-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Kabel-Karten-Verbinder und insbesondere
eine Einrichtung zur Verbesserung sowohl der elektromagnetischen
Verträglichkeit
EMV(Electro Magnetic Compatibility, EMC) als auch der mechanischen
Festigkeit von großen
Ein-/Ausgabeverbindern, die mit Adapterkarten in einer Hostmaschine
verbunden sind, beispielsweise in einer Datenstation, einem Personal
Computer, einem Netzknoten usw.
-
Stand der Technik
-
Kabel-Karten-Verbinder
-
Der
Markt für
Arbeitsplatzrechner und Personal Computer veranlasst zahlreiche
Hersteller, spezialisierte, als Adapterkarten bezeichnete Zusatzkarten
(add-on cards) bereitzustellen, deren Zweck die Bereitstellung spezifischer
Funktionen und Anschlüsse
an verschiedene Netze, Computer, periphere Einheiten und andere
Systeme ist (als externe Einheiten bezeichnet). Viele dieser Adapterkarten
sind mit großen
Ein-/Ausgabe- (E/A-) Verbindern ausgestattet, um die von modernen
Anwendungen oftmals verwendete große Anzahl von Signalen an die
externen Einheiten zu übertragen.
Die meisten Arbeitsplatzrechner, Personal Computer oder anderen
Systeme (als Hostmaschinen bezeichnet) stellen einen oder mehrere
Steckplätze
zum Einstecken von Adapterkarten bereit. Ein Steckplatz besteht
aus einem freiem Platz im Hostmaschinengehäuse (auch Chassis genannt),
dem Folgendes zugeordnet wird:
- • eine Adapterkarte,
- • ein
elektrisches Mittel (als Kartensteckleiste bezeichnet) zum Verbinden
der Adapterkarte mit der Hostmaschinenschaltungsanordnung, und
- • einer Öffnung im
Hostmaschinengehäuse
zum Einstecken eines externen Kabelverbinders in die Adapterkarte.
-
Elektrische
und mechanische Eigenschaften von Hostmaschinensteckplätzen sowie
der entsprechenden Adapterkarten werden durch verschiedene Industriestandards
definiert (ISA, EISA, Microchannel, PCI und andere), die bezüglich des
Ein-/Ausgabeverbinders alle dieselbe Struktur aufweisen. Wie in 1 gezeigt
wird, wird die Adapterkartensteckleiste (102) elektrisch
und mechanisch mit der Leiterplatte (Printed Circuit Board) 109 der
Adapterkarte verbunden. Mit der Steckleiste (102) wird
ein Träger
(101) montiert. Der externe Kabelverbinder (103)
wird durch ein Paar Schrauben (104, 110) oder
ein anderes Befestigungsmittel am Träger befestigt. Die Funktion
des Trägers
besteht darin, die Steckplatzöffnung (111)
abzudecken, wenn die Adapterkarte in den Hostmaschinensteckplatz
eingesteckt wird, wobei die Adapterkartensteckleiste (102)
von außen
zugänglich
ist. Der Träger
kann in Abhängigkeit
von den verschiedenen Standards Schrauben, Nut- und Federverbindungen
(groove and tongue joints) oder andere Befestigungselemente (fasteners) beinhalten, um
die Adapterkarte an ihrer Position im Steckplatz zu sichern. Außer offensichtlich
sicheren und wirksamen Arbeitsgängen
müssen
Adapterkarten verschiedene Standards erfüllen:
- • Nationale
und internationale Behörden
machen zunehmend strengere Vorschriften hinsichtlich der elektromagnetischen
Verträglichkeit
(EMV) geltend.
- • Die
mechanische Schnittstelle zwischen einer Adapterkarte und einer
externen Einheit muss zu allen bestehenden und künftigen Maschinen eines gegebenen
Typs oder einer gegebenen Familie passen und alle entsprechenden
Vorschriften erfüllen,
einschließlich
Gestaltungseinzelheiten, die nicht mehr den Leistungsverbesserungen
aktueller Produkte entsprechen.
-
Elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV)
-
Die
in 2 gezeigte Anordnung, die das Kabel (103)
und die Adapterkartensteckleisten (102) umfasst, muss eine
wirksame Dämpfung
(containment) von elektromagnetischen Störungen (Electro Magnetic Interference)
(EMI) und von Funkstörungen (Radio
Frequency Interference) (HFI) im Hostmaschinengehäuse bereitstellen.
