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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen mechanische und elektrische Verbinder. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für das Verbinden
elektronischer Bauteile, die in getrennten jeweiligen mechanischen
Modulen gehalten sind, durch das mechanische Zusammenfügen der
Module miteinander, während
sie gleichzeitig für
eine elektrische Verbindung zwischen den Bauteilen sorgt.
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Erörterung
des Stands der Technik
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Es gibt viele Anwendungen, bei denen
es notwendig ist, elektronische Bauteile mechanisch und elektrisch
miteinander zu verbinden, die innerhalb getrennter mechanischer
Module angeordnet sind. Beispiele solcher Anwendungen könnten Modulstereokomponenten,
tragbare Kommunikationsvorrichtungen und elektronische Testvorrichtungen umfassen.
Viele andere Anwendungen könnten
identifiziert werden.
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Ein spezifischeres Beispiel einer
Anwendung, bei der Bauteile elektrisch und mechanisch miteinander
verbunden werden müssen,
ist in der Schaffung moderner elektronischer medizinischer Patientenversorgungssysteme
zu finden, wie denjenigen die intravenöse (iv) Fluidinfusionen für einen
Patienten umfassen.
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Ein Ansatz zur Schaffung eines iv-Verabreichungssystems,
das modernen sich verändernden und
komplexen medizinischen Situationen entgegenkommt, war es, Systeme
mit getrennten Bauteilen zur Durchführung von unterschiedlichen
Funktionen zu schaffen. Ein Hauptnutzen eines solchen Systems ist es,
daß die
Systembauteile selektiv nach Bedarf eingebaut werden können, um
die besonderen Erfordernisse an das System zu erfüllen. Ein
solches System ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,756,706, das an Kerns et
al. für
eine Erfindung mit dem Titel "Centrally Managed Modular Infusion
Pump System" erteilt wurde, offenbart. Das Problem bei einem Modulsystem
wie demjenigen, das von Kerns et al. offenbart wurde, ist jedoch,
daß, wenn
die medizinische Situation komplexer und anspruchsvoller wird, der
Aufbau und der Betrieb des iv-Verabreichungssystems auch dazu neigt,
komplexer zu werden. Wiederum verlangt die Vorrichtung, die Kerns
et al. in dem US-Patent Nr. 4,756,706 offenbaren, beispielsweise
von dem Benutzer, die Module zunächst
mechanisch zu verbinden und dann, in einem getrennten und unterschiedlichen
Vorgang, die Modulbauteile elektrisch zu verbinden.
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Ein weiteres Beispiel ist in der
US 2,253,971 offenbart,
die eine Nahrungsmittelkammer offenbart, die einen Nahrungsmittellagerbehälter, mit
dem eine Heizeinrichtung verbunden ist, und ein erstes Paar elektrischer
Kontakte aufweist, die bei Verwendung durch das Gewicht des Behälters in
Kontakt mit einem zweiten Paar von elektrischen Kontakten gehalten
werden, die innerhalb der Kammer angeordnet sind. Die Nahrungsmittelkammer
der US '971 erfordert die Wirkung der Schwerkraft auf den Nahrungsmittelbehälter, um
sicherzustellen, daß die
ersten und die zweiten elektrischen Kontakte in elektrischer Verbindung
miteinander gehalten werden.
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Die vorliegende Erfindung erkennt,
daß die Komplexität des Aufbaus
eines iv-Verabreichungssystems (oder irgendeines analogen Systems
mit mechanischen/elektronischen Bauteilen) signifikant verringert.
