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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verbinder für das Verbinden
einer Tochterleiterplatte mit einer Mutterleiterplatte, und insbesondere
einen derartigen Verbinder, der eine Vielzahl von Anschlußklemmen aufweist,
wobei einige Anschlußklemmen mit ihren entsprechenden Kontakten auf der
Tochterleiterplatte vor den anderen Anschlußklemmen in Eingriff kommen.
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Leiterplattensteckleisten sind für das elektrische Verbinden von
Leiterbahnen auf einer Tochterleiterplatte mit den passenden Leiterbahnen
auf einer Mutterleiterplatte gut bekannt. Eine Tochterleiterplatte weist
im allgemeinen eine Leiterplatte auf, auf der eine Vielzahl von
elektronischen Bauelementen montiert ist, und die eine elektrische
Schaltung aufweist, die in Kontaktanschlußflächen endet, die auf im Abstand
angeordneten Mittelpunkten längs eines Randabschnittes der Leiterplatte
angeordnet sind. Die Leiterplattensteckleisten weisen im allgemeinen auf:
ein Gehäuse, das einen Schlitz begrenzt, der so bemessen ist, daß der
Randabschnitt der Leiterplatte aufgenommen wird; und Anschlußklemmen, die
einen oder mehrere Kontaktabschnitte aufweisen, die sich in den Schlitz
hinein erstrecken, um mit den Kontaktanschlußflächen der Leiterplatte in
Eingriff zu kommen. Die Anschlußklemmen sind auf im Abstand angeordneten
Mittellinien entsprechend dem Abstand der Kontakte längs des Randes der
Leiterpiatte angeordnet. Ein derartiger Verbinder wird im U.S.Patent Nr.
4557548 offenbart, bei dem jede Anschlußklemme ein Paar Kontaktfederarme
aufweist, die sich in den Schlitz hinein erstrecken, wobei die Arme
elektrisch an eine gemeinsame Leitung angeschlossen sind.
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Es ist bekannt, daß eine Leiterplattensteckleiste mit mehreren
Anschlußklemmen auf jeder Klemmenmittellinie für einen Eingriff mit den
entsprechenden Kontaktanschlußflächen bereitgestellt wird, die auf den
gegenüberliegenden Seiten der Leiterpiatte in verschiedenen Abständen vom
Rand der Leiterplatte angeordnet sind; siehe beispielsweise U.S.Patente Nr.
4298237 und 5024609. Diese Patente offenbaren Verbinder hoher
Packungsdichte, bei denen mehrere Anschlußklemmen auf einer gemeinsamen
Mittellinie Federarme aufweisen, die sich in verschiedene Ebenen oberhalb
eines Bodens des Schlitzes erstrecken, um mit den entsprechenden
Kontaktanschlußflächen in Eingriff zu kommen, die in verschiedenen
Abständen vom Einsetzrand der Leiterplatte angeordnet sind. In jedem dieser
Verbinder wird die Tochterleiterplatte in den Schlitz mit einer
geradlinigen Bewegung eingesetzt, und alle Anschlußklemmen kommen mit ihren
entsprechenden Kontaktanschlußflächen gleichzeitig in Eingriff, während die
Tochterleiterplatte vollständig in den Verbinder eingesetzt wird.
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Ein Problem bei den Verbindern mit direktem Einsatz und hoher
Packungsdichte ist, daß die Summe der durch die einzelnen Federarme
ausgeübten Kräfte ziemlich groß ist, was zu einem beträchtlichen Widerstand
gegen das Einsetzen oder Herausnehmen der Tochterleiterplatte führt. Um
dieses Problem zu überwinden, wurden Leiterplattensteckleisten entwickelt,
die eine Einsetzkraft von Null oder eine niedrige Einsetzkraft erfordern.
Siehe beispielsweise U.S.Patente Nr.3795888; 3920303; 4185882 und 4575172.
