-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbinder und im Besonderen
auf einen Verbinder, der auf dem Gebiet von Elektrische-Schaltung-Modulen
für eine
Platine-zu-Platine-
oder Kabel-zu-Platine-Verbindung verwendet wird.
-
Herkömmliche
Verbinder, die auf dem Gebiet von Elektrische-Schaltung-Modulen für Platine-zu-Platine- oder
Kabel-zu-Platine-Verbindungen verwendet
werden, weisen zwei Verbinderteile auf. Jedes Verbinderteil ist
an einer Platine angebracht oder an einem Kabel befestigt und stellt
eine elektrische Verbindung zu der Platine oder dem Kabel bereit.
An einer Einsteck- bzw. Plug-in-Seite weist jedes Verbinderteil
elektrische Kontakte auf. Eine elektrische und mechanische Verbindung
wird durch Zusammenstecken der zwei Verbinderteile erzielt, derart,
dass die elektrischen Kontakte der Verbinderteile zusammenkommen.
Um die Verbindung aufrechtzuerhalten, ist eine Verbindungskraft
erforderlich. Es gibt zwei verschiedene Arten, um die Verbindungskraft
zu erzeugen.
-
Steckkraftfreie
(steckkraftfrei = zero insertion force = ZIF) Verbinder erfordern
keine Einsteckkraft, um die zwei Verbinderteile zusammenzustecken.
Die erforderliche Verbindungskraft wird durch ein mechanisches Schema
mit Umschaltern oder Schrauben erzielt. Dieses komplizierte mechanische
Schema zum Bereitstellen der Verbindungskraft führt zu hohen Kosten und erschwert
die Handhabung des Verbinders. Um die elektrischen Kontakte vor
Korrosion zu schützen,
sind kostenintensive Kontaktmaterialien wie z. B. Gold erforderlich.
-
Ein
anderer Typ von Verbinder erfordert eine Einsteckkraft, um die zwei
Verbinderteile fest zusammenzustecken. Diese feste Verbindung hat
eine andauernde Verbindungskraft zur Folge, die die zwei Verbinderteile
zusammenhält.
Neben der Notwendigkeit eines Schutzes vor Korrosion hat dieser
Verbindertyp den Nachteil, dass die Verbindungskraft sehr klein
ist und der Verbinder deshalb vibrationsempfindlich ist. Dies bringt
eine geringe Zuverlässigkeit der
Verbindung mit sich.
-
Die
US-A-4 846 729 ,
die als den naheliegendsten Stand der Technik darstellend betrachtet wird,
offenbart einen elektronischen Verbinder. Der Verbinder weist eine
Mehrzahl von Kontakten, die in einer oder mehreren Reihen in einem
Verbindergehäuse
zugeordnet sind, und eine Formgedächtnisfeder, die in einem Verbindergehäuse zugeordnet
ist, zum Treiben der Kontakte, auf. Die Formgedächtnisfeder hat eine Anfangsform
bei einer Temperatur unterhalb einer Umwandlungstemperatur. Wenn
die Formgedächtnisfeder
ihre Umwandlungstemperatur erreicht, stellt die Formgedächtnisfeder
eine gespeicherte Form wieder her und überträgt eine Wiederherstellungskraft
auf die Kontakte. Somit kann der elektronische Verbinder Kontakte
ohne eine Einlage- oder Entfernungskraft aneinander anbringen oder voneinander
abbauen. Jeweils ein Ende des Kontakts und der Formgedächtnisfeder
erstreckt sich von einer Oberfläche
des Verbindergehäuses.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbinder bereitzustellen,
der eine zuverlässige
Verbindung gewährt.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Verbinder gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Bimetallstreifen
als Teil eines Verbinders verwendet werden kann, um eine starke
Verbindungskraft bereitzustellen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein gebogener Bimetallstreifen benachbart zu einem
federnden Kontakt eines Verbinders angeordnet und aufgebaut, um
abhängig
von der Temperatur gegen den federnden Kontakt zu drücken oder
den federnden Kontakt freizugeben. Wenn er gegen den federnden Kontakt
drückt,
erzeugt der Bimetallstreifen eine Verbindungskraft zwischen dem
federnden Kontakt und einem Kontakt eines zweiten Verbinderteils,
das in den Verbinder gesteckt ist.