werden kann, indem die mechanischen und elektrischen Verbindungen
gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsgang bewirkt werden. Andere
Vorteile, wie eine ver ringerte Lagerhaltung von Teilen und eine
damit verbundene Kostenreduzierung können auch das Ergebnis hiervon
sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts der vorstehenden Angaben
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbinder
für sowohl
das mechanische Verbinden getrennter mechanischer Module eines elektronischen Systems
als auch für
deren elektrische Verbindung zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Schaffung eines Verbinders für das mechanische Verbinden
von getrennten Bauteilen wie einem solchen System für eine elektrische
Verbindung zwischen diesen, bei dem die mechanischen und elektrischen
Verbindungen zwischen Modulen gleichzeitig in einem Arbeitsgang
mit im wesentlichen einem einzigen Schritt bewirkt werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Schaffung einer leicht zu verwendenden, relativ
einfach herzustellenden und vergleichsweise kosteneffektiven Vorrichtung
zum mechanischen Verbinden von getrennten mechanischen Bauteilen eines
elektronischen Systems für
elektrische Verbindungen zwischen diesen.
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Diese und andere Aufgaben werden
erfindungsgemäß durch
einen elektrischen und mechanischen Verbinder gelöst, der
erste und zweite lösbare Teile
umfaßt.
Der erste Teil weist einen Körperabschnitt
mit einem sich erstreckenden Abschnitt auf, der sich in Richtung
nach außen
und nach oben von dem Körperabschnitt
aus erstreckt. Mindestens ein elektrischer Leiter erstreckt sich
durch den ersten Teil und endet an einer Kontaktfläche an der äußeren Oberfläche des
sich erstreckenden Abschnitts. Der zweite Teil weist auch einen
Körperabschnitt
auf, der eine Hauptkörperaussparung
bildet, die so gestaltet und bemessen ist, daß sie den sich er streckenden Abschnitt
des ersten Teils aufnimmt. Der erste sich erstreckende Teil kann
im allgemeinen nicht direkt seitlich oder senkrecht in die Aussparung
des Hauptabschnitts des zweiten Teils bewegt werden. Der sich erstreckende
Abschnitt des ersten Teils wird nach oben und nach außen in die
Aussparung des Hauptkörpers
gedreht und sichert dadurch die Teile gegen eine seitliche oder
senkrechte Trennung. In dem zweiten Teil ist mindestens ein elektrischer
Leiter vorgesehen, der sich durch den zweiten Teil erstreckt und
in einer Kontaktfläche
endet, die innerhalb der Aussparung des Hauptkörpers angeordnet ist. Die Kontaktflächen des
ersten und des zweiten Teils werden zusammengebracht, wenn die Teile
befestigt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den Leitern
zu schaffen. Die spezifische Gestaltung der zusammenpassenden Teile
des ersten und des zweiten Teils gestatten es einem der beiden Teile, das
andere in der senkrechten Richtung abzustützen, während es gleichzeitig einer
seitlichen Trennung widersteht.
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Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist
ein Modulsystem mit einstückig
verbundenen, mechanischen und elektrischen Verbindern geschaffen. Bei
diesem System besitzt das erste Modul eine Wand, die zur Schaffung
eines Hohlraums ausgebildet ist. Diese Wand schafft eine Öffnung für den Zugang
in den Hohlraum und um die Öffnung
herum befindet sich eine Begrenzungsfläche. Ein erster elektrischer
Kontakt ist in dem Hohlraum des ersten Moduls angeordnet. Ein zweites
Modul besitzt ebenfalls eine Wand, die zur Schaffung eines Hohlraums
ausgebildet ist. Eine Verlängerung
mit einer abgewinkelten Lippe ist an der Wand des zweiten Moduls
angebracht. Die. Verlängerung
ist zum Einsetzen durch die Öffnung
in der Wand des. ersten Moduls und somit in den Hohlraum des ersten
Moduls bemessen, um die Begrenzungsfläche der Öffnung des ersten Moduls zu
erfassen. Die Begrenzungsfläche
wird zwischen der abgewinkelten Lippe und der Wand des zweiten Moduls
bei Drehung des zweiten Moduls erfaßt. Ein zweiter elektrischer
Kontakt ist in der Verlängerung
der Wand des zweiten Moduls eingebettet und angeordnet, um den ersten
elektrischen Kontakt in dem Hohlraum des ersten Moduls zu berühren, um eine
elektrische Verbindung zwischen den beiden Modulen herzustellen.