Jedes dieser Patente offenbart einen Verbinder, bei dem eine Leiterplatte
in den Verbinder unter einer ersten Winkelposition bei einem geringen oder
keinem Widerstand eingesetzt werden kann, und bei dem die Leiterpiatte in
eine zweite Winkelposition gedreht werden kann, in der die Anschlußklemmen
gegen ihre Federkraft durchgebogen werden. Das Einsetzen unter Drehung
verringert im wesentlichen die Reibung der Anschlußklemmen an ihren
Kontakten, wenn man mit dem geradlinigen oder direkten Einsetzen
vergleicht, und es liefert einen mechanischen Vorteil, der ein leichteres
Durchbiegen der Kontaktfederarme ermöglicht.
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Die Leiterplattensteckleisten mit einer niedrigen Einsetzkraft sind
betreffs der Anzahl der Anschlußklemmen begrenzt, die sie auf einer
einzelnen Klemmenmittellinie aufnehmen könnten. Das U.S.Patent Nr. 4946403
offenbart eine Schaltungsplattenbuchse mit niedriger Einsetzkraft, bei der
die einzelnen Anschlußklemmen auf separaten Mittelpunkten im Abstand
angeordnet sind, und bei der jede Anschlußklemme ein Paar Kontaktfedern
aufweist, die mit den gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte in
Eingriff kommen.
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Ein weiteres Problem bei den Verbindern hoher Packungsdichte ist, daß
die einen engen Abstand aufweisenden Anschlußklemmen für eine
elektromagnetische Induktion und ein Übersprechen empfänglicher sind.
Ebenfalls können die Verbinder hoher Packungsdichte Signale mit einer hohen
Geschwindigkeit übertragen, aber die schnelleren Signale erzeugen größere
Spitzen des elektromagnetischen Impulses, die wahrscheinlicher ein
Übersprechen zwischen benachbarten oder naheliegenden Anschlußklemmen
erzeugen.
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Die Verbinderklemmen können mit entweder der Leistungs-, Signal- oder
Erdungsschaltung auf der Tochterleiterplatte verbinden. Damit streuende
elektromagnetische Impulse nicht die elektronische Baugruppen auf der
Tochterleiterplatte beschädigen, wäre es vorteilhaft, daß die
Leistungsund Erdungsstromkreise geschlossen werden, bevor die Signalklemmen
elektrisch angeschlossen werden. Das würde den Streuimpulsspitzen von der
Signalschaltung einen geradlinigen Pfad zur elektrischen Erde liefern. Wie
vorangehend diskutiert wird, besitzen die in den Patenten '237 und '609
offenbarten Verbinder Anschlußklemmen, bei denen alle ihre entsprechenden
Kontaktanschlußflächen gleichzeitig in Eingriff kommen, während eine
Tochterleiterplatte darin eingesetzt wird.
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Das U.S.Patent Nr. 5203725 offenbart einen Verbinder mit niedriger
Einsetzkraft, der Anschlußklemmen aufweist, die sich zu verschiedenen Höhen
über dem Boden des Schlitzes erstrecken. Die Anschlußklemmen kommen mit der
Leiterplatte zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Eingriff, d.h., nicht
gleichzeitig, während die Leiterplatte in ihre Endposition gedreht wird.
Dieser Verbinder mit niedriger Einsetzkraft besitzt jedoch Anschlußklemmen
auf nur einer Seite des Schlitzes, und nur eine Anschlußklemme ist auf
jeder Klemmenmittellinie angeordnet. Daher stellt dieser Verbinder nicht
eine hohe Klemmendichte bereit.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Leiterplattensteckleiste oder
-buchse mit niedriger Einsetzkraft zur Verfügung, die mehrere
Anschlußklemmen auf jeder Klemmenmittellinie aufweist, die sich in den
Schlitz hinein von beiden Seiten aus erstrecken. Die Anschlußklemmen sind
so angeordnet, daß einige der Anschlußklemmen auf einer Seite des Schlitzes
mit ihren entsprechenden Kontakten auf der Tochterleiterplatte in Eingriff
kommen werden, bevor die anderen Anschlußklemmen auf der anderen Seite des
Schlitzes in Eingriff kommen, wodurch ein Verbinder mit unterbrechungslosen
Klemmenverbindungen und einer hohen Klemmendichte bereitgestellt wird.
