versehen ist, welche an der Außenseite der zweiten Durchführungsabdichtung (78) angeordnet sind;

einen leitenden Erdungszylinder (10), der die zweite Durchführungsabdichtung (78) umgibt sowie die erste Kondensator-Anordnung (40) und auch einen Abschnitt des dielektrischen Körpers (36), und der in elektrischem Kontakt steht mit der ersten Kondensator-Anordnung (40);

eine leitende Hülle (88), die so ausgelegt ist, daß sie die Stifte (24) aufnimmt, sowie die Abdichtungen, den dielektrischen Körper (36), den Elastomer-Körper (48), die Kondensator-Anordnungen (40, 72) und den Erdungszylinder (10); und wobei

in der Hülle (88) ein leitendes Ring-Element (96) abgestützt ist, welches eine Vielzahl von elastischen Kontakt-Fingern (48) bereitstellt zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit dem Erdungszylinder (10) und zum Herstellen eines elektrischen Erdungspfades von der Pin-Reihe zu der Hülle (88).

2. Filternder Verbinder gemäß Anspruch 1, wobei jede der zwei Kondensator-Anordnungen (40, 72) an jeden der Stifte (24) angelötet ist.

3. Filternder Verbinder gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein leitender Ring (102) auf und um die Hülle (88) angeordnet ist, um weiterhin die Abschirmungswirkung an einem Montageloch des Verbinders bezüglich elektromagnetischer Interferenzen zu verbessern.