Diese Anordnung gestattet das Verbinden und das Lösen der
Verbindung auch nur bei einer geeigneten Drehung und gestattet es
einem der Module, das andere mechanisch abzustützen.
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Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung kann
eine Vielzahl von Modulen auf die gleiche Weise miteinander verbunden
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt:
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1 eine
Vorderansicht eines elektronischen Mehrfachmodulsystems, bei dem
die einzelnen Module mechanisch und elektrisch gemäß der vorliegenden
Erfindung miteinander verbunden sind;
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2 eine
Vorderansicht eines Paars von Modulen, die zur anschließenden Verbindung
miteinander angeordnet sind;
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3 eine
Ansicht der in 2 gezeigten Module
nach der Verbindung, wobei Bereiche weggebrochen sind, um den erfindungsgemäßen Verbinder
und zugehörige
elektronische Bauteile zu zeigen;
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4 eine
auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines einzigen Moduls,
die die Verbinderteile der vorliegenden Erfindung vergrößert und
nicht maßstabsgerecht
zeigt;
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5 einen
Schnitt durch einen Aufnahmeverbinderab schnitt gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang der Linie 5-5 von 4;
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6 einen
Schnitt durch einen Steckverbinderabschnitt gemäß der Erfindung entlang der
Linie 6-6 von 4; und
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7 eine
Schnittansicht durch einen kombinierten Verbinder gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zunächst unter Bezugnahme auf 1 ist ein Mehrfachmodulsystem
gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt und im allgemeinen mit 10 bezeichnet. Zur Veranschaulichung
sind vier mechanische Module 12a–d miteinander verbunden
und auf einem Ständer 14 angebracht
gezeigt. Es ist jedoch ersichtlich, daß mehr oder weniger Module 12 in
das System 10 eingefügt
werden können.
Ein solches System kann einen oder mehrere Eingänge 16 und einen oder
mehrere Ausgänge 18.
aufweisen.
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Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die spezifische Funktion
jedes einzelnen Moduls nicht kritisch. Solche Module sind jedoch
von einer Art, die jeweils elektronische Bauteile enthalten, die miteinander
entweder monodirektional oder bidirektional für die ordnungsgemäße Durchführung ihrer
jeweiligen Funktionen in Verbindung stehen müssen. In Fortsetzung des vorstehend
angegebenen, veranschaulichenden Beispiels kann eines der Module 12, z.
B. das Modul 12c, eine zentrale Steuereinheit sein, die
den Betrieb von verschiedenen Patientenversorgungsmodulen 12a, 12b und 12d,
wie großvolumigen
Parenteralpumpen, Spritzenpumpen, Pulsoximetern, EKG oder anderen
Patientenversorgungsvorrichtungen, überwacht und/oder steuert.
Bei diesem Beispiel kann die vorliegende Erfindung eine elektrische
Verbindung von einem Modul zum nächsten übertragen
und auch verdrahtet sein, um eine direkte Verbindung zwischen nicht
benachbarten Modulen zu schaffen. Das Beispiel eines iv-Verabreichungssystems
ist eines, bei dem eine bidirektionale Verbindung zwischen den Modulen
erforderlich sein kann. Ein Beispiel einer monodirektionalen Verbindung
kann ein Stereomodulbauteilsystem sein, bei dem die Verbindung nur
nach außen
in Richtung auf Lautsprechermodule geht.
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Jedoch können für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung alle Module 12a, b, c und d als
gleich erachtet werden, da jedes mit den gleichen erfindungsgemäßen Verbinderbauteilen
versehen ist, die es ihnen gestatten, mechanisch und elektrisch
miteinander in irgendeiner Reihenfolge und beliebig mit irgendeinem
anderen Modul verbunden zu werden, um die elektrische und mechanische
Verbindung aufrechtzuerhalten.