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Ein charakteristisches Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verbinders mit niedriger Einsetzkraft, der eine erhöhte Klemmendichte
aufweist.
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Ein noch weiteres charakteristisches Merkmal der Erfindung ist die
Reduzierung der Streusignalübertragung in einem Verbinder hoher
Packungsdichte.
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Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Erfindung ist die
Bereitstellung eines Flachverbinders hoher Packungsdichte.
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Diese und weitere charakteristische Merkmale werden mittels eines
elektrischen Verbinders zustande gebracht, der umfaßt: ein dielektrisches
Gehäuse mit einem Aufnahmeschlitz für die Leiterplatte, der durch eine
Bodenfläche und gegenüberliegende Seitenwände begrenzt wird; und eine
Vielzahl von Anschlußklemmen, die so angeordnet sind, daß sie mit den
entsprechenden Kontakten auf der Leiterplatte in Eingriff kommen. Die
Anschlußklemmen sind in mindestens einem ersten und einem zweiten Satz
entsprechend den entsprechenden ersten und zweiten Sätzen der Kontakte
angeordnet. Die Anschlußklemmen sind so angeordnet, daß der erste Satz der
Anschlußklemmen die Anschlußklemmen umfaßt, die sich durch eine der
Seitenwände in einem Abstand von der Bodenfläche erstrecken, und die
angeordnet sind, um mit dem ersten Satz der Kontakte in Eingriff zu kommen,
wenn die Leiterplatte in den Schlitz in einer ersten Position eingesetzt
wird; und daß der zweite Satz der Anschlußklemmen die Anschlußklemmen
umfaßt, die sich durch die andere Seitenwand mit einem abweichenden Abstand
von der Bodenfläche erstrecken, und die angeordnet sind, um mit dem zweiten
Satz der Kontakte in Eingriff zu kommen, wenn die Leiterplatte um einen
Winkel in eine zweite Position gedreht wird. Der Verbinder umfaßt außerdem
eine Einklinkeinrichtung für das Festhalten der Leiterplatte in der zweiten
Position.
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Eine Ausführung der Erfindung wird jetzt mittels des Beispiels und
mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen die
gleichen Elemente in deren verschiedenen Fig. mittels der gleichen
Bezugszahl gekennzeichnet sind, und die zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Verbinders entsprechend der
Erfindung;
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Fig. 2 eine Draufsicht des Verbinders;
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Fig. 3 eine Vorderansicht des Verbinders;
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Fig. 4 eine Schnittdarstellung längs der Linie 4-4 in Fig. 3;
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Fig. 5 eine Schnittdarstellung gleich der Fig. 4, die eine
Leiterplatte zeigt, die linear in den Verbinder eingesetzt und in einer
ersten Position angeordnet wurde;
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Fig. 6 eine Schnittdarstellung, die die Leiterplatte zeigt, die um
einen Winkel gedreht und in einer zweiten Position angeordnet wurde.