-
Bei
einem Vergleichsbeispiel wird das zweite Verbinderteil durch den
federnden Kontakt bei einer niedrigen Temperatur des Bimetallstreifens
festgestellt und bei einer hohen Temperatur freigegeben.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das zweite Verbinderteil durch den federnden
Kontakt bei einer hohen Temperatur des Bimetallstreifens festgestellt
und bei einer niedrigen Temperatur freigegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist
das zweite Verbinderteil einen Lötkontakt
auf, der eine Lötverbindung
zwischen dem Kontakt des Verbinders und dem Kontakt des zweiten
Verbinderteils herstellt. Eine Lötverbindung
stellt hohen Widerstand gegen Vibrationen, mechanische Belastung und
eine aggressive chemische Umgebung bereit und erfordert keine kostenintensiven
Kontaktmaterialien.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird der Bimetallstreifen mittels eines Stroms, der dem Bimetallstreifen
zugeführt
wird, erwärmt.
Dies ermöglicht
eine leichte Handhabung des Verbinders. Durch Verbinden des Bimetallstreifens
mit einer elektrischen Masse stellt der Bimetallstreifen ferner
einen Schutz gegen elektromagnetische Störungen bereit.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind hierin nachfolgend mit Bezug auf
die angehängten
Zeichnungen beschrieben.
-
1a bis 1c zeigen
eine schematische Ansicht eines Verbinders, der ein Vergleichsbeispiel verkörpert, in
drei Zuständen
eines Ineingriffnahmeprozesses; und
-
2a bis 2c zeigen
eine schematische Ansicht eines Verbinders gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung in drei Zuständen eines
Ineingriffnahmeprozesses; und
-
3 zeigt
eine schematische Ansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
-
1a, 1b und 1c zeigen
ein Vergleichsbeispiel eines Verbinders in drei unterschiedlichen
Zuständen
eines Ineingriffnahmeprozesses.
-
1a zeigt
einen Verbinder 100, der einen Verbinderkörper 102,
einen ersten Kontakt 104 und einen zweiten Kontakt 106,
einen ersten Bimetallstreifen 108 und einen zweiten Bimetallstreifen 110 aufweist.
Bei dem veranschaulichten Vergleichsbeispiel weist der Verbinderkörper 102 eine
Form wie ein „U" und eine erste Oberfläche 102a,
die eine Innenseite des Verbinderkörpers 102 bedeckt,
und eine zweite Oberfläche 102b,
die eine Außenseite bedeckt,
auf.
-
Ein
Ende 104a, 106a jedes Kontakts 104, 106 ist
in dem Verbinderkörper
feststehend. Das andere Ende 104b, 106b jedes
Kontakts 104, 106 bildet einen federnden Kontakt
und erstreckt sich von der ersten Oberfläche 102a des Verbinderkörpers 102. Die
federnden Kontakte 104b und 106b sind derart angeordnet,
dass sie einen Zwischenraum zwischen denselben bilden.
-
Ein
Ende 108a, 110a jedes Bimetallstreifens 108 und 110 ist
an dem Verbinderkörper 102 befestigt,
und ein freies Ende 108b, 110b jedes Bimetallstreifens 108, 110 erstreckt
sich von der ersten Oberfläche 102a.
Die freien Enden 108b, 110b der Bimetallstreifen 108, 110 sind
derart gebildet, dass sie gegen die federnden Kontakte 104b, 106b drücken und dielektrische
Streifen 112, 114 aufweisen, die derart angeordnet
sind, dass sie eine Barriere zwischen den federnden Kontakten 104b, 106b und
den freien Enden 108b, 110b der Bimetallstreifen
bilden. Somit stellen die dielektrischen Streifen 112, 114 eine
elektrische Trennung zwischen den Kontakten 104, 106 und
den Bimetallstreifen 108, 110 bereit.
-
In
der Regel ist der Verbinder 100 auf einer Schaltungsplatine
(nicht gezeigt) angeordnet. Um den Verbinder 100 mit der
Schaltungsplatine zu verbinden, erstrecken sich die feststehenden
Enden 104a, 106a der Kontakte 104, 106 von
der zweiten Oberfläche 102b des
Verbinderkörpers 102 und
bilden Anschlüsse 116, 118.
-
Die
Bimetallstreifen 108, 110 weisen zwei Schichten
(in den Figuren nicht gezeigt) unterschiedlicher Metalle auf, die
unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Somit weisen die zwei unterschiedlichen Metallschichten
bei gegebenen Temperaturen eine unterschiedliche Ausdehnung auf.
Da die zwei unterschiedlichen Metallschichten aneinander befestigt
sind, verändert
der Bimetallstreifen, während
er unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt ist, seine Form, um
die unterschiedlichen Ausdehnungen der zwei Metallschichten auszugleichen.