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2 zeigt
zwei beispielhafte Module 12a und 12b in der Stellung
für das
Verbinden. Insbesondere ist der Steckverbinderabschnitt 22 des
Moduls 12b zum Einsatz in den Aufnahmeverbinderabschnitt 24 des
Moduls 12a angeordnet. Mit einer Drehung des Moduls 12a relativ
zum Modul 12b in der Richtung des Pfeils 25 (oder
der entgegengesetzten Drehung des Moduls 12b), werden die
Module auf eine Weise, wie im wesentlichen in 3 gezeigt, verbunden. Wie in 3 gezeigt, werden bei der
mechanischen Verbindung der Module 12a und 12b,
die elektronischen Bauteile 26 des Moduls 12a auch
elektrisch mit den elektronischen Bauteilen 26 des Moduls 12b verbunden.
Die genaue Weise, mit der diese mechanischen und elektrischen Verbindungen gleichzeitig
bewerkstelligt werden, wird nachstehend im Detail im Zusammenhang
mit 4 erörtert.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 ist ersichtlich, daß die Verbindung
zwischen den Modulen 12a und 12b durch den Eingriff
der Arretierungseinrichtung 28 am Modul 12a mit
der Arretierungseinrichtung 30 am Modul 12b noch
fester gemacht werden kann. Es ist zu beachten, daß die Arretierungsein richtungen 28 und 30 sowie
ihre Arbeitsweise von irgendeiner im einschlägigen Stand der Technik wohlbekannten
Art sein können.
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Wie in 4 gezeigt
umfaßt
das beispielhafte Modul 12 ein Gehäuse 32, das Wände 34 aufweist, die
ein Gehäuse
für die
inneren elektrischen Bauteile (als Bauteile 26 in 3 angegeben) umgeben und bilden.
Das Modul 12 umfaßt
auch zwei erfindungsgemäße Verbinderabschnitte:
den Steckverbinderabschnitt 22 und den Aufnahmeverbinderabschnitt 24 wie
vorstehend beschrieben. Die Verbinderabschnitte 22 und 24 können aus
Kunststoff oder anderen nichtleitfähigen Materialien, wie einem
mit Glas gefüllten,
thermoplastischen Polyester, mittels bekannter Verfahren wie Gießen oder
maschineller Bearbeitung hergestellt werden. Die Verbinderabschnitte sind
vorzugsweise in zusammenpassenden Löchern 36 (von denen
nur eines gezeigt ist) in Wänden 34 des
Gehäuses 32 aufgenommen,
um Zugang zu und Verbindung mit elektrischen Bauteilen 26 zu
gestatten. Die Verbinderabschnitte können fest beispielsweise an
Wänden 34 oder
einer inneren Abstützstruktur
innerhalb des Gehäuses 32 mittels
Schrauben befestigt sein, die durch für diesen Zweck vorgesehene
Löcher 38 hindurchgeführt sind.
Andere Mittel einer festen Befestigung können von Fachleuten ohne den
Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen in Erwägung gezogen
werden.
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Wie in 4 gezeigt,
befindet sich der Aufnahmeverbinderabschnitt 24 in einem
Loch (nicht gezeigt) in der Wand 34 des Gehäuses 32 an
einem Punkt, an dem die strichpunktierten Linien zwischen dem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 und
dem Gehäuse 32 das
Gehäuse
schneiden. Unter Bezugnahme auf 4 und 5 ist der Aufnahmeverbinderabschnitt 24 mit
einer im wesentlichen rechteckigen Öffnung 40 ausgebildet.
Die Öffnung 40 ist
durch einen Umfangsteil 42 begrenzt, der die Öffnung 40 umgibt und
Stirnwände 41 der Öffnung 40 bildet.
Ein sich nach außen
erstreckender, oberer Anschlag 48 und unterer Anschlag 50 stellen
des weiteren jeweilige entgegen gesetzte Abschnitte des Umfangsteils 42 dar.
Schraubenlöcher 38,
die ein mögliches
Befestigungsmittel wie vorstehend beschrieben darstellen, können in
dem Umfangsteil 42 angeordnet sein.