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Ein Buchsenverbinder entsprechend der Erfindung, wie er in Fig. 1-4
gezeigt wird, weist ein Gehäuse 10 aus einem geeigneten dielektrischen
Material auf. Das Gehäuse 10 begrenzt einen Aufnahmeschlitz 14 für die
Tochterleiterplatte, der eine Länge aufweist, die sich zwischen den
entgegengesetzten Enden 16 und 18 des Gehäuses 10 erstreckt. Das Gehäuse
nimmt eine Vielzahl von Anschlußklemmen 30a, 30b, 30c in den einzelnen
Aufnahmehohlräumen für die Anschlußklemmen auf, die für eine elektrische
Kontaktgabe mit den Kontaktanschlußflächen auf einer Tochterleiterplatte
angeordnet sind, die im Schlitz 14 aufgenommen werden kann. Die Vielzahl
der Anschlußklemmen ist in mindestens zwei Sätzen so angeordnet, daß,
während die Tochterleiterplatte in den Schlitz 14 eingesetzt wird, einer
der Sätze mit den entsprechenden Kontakten auf der Tochterleiterplatte vor
dem anderen Satz in Eingriff kommen wird, was alles hierin nachfolgend
vollständiger beschrieben wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführung, wie sie in den Zeichnungen gezeigt
wird, ist die Vielzahl der Anschlußklemmen in drei linearen Reihen a, b,
c angeordnet. Jede Reihe umfaßt eine entsprechende Vielzahl von
Anschlußklemmen 30a, 30b, 30c, wobei die Anschlußklemmen in jeder Reihe auf
den entsprechenden im Abstand angeordneten Klemmenmittellinien (Fig. 3)
längs der Länge des Schlitzes 14 angeordnet sind. Wie in den Zeichnungen
gezeigt wird, fallen die Mittellinien D so zusammen, daß drei
Anschlußklemmen, eine aus jeder Reihe a, b, c, auf jeder Klemmenmittellinie
D angeordnet sind. Alternativ können die Anschlußklemmen in
unterschiedlichen Reihen bei verschiedenen Abständen der Mittellinien
vorhanden sein, oder die Anschlußklemmen in einer Reihe können sich auf den
Mittellinien befinden, die von den Mittellinien der Anschlußklemmen in der
anderen Reihe versetzt sind, oder die Anschlußklemmen können in
nichtlinearen Konfigurationen angeordnet werden, und diese und andere
Anordnungen der Anschlußklemmen werden als innerhalb des Bereiches der
Erfindung liegend betrachtet.
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Bei der gezeigten Ausführung weist ein erster Satz der
Anschlußklemmen die Anschlußklemmen 30a, 30b in den Reihen a, b auf, und
ein zweiter Satz der Anschlußklemmen weist die Anschlußklemmen 30c in der
Reihe c auf. Die Anschlußklemmen 30a, 30b, 30c befinden sich in den
entsprechenden Hohlräumen 11, 12, 13 im Gehäuse 10, und sie werden im
Gehäuse 10 mittels der entsprechenden Halteelemente 32a, 32b, 32c
festgehalten, die so bemessen sind, daß die Wände der komplementären
Öffnungen erfaßt werden, die durch das Gehäuse 10 begrenzt werden. Die
Anschlußklemmen 30a, 30b, 30c besitzen entsprechende
Kontakteingriffsabschnitte 34a, 34b, 34c, die sich in den Schlitz 14 hinein
erstrecken, um mit den entsprechenden Kontakten auf einer
Tochterleiterplatte in Eingriff zu kommen, und die entsprechenden Leitungen
36a, 36b, 36c, die auf einer Mutterleiterplatte durch Löten auf der
Oberfläche montiert sein können.
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Der Schlitz 14 wird durch eine Bodenfläche 22 und die
gegenüberliegenden Seitenwände 24, 26 begrenzt. Der erste Satz der
Anschlußklemmen umfaßt die Klemmen 30a, die die Kontakteingriffsabschnitte
34a aufweisen, die sich in den Schlitz 14 durch die Seitenwand 24 in einem
Abstand von der Bodenfläche 22 hinein erstrecken. Der zweite Satz der
Anschlußklemmen umfaßt die Anschlußklemmen 30c, die die
Kontakteingriffsabschnitte 34c aufweisen, die sich in den Schlitz 14 durch
die Seitenwand 24 in einem größeren Abstand von der Bodenfläche 22 als die
Kontaktabschnitte 34a des ersten Satzes hinein erstrecken. Daher erstrecken
sich die Anschlußklemmen 30a und 30c in den Schlitz 14 mit
unterschiedlichen relativen Abständen von der Bodenfläche 22.
