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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder
zur Verwendung zwischen zwei Geräten,
die leitende Elemente aufweisen wie Leiterplatten, die einen Teil
eines elektrischen oder elektronischen Schaltkreises bilden. Ein elektrischer
Verbinder, wie er in dem Oberbegriffsanteil von Patentanspruch 1
beschrieben ist, ist bekannt aus
EP 0 403 206 A2 .
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Beispiele
von Verbindern aus dem Stand der Technik zum Erzeugen einer elektrischen
Verbindung zwischen zwei Platinen, die zum Beispiel parallel zueinander
befestigt sind, wobei der Verbinder zwischen den beiden Platinen
angeordnet ist, werden durch
US
4,511,197 ,
US 4,341,433 ,
US 5,437,556 und
US 4,505,529 verkörpert. Derartige
Verbinder sind definiert durch ein Gehäuse mit mehreren leitenden
Elementen in einer Beziehung zu dem Gehäuse, sodass auf jeder Seite
des Gehäuses
jedes leitende Element eine Nase aufweist, die einen leitenden Pfad der
Leiterplatte berühren
kann. Die leitenden Elemente können
solch einen Pfad einer jeden Platine auf jeder Seite des Gehäuses berühren, um
damit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Platinen zu
erzeugen. Es ist wichtig zu gewährleisten,
dass eine elektrische Verbindung durch die leitenden Elemente aufrechterhalten
wird und entsprechend die Leiterplatten oft in einer bestimmten
Position eingespannt sind.
US
4,505,529 beschreibt den Gebrauch eines leitenden Elements,
das eine Druckfederanordnung hat, die eine Vorspannung des leitenden
Elements in Richtung der beiden Platten erzeugt, wenn ein gewisser
Grad von Biegung der Federkomponente des leitenden Elements auftritt.
Die Federkomponente des leitenden Elements ist von der Art, dass
die höchste Änderungsrate
der erzeugten Vorspannungskraft im Anfangstadium der Verbiegung
der Federkomponente auftritt.
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US 4,511,197 sieht eine
Kontaktanordnung vor, die die Erwünschtheit von verkleinerten
Impedanz- und Widerstandseffekten erkennt und dabei einen Verbinder,
der in Betrieb eine kürzere
Pfadlänge des
vom Verbinder erzeugten Schaltkreises vorsieht, vorsieht.
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Das
leitende Element aus
US 4,511,197 beinhaltet
eine erste Kontaktnase und eine zweite Kontaktnase, wobei die zweite
Kontaktnase am Ende eines Armteils des leitenden Elements befestigt
ist. Der Arm ist freitragend von einem Punkt aus am Ende des Arms
weg von der Kontaktnase. Indem er sich auf den Zustand mit voller
Berührung
zu bewegt, berührt
ein Arm, der sich von der Kontaktnase aus erstreckt, einen Arm des
leitenden Elements an der ersten Kontaktnase und erzeugt dabei eine
Bewegung der ersten Kontaktnase, um sie in einer Wischbewegung zu
bewegen. Diese Bewegung entfernt alle absorbierten Filme und Oxide,
die auf einem leitenden Pfad der Platine abgeschieden werden könnten.
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US 4,341,433 beschreibt
einen Verbinder mit einem leitenden Element mit einem ersten Bereich, der
bezüglich
dem Gehäuse
fest bleibt und von dem aus sich eine erste Nase erstreckt, um einen
leitenden Pfad auf einer ersten Platine zu berühren und von dem aus sich an
anderer Arm erstreckt, um als eine Feder, die eine Nase befestigt,
die einen leitenden Pfad auf einer anderen Platine berühren soll,
zu dienen. Desgleichen ist in
US
5,437,556 eine erste Nase auf einem leitenden Element auf
einen Federbereich des leitenden Elements befestigt und sieht eine
Vorspannkraft in Richtung auf eine erste Platine, welche die Nase
des leitenden Elements berühren soll,
vor.