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Ein erster Satz von einem oder mehr
elektrischen Kontakten 52 ist innerhalb der Öffnung 40 angeordnet,
um darin eine vorzugsweise nachgiebige Kontaktfläche zu bilden. Elektrische
Kontakte 52 sorgen für
eine elektrische Verbindung mit elektronischen Bauteilen 26 in
dem Gehäuse 42 über den
Aufnahmeverbinderabschnitt 24. Für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung können
die elektrischen Kontakte 52 von irgendeinem Typ sein,
der auf dem entsprechenden Gebiet wohlbekannt ist und zur Verwendung
wie hier beschrieben geeignet ist. Ein Typ des elektrischen Kontakts,
der für
die Verwendung bei iv-Verabreichungssystemen geeignet ist, besteht in
gestanzten Berylliumkupferformkontakten. Elektrische Kontakte 52 sind
vorzugsweise gegen die zusammenpassenden Kontakte des Steckverbinderabschnitts 22 wie
nachstehend erklärt
vorgespannt.
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Unter Bezugnahme auf 4 und 6 ist
ersichtlich, daß der
Steckverbinderabschnitt 22 mit einer nach außen und
oben gerichteten Verlängerung 55 ausgebildet
ist, die eine Basis 56 aufweist und in einer gebogenen
Lippe 58 endet. Insbesondere ist die gebogene Lippe nach
oben abgewinkelt, um der Verlängerung 55 eine
hakenartige Form zu verleihen. Die Basis 56 der Verlängerung 55 bildet
zusammen mit dem Umfangsteil 60 dazwischen eine nach innen gerichtete
untere Aussparung 62. Eine obere, sich nach oben öffnende
Aussparung 64 ist an drei Seiten im allgemeinen durch die
Verlängerung 55,
die Basis 56 und den Umfangsteil 60 gebildet.
Insbesondere weist die gebogene Lippe 58 der Verlängerung 55 eine
Fläche 65,
die teilweise die obere Aussparung 60 bildet, und eine
Fläche 66 auf,
die im wesentlichen nach außen
und von dem Gehäuse 32 aus
weg gerichtet ist, wenn der Verbinderabschnitt darauf angeordnet
wird.
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Der Steckverbinderabschnitt 22 weist
einen zweiten Satz von elektrischen Kontakten 68 auf, die dort
hindurchgehen, und in die Fläche 66 der
Verlängerung 55 zur
Bildung einer freiliegenden Kontaktfläche 69 eingebettet
sind. Wenn der Steckverbinderabschnitt 22 an dem Gehäuse 32 befestigt
wird, geht der zweite Satz elektrischer Kontakte 68 durch
das Loch 36 weiter, um mit den elektronischen Bauteilen 26 verbunden
zu werden, die innerhalb des Gehäuses 32 gehalten
sind. Dementsprechend kann ein elektrischer Kontakt mit den elektronischen
Bauteilen 26 über
den zweiten Satz von elektrischen Kontakten 68 zustande
kommen.
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Bei der Arbeitsweise der vorliegenden
Erfindung wird ein Modul 12, wie das Modul 12a,
relativ zu einem weiteren Modul 12, wie dem Modul 12b,
im wesentlichen wie in 2 gezeigt
angeordnet. Vorzugsweise ist jedes Modul sowohl mit einem Steckverbinderabschnitt 22 als
auch einem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 an gegenüberliegenden
Seiten versehen, so daß eine
Vielzahl von Modulen miteinander verbunden werden kann. Wenn jedoch
nur zwei Module miteinander zu verbinden wären, würde es ausreichen, eines mit
nur dem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 und das andere mit
nur dem Steckverbinderabschnitt 22 zu versehen. Wenn die
Module wie in 2 gezeigt
angeordnet sind, ist die Verlängerung 55 (6) des Steckverbinderabschnitts 22 an
dem Modul 12b bereit zum Einsetzen in die Öffnung 40 (5) des Aufnahmeverbinderabschnitts 24 am
Modul 12a. Eine anschließende Drehung des Moduls 12a in
der Richtung des Pfeils 25 bewirkt dann, daß die gebogene
Lippe 58 am Verbinder des Moduls 12b durch die Öffnung 40 in
dem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 des Moduls 12a eingesetzt wird.