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Der erste Satz der Anschlußklemmen umfaßt ebenfalls die
Anschlußklemmen 30b, die die Kontakteingriffsabschnitte 34b aufweisen, die
sich in den Schlitz 14 durch die Seitenwand 26 hinein erstrecken. Wenn eine
Tochterleiterplatte in das Verbindergehäuse 10 eingesetzt wird, kommt der
erste Satz der Anschlußklemmen 30a, 30b mit einem entsprechenden ersten
Satz von Kontakten auf der Tochterleiterplatte in Ein griff, bevor der
zweite Satz der Anschlußklemmen 30c mit einem entsprechenden zweiten Satz
von Kontakten in Eingriff kommt.
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Fig. 5 und 6 veranschaulichen das Einsetzen einer Tochterleiterplatte
4 in den Verbinder entsprechend der Erfindung, der auf eine
Mutterleiterplatte 6 montiert ist. In Fig. 5 wurde die Tochterleiterplatte
4 in den Schlitz 14 mit einer linearen Bewegung, wie sie durch den Pfeil
angezeigt wird, eingesetzt, und sie verweilt in einer ersten Position. Ein
erster Satz von Kontakten auf der Tochterleiterplatte 4 weist die Kontakte
41, 42 auf, die mit den Anschlußklemmen 30a und bzw. 30b in Eingriff
gebracht werden, wenn die Tochterleiterplatte 4 in der ersten Position
angeordnet wird. Die Kontakte 41, 42 können sowohl die Leistungs- als auch
Erdungskontakte der dazugehörenden Leistungs- und Erdungsstromkreise auf
der Tochterleiterplatte 4 umfassen. Daher werden die Leistungs- und
Erdungsverbindungen zuerst zwischen der Tochterleiterplatte 4 und der
Mutterleiterplatte 6 hergestellt.
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Das Einsetzen der Tochterleiterplatte 4 in das Verbindergehäuse 10
wird durch Drehen der Tochterleiterplatte 4 um einen Winkel in eine zweite
Position beendet, wie in Fig. 6 gezeigt wird, wodurch die Kontakte 30a,
30b, 30c elastisch durchgebogen werden. In der zweiten Position kommen die
Anschlußklemmen 30c des zweiten Satzes mit einem entsprechenden Satz von
Kontakten in Eingriff, der die Kontakte 43 auf der Tochterleiterplatte 4
aufweist. Die Kontakte 43 sind beispielsweise Signalkontakte der
dazugehörenden Signalstromkreise auf der Tochterleiterplatte 4. Da die
Leistungs- und Erdungsverbindungen zwischen der Tochterleiterplatte 4 und
der Mutterleiterplatte 6 vor den Signalverbindungen fertiggestellt werden,
wird ein Streusignal, das sich aus der elektromagnetischen Induktion
ergibt, wahrscheinlicher einen geradlinigen Pfad zur elektrischen Erde
aufweisen, wodurch die Möglichkeit verringert wird, daß elektronische
Bauteile auf der Tochterleiterplatte 4 beschädigt oder zerstört werden
können.