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EP 0 403 206 A2 offenbart
einen elektrischen Verbinder zur Verwendung zwischen zwei Geräten mit
leitenden Bereichen, zwischen denen eine elektrische Verbindung
herzustellen ist, wobei die elektrische Verbindung ein Gehäuse aufweist
mit einer durchgehenden Passage durch ein leitendes Element eines
länglichen
leitenden Materials, das innerhalb der Passage angeordnet ist, wobei
das leitende Element geformt ist, um zu definieren: einen oberen Kontaktbereich
und einen unteren Kontaktbereich, um jeweils ein oberes Gerät und ein
unteres Gerät
zu berühren,
einen Befestigungsbereich, der das leitende Element am Gehäuse sichert,
einen Armbereich mit einem ersten Ende abhängig von dem Befestigungsbereich
und ein freies Ende bei dem oder auf dieses zugerichtet der obere
Kontaktbereich angeordnet ist, wobei der Arm auf eine Berührung mit
dem oberen Gerät
hinfedernd verbogen wird, um den oberen Kontakt aus einer ersten
Stelle zu verschieben, in der der Arm sich in einer ungebogenen
Stellung befindet, in eine zweite Stellung, in der das obere Gerät in Betriebsstellung
positioniert ist, wobei der obere Kontaktbereich an dieses gepresst
ist und wobei der obere Kontakt durch den dann gebogenen Arm auf die
erste Stellung zugebogen ist.
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Dementsprechend
ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen
Verbinder zur Verwendung zwischen zwei Geräten mit einer variablen Änderungsrate
der Kraft, während
der Berührung
eines Gerätes
mit leitenden Elementen vorzusehen oder wenigstens eine nützliche
Wahlmöglichkeit anzubieten.
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Es
ist auch ein Gegenstand dieser Erfindung, einen elektrischen Verbinder
mit wenigstens einem leitenden Element, das eine höhere Druckkraft
vorsehen kann, vorzusehen.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein leitendes
Element mit einem kürzeren
elektrischen Pfad beim Zusammendrücken anzugeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung besteht aus einem elektrischen Verbinder zur
Verwendung zwischen zwei Geräten
mit leitenden Bereichen zwischen denen eine elektrische Verbindung
herzustellen ist, wobei der Verbinder aufweist
ein Gehäuse mit
einer durchgehenden Passage
ein leitendes Element aus länglichem,
leitendem Material, welches innerhalb der Passage angeordnet ist, wobei
das leitende Element so geformt ist um zu definieren:
einen
oberen Kontaktbereich und einen unteren Kontaktbereich zur jeweiligen
Berührung
eines solchen oberen Geräts
und eines solchen unteren Geräts (vorzugsweise
an der gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses
befestigt), einen Befestigungsbereich, der das leitende Element
am Gehäuse
sichert,
einen Armbereich mit einem ersten Ende, welches vom
Befestigungsbereich abhängig
ist und einem freien Ende, bei dem oder auf dieses zugerichtet der obere
Kontaktbereich angeordnet ist, wobei der Arm auf eine Berührung mit
dem oberen Gerät
hinfedernd verbogen wird, um den oberen Kontakt aus einer ersten
Stellung, in der der Arm sich in einer ungebogenen Stellung befindet,
in eine zweite Stellung, in der das obere Gerät in Betriebsstellung positioniert
ist, zu verschieben, wobei der obere Kontaktbereich an dieses gepresst
ist und wobei der obere Kontakt durch den dann gebogenen Arm auf
die erste Stellung zugebogen ist,
einen Stützbereich, der durch Biegen
des leitenden Elements geformt so angeordnet ist, dass er den Arm in
einem Bereich zwischen dessen ersten Ende und dem oberen Kontaktbereich
während
der Berührung des
oberen Geräts
und bevor der obere Kontaktbereich die zweite Stellung erreicht,
berührt.
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Vorzugsweise
definiert das leitende Element weiter einen Federbereich zwischen
(und vorzugsweise sich daraus erstreckend) den Befestigungsbereich,
in einer elastisch flexiblen Art und Weise.
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Vorzugsweise
sieht das leitende Element ferner einen Anstieg der Änderungsrate
der Vorspannkraft vor, wenn der Arm den Stützbereich berührt.
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Vorzugsweise
beinhaltet das Gehäuse
eine Mehrzahl von Passagen, die jeweils ein leitendes Element beinhalten.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der obere Kontaktbereich zumindest in der ersten
Stellung aus einem ersten offenen Ende der Passage des Gehäuses heraus.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der untere Kontaktbereich durch ein anderes Ende
der Passage des Gehäuses.
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Vorzugsweise
ist der untere Kontaktbereich durch einen Arm des leitenden Elements,
der sich von dem Befestigungsbereich aus erstreckt, vorgesehen.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Arm von dem Befestigungsbereich auf der anderen
Seite davon, auf das sich der Federbereich von dem Befestigungsbereich
aus erstreckt.
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Vorzugsweise
wurde das leitende Element durch Biegen einer ursprünglich ebenen
Vorform davon hergestellt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Federbereich aus dem Befestigungsbereich, um
den Armbereich zu versehen, im Wesentlichen elastisch verbiegbar
zu sein.