-
Bei
diesem Vergleichsbeispiel biegt sich jeder Bimetallstreifen 108, 110 zu
dem benachbarten Kontakt 104, 106 und drückt gegen
denselben, wenn er einer Temperatur ausgesetzt ist, die in dem Bereich
einer Betriebstemperatur einer Anwendung, für die der Verbinder 100 verwendet
wird, liegt. 1 zeigt den Verbinder 100 in
einem derartigen Zustand, in dem die Bimetallstreifen 108, 110 eine
Temperatur aufweisen, die in dem Bereich der Betriebstemperatur
liegt. Die Bimetallstreifen 108, 110 drücken gegen die
federnden Kontakte 104b, 106b und bewegen dieselben
in eine erste Position. In dieser ersten Position ist der Zwischenraum
zwischen den federnden Kontakt 104b, 106b zum
Aufnehmen eines zweiten Verbinderteils (in 1 nicht
gezeigt) nicht breit genug.
-
1b zeigt
den Verbinder 100, wie er in 1a veranschaulicht
ist, wobei sich die federnden Kontakte 104b, 106b in
einer zweiten Position befinden, in der es möglich ist, ein zweites Verbinderteil 120 in
den Zwischenraum zwischen den federnden Kontakten 104b, 106b zu
stecken. Das zweite Verbinderteil 120 weist zwei Kontakte 122, 124 auf,
die derart angeordnet sind, dass sie die Kontakte 104, 106 in
Eingriff nehmen können,
wenn das zweite Verbinderteil 120 in den Verbinder 100 gesteckt
wird und die Kontakte 104, 106 in eine erste Position
zurückbewegt
werden.
-
Das
zweite Verbinderteil 120 kann ein zweiter Verbinder sein,
der sich mit einem Kabel verbindet, oder es kann eine gedruckte
Schaltungsplatine wie z. B. ein Speichermodul sein.
-
In
dem in 1b gezeigten Zustand sind die Bimetallstreifen 108, 110 auf
eine hohe Temperatur erwärmt,
die über
der Betriebstemperatur liegt. Bei dieser Temperatur biegen sich
die Bimetallstreifen 108, 110 von den Kontakten 104, 106 weg.
Somit wird der Druck auf die federnden Kontakte 104, 106 verringert
und die federnden Kontakte 104b, 106b entspannen
sich. Der Zwischenraum zwischen den Kontakten 104, 106 verbreitert
sich und ist breit genug zum Aufnehmen des zweiten Verbinderteils 120.
-
Nachdem
das zweite Verbinderteil 120 in den Verbinder 100 gesteckt
worden ist, wird die Temperatur der Bimetallstreifen 108, 110 wieder
herabgesetzt. Somit verändern
die Bimetallstreifen 108, 110 erneut ihre Form
und drücken
gegen die federnden Kontakte 104b, 106b.
-
1c zeigt
den Verbinder 100 mit in den Zwischenraum zwischen den
Kontakten 104, 106, die in die erste Position
zurückbewegt
sind, gestecktem zweiten Verbinderteil 120. In diesem Zustand weisen
die Bimetallstreifen 108, 110 eine Temperatur auf,
die wieder in dem Bereich der Betriebstemperatur liegt. Somit drücken die
Bimetallstreifen 108, 110 gegen die federnden
Kontakte 104b, 106b, wodurch sie die Breite des
Zwischenraums zwischen den Kontakten 104, 106 verringern.
Die federnden Kontakte 104b, 106b werden gegen
die Kontakte 122, 124 des zweiten Verbinderteils 120 gedrückt. Eine
elektrische Verbindung wird zwischen den Kontakten 104, 106 des
Verbinders 100 und den Kontakten 122, 124 des zweiten
Verbinderteils 120 gebildet. Zusätzlich zu der elektrischen
Verbindung wird das zweite Verbinderteil 120 mechanisch
an dem Verbinder 100 befestigt.
-
Um
das zweite Verbinderteil 120 von dem Verbinder 100 zu
trennen, werden die Bimetallstreifen 108, 110 wieder
erwärmt.
Somit bewegen sich die Kontakte 104, 106 in die
zweite Position, und das zweite Verbinderteil 120 kann
aus dem Verbinder 100 herausgenommen werden.
-
Die 2a, 2b und 2c zeigen
einen Verbinder 100' gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in drei unterschiedlichen Zuständen eines
Ineingriffnahmeprozesses.