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Der Verbinder umfaßt eine Einklinkeinrichtung für das Festhalten der
Tochterleiterplatte 4 in der zweiten Position gegen die Reaktionskraft der
elastisch durchgebogenen Kontakte 30a, 30b, 30c. Die Einklinkeinrichtung
umfaßt ein Paar Einklinkelemente 50, die in einem Stück mit dem
Buchsengehäuse 10 geformt sind. Jedes Einklinkelement so ist mittels eines
Paares von Schlitzen 52 begrenzt und elastisch mit dem Gehäuse 10 mittels
eines Verbindungsabschnittes 54 verbunden, der eine verringerte Dicke
aufweisen kann, um die Elastizität zwischen dem Einklinkelement 50 und dem
Gehäuse 10 zu erhöhen. Jedes Einklinkelement 50 besitzt einen Vorsprung,
der eine Nockenfläche 56 und einen Vorsprung 58 begrenzt. Während die
Tochterleiterplatte 4 aus der ersten Position in die zweite Position
gedreht wird, kommen die Ränder der Tochterleiterplatte mit beiden
Nockenflächen 56 in Eingriff und bewirken, daß sich die Einklinkelemente
50 nach außen biegen. Wenn die Ränder der Tochterleiterplatte über die
Vorsprünge 58 hinausgehen, federn die Einklinkelemente 50 in ihre
spannungsfreien Positionen zurück, und die Tochterleiterplatte wird
zwischen den Vorsprüngen 58 und den Sitzflächen 60 eingeschlossen.
Alternativ können die Einklinkelemente 50 separate Teile sein, die
aus einem starken und dennoch elastischen Material gebildet werden, wie
beispielsweise dünnem Blech, und die fest am Gehäuse 10 befestigt sind.
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Die Nasen 74 sind durch Finger ergreifbare Elemente, die ermöglichen,
daß die Einklinkelemente 50 nach außen gebogen werden, wodurch ein Raum
zwischen den Einklinkelementen 50 so vergrößert wird, daß die
Tochterleiterplatte 4 von hinter den Vorsprüngen 58 freigegeben und aus dem
Verbindergehäuse 10 entfernt werden kann.
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Die Tochterleiterplatte 4 wird aus dem Verbindergehäuse 10 in der
umgekehrten Weise des Einsetzens entfernt, d.h., die Tochterleiterplatte
wird zuerst aus der zweiten Position, die in Fig. 6 gezeigt wird, in die
erste Position gedreht, die in Fig. 5 gezeigt wird, und danach linear aus
dem Verbinder herausgezogen. Während des Entfernens werden die
Signal klemmen 30c von ihren entsprechenden Kontakten 43 getrennt, bevor die
Leistungs- und Erdungsklemmen 30a, 30b von ihren entsprechenden Kontakten
41, 42 getrennt werden. Auf diese Weise stellt die Erfindung eine Buchse
bereit, die eine Vielzahl von Anschlußklemmen aufweist, die so angeordnet
sind, daß ein Teil der Anschlußklemmen ihre entsprechenden elektrischen
Verbindungen "unterbrechungslos" zustande bringen wird.
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Der Verbinder kann außerdem die Erdungsklemmen 20 umfassen, die die
Kontakteingriffsabschnitte 21 aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie
mit den Erdungskontakten 44 auf der Tochterleiterplatte 4 in Eingriff
kommen, wenn die Tochterleiterplatte vollständig im Verbinder eingesetzt
ist. Die Erdungsklemmen 20 können elektrisch mit einer Erdungsebene der
Mutterleiterplatte 6 verbunden werden, wie beispielsweise durch Löten.
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Die Erfindung stellt einen Verbinder mit einer Anzahl von Vorteilen
zur Verfügung. Der Verbinder besitzt eine hohe Klemmendichte in einer
flachen Baugruppe infolge der vielen Anschlußklemmen auf den einen engen
Abstand aufweisenden Mittellinien, wobei dennoch eine relativ geringe Kraft
erforderlich ist, um eine Leiterplatte in den Verbinder einzusetzen. Die
Erfindung reduziert die Streusignalübertragung in einem Verbinder hoher
Packungsdichte und stellt einen Verbinder zur Verfügung, bei dem die
Anschlußklemmen so angeordnet sind, daß einige der Anschlußklemmen die
unterbrechungslose elektrische Verbindungen bewirken.
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Nachdem die Erfindung offenbart wurde, wird für die Fachleute jetzt
eine Anzahl von Abwandlungen offensichtlich sein.