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Vorzugsweise
bewegt sich der obere Kontakt aus seiner ersten Stellung in die
zweite Stellung und umgekehrt in einer Richtung, die im Wesentlichen
parallel zu der Kontaktierungsrichtung des oberen Geräts mit dem
oberen Kontakt ist.
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Vorzugsweise
sieht der Stützbereich,
während
dessen Berührung
mit dem Arm, eine einfache Halterung für den Arm zwischen erstem und
oberen Kontakt vor.
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Vorzugsweise
ist der Stützbereich
durch einen Teil des leitenden Elements vorgesehen, das im Wesentlichen
nicht verstellbar bezüglich
des Gehäuse
bleibt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Federbereich von dem Befestigungsbereich am Ende
des Befestigungsbereich entfernt von wo aus sich der Arm erstreckt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich der Federbereich zwischen dem Befestigungsbereich
und dem ersten zum Ende des Endbereichs in einer Weise, um einen
elastischen Federeffekt des Biegemoments vorzusehen, um die elastische
Verbiegung des Arms zu erlauben.
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Vorzugsweise
ist der Stützbereich
durch das leitende Element als Teil des Befestigungsbereichs vorgesehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht durch ein Gehäuse, das einen Hohlraum, in
dem ein leitendes Element positioniert ist, in einen Nichtbetriebszustand zeigt,
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2 ist
eine Schnittansicht durch ein Gehäuse, die einen Hohlraum, in
dem ein leitendes Element in einem Betriebszustand (ohne die Elektronik oder
die elektrischen Geräte
zu zeigen) positioniert ist, zeigt,
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3 ist
eine perspektivische Sicht eines leitenden Elements,
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4 ist
eine alternative Anordnung des Gehäuses, in dem das leitende Elemente
in einem Nichtbetriebszustand angeordnet werden kann, und
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5 ist
eine Ansicht der Anordnung aus 4 aber wobei
das leitende Element zusammengedrückt ist,
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6 ist
eine Abbildung einer alternativen Form des leitenden Elements der
vorliegenden Erfindung,
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7 ist
eine weitere alternative Abbildung eines leitenden Elements der
vorliegenden Erfindung,
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8 ist
noch eine weitere Alternative zum Leitenden Element der vorliegenden
Erfindung, und
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9 ist
ein Diagramm, das darstellt, wie die Änderungsrate der Kraft sich
verändert,
wenn die Verschiebung des oberen Kontaktes des leitenden Elements
auftritt, und zwar wegen der Bereitstellung eines Stützpunktes,
der wirksam wird, während
der Bewegung des oberen Kontaktes in Richtung auf seinen zweiten
Zustand mit voller Berührung
mit dem elektrischen Gerät,
für das
das leitende Element eine elektrische Verbindung vorsieht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit
Bezug auf die 1 wird in einem Querschnitt
ein elektrischer Verbinder der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der
elektrische Verbinder ist von einer Art die es erlaubt, dass zwei
Geräte
(nicht gezeigt), die zum Beispiel leitende Pfade oder Bereiche haben,
wie sie auf Leiterplatten gefunden werden, verbunden werden. Tatsächlich kann
der Verbinder der vorliegenden Erfindung eine elektrische Verbindung
zwischen einer Leiterplatte als einem ersten Gerät und einem anderen elektrischen
Gerät,
das eine Leiterplatte sein oder nicht sein kann, vorsehen.
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In 1 ist
ein elektrischer Verbinder gezeigt, bei dem ein einzelnes leitendes
Element in einer Passage eines Gehäuses vorgesehen ist. Der elektrische
Verbinder der vorliegenden Erfindung kann ein Gehäuse beinhalten,
wobei mehrere Passagen vorgesehen sind, innerhalb jeder davon ein
leitendes Element vorgesehen ist, um zuzulassen, dass viele elektrische
Verbindungen zwischen den beiden Geräten gebildet werden. Der Einfachheit
halber ist die vorliegende Erfindung in den begleitenden Zeichnungen
mit einem einzelnen leitenden Element 1, das in einem Hohlraum 2 des
Gehäuse 3 vorgesehen ist,
dargestellt. Das leitende Element 1 sieht einen oberen
Kontaktbereich 4 und einen unteren Kontaktbereich 5 vor.
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Das
leitende Element ist vorzugsweise hergestellt aus einem leitenden
Material wie ein Metall, das von einer flexiblen Art ist und vorzugsweise
einen guten Widerstand gegen plastische Verformung hat.
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Mit
Bezug zum Beispiel auf 3, kann gesehen werden, wie
das leitende Element aus einem Blatt Material, das gepresst wurde,
um die längliche Vorform
des leitenden Elements zu definieren, nachdem es durch Biegen in
die gewünschte
Form gebracht werden kann, gebildet werden kann.