-
Komponenten
des Verbinders 100',
die in den 2a, 2b oder 2c gezeigt
sind, die Komponenten, die in den 1a, 1b oder 1c gezeigt
sind, entsprechen, weisen dieselben Bezugszeichen auf und sind hierin
nachfolgend nicht weiter ausgeführt.
-
2a zeigt
einen Verbinder 100',
der zwei federnde Kontakte 104b, 106b aufweist,
die gemäß 1a angeordnet
sind und einen Zwischenraum zwischen denselben bilden. Der Verbinder 100' umfasst ferner
zwei Bimetallstreifen 108', 110'. Die Bimetallstreifen 108', 110' weisen wiederum
ein feststehendes Ende 108'a, 110'a, das an dem
Verbinderkörper 102 befestigt
ist, und ein freies Ende 108'b, 110'b, das sich
von der Oberfläche 102a des
Verbinderkörpers 102 erstreckt,
auf. Ein zweites Verbinderteil 120' wird in den Zwischenraum zwischen
den federnden Kontakten 104b, 106b gesteckt. Das
zweite Verbinderteil 120' weist
zwei Kontakte 122', 124' auf.
-
In
dem in 2a gezeigten Zustand weisen die
Bimetallstreifen 108', 110' eine Temperatur
auf, die in dem Bereich einer Betriebstemperatur liegt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
biegen sich die Bimetallstreifen 108', 110' bei dieser niedrigen Temperatur von
den Kontakten 104, 106 weg. Somit sind die federnden
Kontakte 104b, 106b in einer entspannten Position
oder zweiten Position. In dieser zweiten Position ist der Zwischenraum
zwischen den Kontakten 104, 106 breit genug zum
Aufnehmen des zweiten Verbinderteils 120'.
-
2b zeigt
den Verbinder 100' in
einem Zustand, in dem die Bimetallstreifen 108', 110' eine hohe Temperatur
aufweisen, die über
der Betriebstemperatur liegt. Bei dieser Temperatur biegen sich die
Bimetallstreifen 108', 110' zu den Kontakten 104, 106,
und die Kontakte 104, 106 werden in eine erste Position
bewegt. Somit werden die federnden Kontakte 104'b, 106'b gegen das
zweite Verbinderteil 120' gedrückt, das
in dem Zwischenraum zwischen den Kontakten 104, 106 angeordnet
ist.
-
Das
zweite Verbinderteil 120' weist
Kontakte 122', 124' auf, die wie
mit Bezug auf 1b beschrieben sind. Die Kontakte 122', 124' sind Lötkontakte,
die eine Lötschicht
(nicht gezeigt) auf einer Oberfläche,
die zu den Kontakten 104, 106 benachbart ist,
aufweisen. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat
die hohe Temperatur, die erforderlich ist, um die Bimetallstreifen 108', 110' zu verformen,
eine zweite Funktion. Wenn die erwärmten Bimetallstreifen 108', 110' gegen die Kontakte 104, 106 drücken, ermöglichen
dieselben die Ausbreitung von Wärme
auf die federnden Kontakte 104b, 106b, die die
weitere Ausbreitung von Wärme
auf die Lötkontakte 122', 124' des zweiten
Verbinderteils 120' ermöglichen.
Die Lötkontakte 122', 124' erwärmen sich,
und das Lötmittel auf
den Lötkontakten 122', 124' schmilzt und
verbindet die Lötkontakte 122', 124' mit den federnden Kontakten 104b, 106b.
-
Es
ist bevorzugt, dass die Temperatur, die erforderlich ist, um das
Lötmittel
auf den Lötkontakten 122', 124' zu schmelzen,
höher ist
als die Temperatur, die erforderlich ist, um die Bimetallstreifen 108', 110' gegen die Kontakte 104, 106 zu
drücken.
Somit ist sichergestellt, dass die Kontakte 104, 106 ihre
Lötverbindung
mit den Lötkontakten 122', 124' aufrechterhalten,
während
sich die Bimetallstreifen 108', 110' abkühlen, da das Lötmittel
fest wird, bevor sich die Bimetallstreifen 108', 110' von den Kontakten 104, 106 wegbiegen.
-
2c zeigt
den Verbinder 100' in
einem Zustand, in dem die Bimetallstreifen 108', 110' wieder auf
eine Temperatur abgekühlt
sind, die in dem Bereich der Betriebstemperatur liegt. In diesem
Zustand gibt es keinen Kontakt zwischen den Bimetallstreifen 108', 110' und den Kontakten 104, 106.
Jedoch besteht nach wie vor eine elektrische und mechanische Verbindung
zwischen dem Verbinder 100' und
dem zweiten Verbinderteil 120', da die Kontakte 104, 106 an
die Lötkontakte 122', 124' des zweiten
Verbinderteils 120' gelötet sind.