(Alternativ könnte
das Modul 12b entgegengesetzt des Pfeils 25 gedreht
werden). Dieses Einsetzen ordnet den zweiten Satz von elektrischen
Kontakten 68 am Steckverbinderabschnitt 22 des
Moduls 12b in elektrischem Kontakt mit dem ersten Satz
von elektrischen Kontakten 52 am Aufnahmeverbinderabschnitt 24 des
Moduls 12a an. Folglich
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sind die elektronischen Bauteile 26 in
den beiden Modulen in elektrische Verbindung wie in 7 gezeigt verbracht.
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Zusätzlich zu den elektrischen
Verbindungen, die zwischen den elektrischen Kontakten 52 und 68 hergestellt
werden, verbindet die Verbindung des Steckverbinderabschnitts 22 mit
dem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 wie vorstehend beschrieben
die beiden Module 12a, 12b auch mechanisch miteinander.
Wie in 7 gezeigt, wird
mit dem Einsetzen der gebogenen Lippe 58 durch die Öffnung 40 der
obere Anschlag 48 des Aufnahmeverbinderabschnitts 24 in der
oberen Aussparung 64 des Steckverbinderabschnitts 22 angeordnet,
um den Aufnahmeverbinderabschnitt senkrecht über den Steckverbinderabschnitt
abzustützen.
Der obere Anschlag 48 des Aufnahmeverbinderabschnitts 24 ist
auch hinter der abgewinkelten Lippe 58 angeordnet, was
verhindert, daß die
Verbinderabschnitte seitlich voneinander getrennt werden. Da die
Verlängerung 55 in
der Öffnung 40 aufgenommen
ist und an die Stirnwände 41 anstößt, verhindert
dies, daß die
Verbinderabschnitte seitlich in Richtung einer seitlichen Beziehung
getrennt werden.
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Des weiteren ist der untere Anschlag 50 des Aufnahmeverbinderabschnitts
in der unteren Aussparung 62 zusammenpassend eingefügt. Dieser Eingriff
gestattet es, daß der
Aufnahmeverbinderabschnitt 24 durch den Steckverbinderabschnitt 22 durch
die obere Fläche
der den Anschlag 50 abstützenden Basis 56 senkrecht
abgestützt
wird. Der Steckverbinderabschnitt 22 wird dadurch mit dem Aufnahmeverbinderabschnitt 24 zusammengefügt, um die
Module 12a und 12b derart mechanisch zu verbinden,
daß eines
der Module das Gewicht des anderen tragen kann. Nur die Drehung
eines der Module in entgegengesetzter Weise zu dem, was vorstehend
für den
Eingriff beschrieben worden ist, und entgegengesetzt zu der Schwerkraft,
gestattet ein Lösen
der Verbindung. Es ist leicht ersichtlich, daß Mehrfachverbinderabschnitte
verwendet werden können,
um mehr als zwei Module wie in 1 bis 4 gezeigt zu verbinden, und
daß andere
Kombinationen und/oder Ausrichtungen verwendet werden können wie
Seiten- und rückwärtige Verbinder.
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Es ist. in 7 auch ersichtlich, daß die Länge der
Verlängerung 55 nicht
so groß ist
wie die Tiefe der Öffnung 40.
So wird, wenn die Verbinderabschnitte kombiniert werden, ein Hohlraum 72 gebildet.
Die jeweilige Länge
und Tiefe der Teile sowie die Position des Kontakts 52 innerhalb
der Öffnung 40 sind
derart ausgewählt,
daß der
Kontakt 52 nur nachgiebig verformt wird, wenn der Steckverbinderabschnitt
eingesetzt wird. Auf diese Weise sind nach mehrfachem Gebrauch weiterhin
positive elektrische Verbindungen sichergestellt.