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Mit
Bezug auf 3 beinhaltet das leitende Element
einen Befestigungsbereich 6, der das leitende Element an
dem Gehäuse
befestigen kann. Der Hohlraum 2 des Gehäuses kann zum Beispiel von der
Art sein, wo die Seitenwände
des Hohlraums benutzt werden können,
die Stifte 7 des Befestigungsbereichs 6 zu berühren, und
damit das leitende Element fest bezüglich des Gehäuses 3 zu
befestigen. Die Stifte können
von einer Art sein, die in den Hohlraum gepresst werden können und
die einen Rückhaltecharakter
haben, so dass es bezüglich
des Gehäuses
sicher befestigt bleiben kann.
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Das
leitende Element in seiner bevorzugtesten Forum beinhaltet weiter
einen Federbereich 8, der sich von dem Befestigungsbereich 6 erstreckt und
einen Armbereich 9, der elastisch verbiegbar ist, als ein
Ergebnis davon von dem Befestigungsbereich durch den Federbereich
angeordnet zu sein.
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Der
Federbereich 8 liegt zwischen dem Befestigungsbereich und
dem Armbereich 9 und erstreckt sich vorzugsweise von einem
Ende des Befestigungsbereichs zu dem ersten Ende 10 des
Armbereichs. Der Arm ist elastisch biegbar, so dass, wenn ein oberes
Gerät in
eine Betriebsposition gebracht wird, der obere Kontaktbereich 4 auf
das Gehäuse 3 zubewegt
wird.
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Der
obere Kontaktbereich 4 bewegt sich von seiner ersten Position,
wie zum Beispiel gezeigt in 4 bezeichnet
mit Position A, zu einer zweiten Position wie gezeigt in 2 bezeichnet
mit C, indem das obere Gerät
gegen den oberen Verbindungsbereich 4 gedrückt wird.
Der obere Kontaktbereich 4 ist vorzugsweise eine Kontaktnase,
gebildet aus dem Arm 9, und wird von Position A zur Position
C bewegt und zwar in eine Richtung, die im Wesentlichen in die gleiche
Richtung geht von der das obere Gerät in seine endgültige Betriebsposition
bewegt wird.
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Zwischen
der Bewegung des oberen Verbindungsbereich 4 zwischen seiner
ersten Position A und seiner zweiten Position C kontaktiert der
Arm 9 einen Stützbereich 11.
Kontakt des Arms mit dem Stützbereich
tritt an einem Ort zwischen dem ersten Ende 10 des Arms
und dem Teil des Arms auf, an dem der obere Kontaktbereich 4 vorgesehen
ist. In der Tat wird die elastische Biegung des Arms über eine
Länge zwischen
seinem ersten Ende 10 und dem oberen Kontaktbereich 4 einfach
dazwischen gestützt
durch den Stützbereich 11.
Solch eine einfache Unterstützung
sieht eine reaktive Kraft in eine Richtung entgegengesetzt zu der
Richtung der Verschiebung des Arms bei seiner Auslenkung vor, wobei
sich der obere Kontaktbereich von seiner ersten Position zu seiner
zweiten Position bewegt. Bei Berührung
sieht die einfache Unterstützung
mehr Elastizität
vor, erlaubt aber immer noch die Auslenkung des Arms. Bei Berührung des
Stützbereichs
mit dem Arm nimmt die Biegung des oberen Kontaktbereichs zurück zur ersten
Position als ein Ergebnis dieser zusätzlichen Unterstützung zu. 9 zeigt
einen Graph der Verschiebung des oberen Kontaktbereichs und der
für seine
Verschiebung erforderlichen Kraft. Daraus ist ersichtlich, dass
zum Ende der Bewegung, während
der Berührung
eines oberen Gerätes
mit dem oberen Kontaktbereich 4, die Biegekraft des oberen
Kontaktbereichs in Richtung des oberen Gerätes vergrößert wird, und zwar mit einer
größeren Rate,
da er sich in Richtung der zweiten Position verschiebt, sobald die
Stütze
den Kontakt herstellt.
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Während, wie
in 9 angegeben, die Kraft-Verschiebungs-Kurve linear entlang der
beiden Bereiche vor und nach Kontakt der Stütze ist, können die Eigenschaften des
Materials oder der Geometrie des leitenden Elements so sein, dass
sie für
diese Bereiche nicht linear sind. Es kann jedoch verstanden werden,
dass eine hohe Kontaktkraft, ohne jede plastische Verformung des
Materials des Kontaktelements, erreicht werden kann. Dies kann zu
einem Verbinderdesign mit niedrigeren Kosten, kleinerem Abstand
und geringerem Gewicht führen.