-
Um
das zweite Verbinderteil 120' von
dem Verbinder 100' zu
trennen, werden die Bimetallstreifen 108', 110' erneut auf die hohe Temperatur
erwärmt.
In diesem Zustand kann das zweite Verbinderteil 120' von dem Verbinder 100' getrennt werden, da
das Lötmittel
wieder geschmolzen ist. Der Prozess des Verlötens und Ablötens kann
viele Male wiederholt werden.
-
3 zeigt
eine schematische Ansicht durch die lange Seite eines Verbinders 300 gemäß einem weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Verbinder 300 weist einen Verbinderkörper 302,
eine Mehrzahl von Kontakten 304 und einen Bimetallstreifen 308 auf.
Der Bimetallstreifen 308 kann benachbart zu den Kontakten 304 angeordnet
sein, wie es mit Bezug auf 1a oder 2a beschrieben
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist der Bimetallstreifen 308 zwei Versorgungskontakte 330, 332 auf.
An jedem Ende des Bimetallstreifens 308 ist einer der Versorgungskontakte 330, 332 derart
angeordnet, dass sich die Versorgungskontakte 330, 332 von
dem Verbinderkörper 302 derart
erstrecken, dass Klemmen (nicht gezeigt) zum Zuführen eines Stroms zu dem Bimetallstreifen 308 befestigt
werden können.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die hohe Temperatur, die erforderlich ist, um den Bimetallstreifen 308 zu
verformen und das Lötmittel
wie mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel
von 2 beschrieben zu schmelzen, durch
Zuführen
eines Stroms zu dem Bimetallstreifen 308 über die
Versorgungskontakte 330, 332 erzeugt. Der Strom
fließt
durch den Bimetallstreifen 308 und erwärmt ihn dabei.
-
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel weist
der Bimetallstreifen einen weiteren Kontakt zum Kontaktieren des
Bimetallstreifens mit einer elektrischen Masse auf. Somit liefert
der Bimetallstreifen einen Schutz vor elektromagnetischen Störungen für den Verbinder.
-
Ferner
ist die Form des Verbinderkörpers nicht
auf die in den Ausführungsbeispielen
gezeigte Form beschränkt,
sondern kann jede beliebige Form aufweisen, die für eine Anwendung,
für die
der Verbinder vorgesehen ist, dienlich ist. Gleiches gilt für die Anzahl
und die Anordnung von Kontakten, Lötkontakten und Bimetallstreifen
des Verbinders und die Anzahl und Anordnung von zweiten Verbinderteilen,
die mit dem Verbinder in Eingriff gebracht werden sollen.
-
Neben
dem Zuführen
eines Stroms zu dem Bimetallstreifen, um denselben zu erwärmen, wie
es in 3 beschrieben ist, kann die hohe Temperatur durch
Aussetzen des Verbinders einer hohen Temperatur oder Erwärmen der
Bimetallstreifen auf eine andere beliebige Weise erzielt werden.
-
Ferner
kann die Verformung der Bimetallstreifen durch Aussetzen des Verbinders
einer Temperatur unterhalb einer Betriebstemperatur erzielt werden.
-
- 100
- Verbinder
- 102
- Verbinderkörper
- 102a
- erste
Oberfläche
des Verbinderkörpers
- 102b
- zweite
Oberfläche
des Verbinderkörpers
- 104,
106
- Kontakte
- 104a,
106a
- feststehendes
Ende der Kontakte
- 104b,
106b
- federnde
Kontakte
- 108,
110
- Bimetallstreifen
- 108a,
110a
- feststehendes
Ende der Bimetallstreifen
- 108b,
110b
- freies
Ende der Bimetallstreifen
- 112,
114
- dielektrische
Streifen
- 116,
118
- Anschlüsse
- 120
- zweites
Verbinderteil
- 122,
124
- Kontakte
des zweiten Verbinderteils
- 100'
- Verbinder
- 108', 110'
- Bimetallstreifen
- 108'a, 110'a
- feststehendes
Ende der Bimetallstreifen
- 108'b, 110'b
- freies
Ende der Bimetallstreifen
- 120'
- zweites
Verbinderteil
- 122', 124'
- Lötkontakte
des zweiten Verbinderteils
- 300
- Verbinder
- 302
- Verbinderkörper
- 304
- Kontakte
- 308
- Bimetallstreifen
- 330
- erster
Versorgungskontakt
- 332
- zweiter
Versorgungskontakt