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Bezüglich der 4 und 5 kann
eine weitere Anpassung vorgesehen sein, so dass ein Teil des Gehäuses 3 mit
dem leitenden Element zusammenwirken kann, um die Steifigkeit der
elastischen Verschiebung des Arms und daher des oberen Kontakts,
zu erhöhen,
sobald der Stützbereich
den Arm berührt.
Das Gehäuse 3 ist
vorgesehen mit einem Armkontaktbereich 12, der den Arm
am oder in Richtung seines ersten Endes 10 kontaktieren
kann. Kontakt zwischen dem Arm und dem Kontaktbereich 12 des
Gehäuses
tritt auf, wie zum Beispiel gezeigt als Bereich 13 in 5.
Die rückwirkende
Kraft, die für den
Arm an seinem ersten Ende 10 durch den Kontaktbereich 12 vorgesehen
ist, wird zunehmen, sobald der Arm den Stützbereich 11 kontaktiert
und da der obere Kontaktbereich sich weiter in Richtung seiner zweiten
Position verschiebt und da der Arm die Stütze 11 kontaktiert.
Der Armkontaktbereich 12 wird jeder Aufwärtsbewegung
des ersten Endes des Arms widerstehen, während sich der obere Kontaktbereich 4 nach
unten in Richtung von der zweiten Position bewegt. Der Widerstand,
sich vom oberen Kontaktbereich weiter in Richtung seiner ersten
Position zu bewegen, ist dann größtenteils
ein Ergebnis der Biegemomentstärke
des Arms. Der Einfluss des Federbereichs 8, den Arm mit
Elastizität
zu versehen, wird dann reduziert. Der Kontaktbereich 12 sieht
eigentlich auch eine einfache Stütze
für den
Arm vor, aber mit einer in zur Stütze entgegengesetzter Richtung rückwirkenden
Kraft.
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Bezüglich der 6 bis 8 werden
alternative Konfigurationen eines Kontaktelements zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung gezeigt. Während in der bevorzugtesten
Ausführungsform
der Arm, wie gezeigt in 3, elastisch verschiebbar an dem
Federbereich 8, bezüglich
der 7 und 8 befestigt ist, kann der Arm 9 in
einer freitragenden Beziehung von dem Verbindungsbereich 6 vorgesehen
werden, wobei elastische Flexibilität durch den Arm 9 als
Ergebnis seiner Biegemomentbiegefestigkeit vorgesehen ist.
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6 bis 8 zeigen
auch, dass der Stützbereich
nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss als Teil des Verbindungsbereichs 6.
Die Geometrie des Verbindungselements kann so sein, um einen Stützbereich 11 vorzusehen,
der im Wesentlichen beständig
gegenüber
Verschiebung bleibt, sobald der Arm den Stützbereich bei der Verschiebung des
oberen Kontakts 4 in Richtung der zweiten Position kontaktiert.
Während
in der bevorzugtesten Ausführungsform
der Stützbereich 11 direkt
am oder nahe an dem Befestigungsbereich 6 des leitenden Elements
vorgesehen ist, sodass er einen guten Widerstand gegenüber Verschiebung
hat, kann die Geometrie des leitenden Elements immer noch einen Stützbereich
längs der
Länge des
leitenden Elements in Positionen entfernt vom Befestigungsbereich 6 darstellen.
Die Stütze
kann an beiden Enden des Befestigungsbereiches zwischen den Enden
des Befestigungsbereiches angeordnet werden oder kann als ein Bereich,
eine Extrusion von beiden Enden des Befestigungsbereiches vorgesehen
werden. Der Stützbereich 11 kann
auch eine Befestigung des leitenden Elements am Gehäuse zusätzlich zum
Befestigungsbereich 6 vorsehen.
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Zusätzlich zum
Vorsehen einer einfachen Stütze
für den
Arm, erzeugt der Stützbereich,
sobald er den Arm kontaktiert, einen zweiten Weg für den Elektrizitätsfluss
von dem oberen Kontaktbereich zum unteren Kontaktbereich via eines
Teils des Arms, durch den Befestigungsbereich zum unteren Kontaktbereich,
wobei der Flussweg der Elektrizität verkürzt wird, indem sie sich nicht
durch den Federbereich bewegen muss. In der Elektronik wird es geschätzt, dass
ein verkürzter
Flussweg für
die Elektrizität
Vorzüge
von reduziertem Widerstand und Impedanz vorsieht.