Auf der Ebene der Adapterkarte wird eine durchgehende Abschirmung (shielding
continuity) durch den mechanischen Kontakt zwischen dem Hostmaschinengehäuse (105) und
der Abschirmung der Adapterkartensteckleiste (102) durch
den Träger
(101) sichergestellt. Eine maximale Wirksamkeit der Abschirmung
wird erhalten, wenn der Kontakt um die gesamte Steckleiste (102) herum
realisiert wird, anderenfalls werden innere Ströme der Abschirmung mit äußeren Strömen vermischt,
und die folgenden Probleme können
auftreten:
- • Erzeugung
einer elektromagnetischen Störung (EMI),
die andere Einheiten in der Nachbarschaft (TV, AM/FM) stören kann,
- • Erhöhung der
elektromagnetischen Störungs- (EMI)
Anfälligkeit
gegenüber
externen elektromagnetischen Feldern, die von offiziellen Sendeanlagen
(Radio, TV, GSM, ...) oder nichtbeabsichtigten Quellen (Autozündung, elektrostatische
Entladungen, Verbindungen mit störungsbeladenen Kabeln,
...) erzeugt werden.
-
Folglich
muss eine Adapterkartensteckleiste (102) sich nach ihrer
Installation in Kontakt mit dem Gehäuse (105) der Hostmaschine
befinden, unabhängig
von den mechanischen Beanspruchungen, denen diese Steckleiste ausgesetzt
ist.
-
Mechanische
Beanspruchungen
-
In
Abhängigkeit
von der Ausführung
der Hostmaschine können
Steckplätze
vertikal oder horizontal sein, folglich können Adapterkarten vertikal oder
horizontal installiert werden. Mechanische können in beiden Fällen auftreten:
- • Vertikale
Steckplätze:
Wenn der Kabelverbinder in die Adapterkartensteckleiste eingesteckt
wird, ist das Ausgangskabel in erster Linie empfindlich gegen horizontale
Stöße und Belastungen.
Dies geschieht insbesondere während
der Installation, der Konfiguration oder der Wartung der Hostmaschine,
zum Zeitpunkt unerwarteter Ereignisse usw.
- • Horizontale
Steckplätze:
Wenn der Kabelverbinder in die Adapterkartensteckleiste eingesteckt wird,
ist das Ausgangskabel in erster Linie empfindlich gegen vertikale
Stöße und Belastungen, wobei
die Belastungen durch das Gewicht der Kabelanordnung verstärkt werden.
-
Obwohl
die beanspruchte Erfindung in beiden Konfigurationen verwendet werden
kann, ist die Konfiguration mit horizontalen Steckplätzen am
empfindlichsten.
-
Installation
der Verbinder
-
Konstruktionsbedingt
werden die Adapterkartenträger
(101) und die Adapterkartensteckleiste (102) miteinander
verbunden, wie in den 2 und 3 gezeigt
wird. Der Kabelverbinder (103) wird in die Adapterkartensteckleiste
(102) eingesteckt, und beide werden mittels einer oder
einer Vielzahl von Schrauben (104) miteinander verbunden.
Wie in 4 ausführlich
gezeigt wird, erzeugt die auf den Kabelverbinder (103)
nach unten wirkende Kraft eine Verdrehungskraft (torsion force)
an der Kontaktstelle (112) des Hostmaschinengehäuses (105)
mit der oberen Kante des Trägers
(101). Dies führt
zu einer Drehbewegung der Gesamtanordnung um den Punkt (112):
- • Die
untere Kante des Trägers
(101) wird vom Gehäuse
der Hostmaschine (105) weggedrückt, wodurch der Spalt (d1, 107)
zwischen dem Gehäuse
(105) und dem unteren Teil des Vorderteils des Kabelverbinders
(103) verringert wird. Diese mechanische Beanspruchung
erzeugt einen Zwischenraum oder einen Luftspalt (air gap) (108) zwischen
dem Adapterkartenträger
(101) und dem Gehäuse
(105), der die elektromagnetischen Eigenschaften der Anordnung
erheblich beeinträchtigt.
- • Die
Adapterleiterplatine (109) wird in der Hostmaschine gebogen,
wodurch eine mögliche
Fehlerquelle erzeugt wird.
-
Die
deutsche Patentanmeldung
DE 3536586 (Einreichungsdatum
14.10.85) mit dem Titel "Mehrreihige
Flachkabelverbinder" beschreibt
einen flachen Kabelverbinder mit mehreren Reihen, der ein isolierendes
Gehäuse
zur Aufnahme von Kontaktstücken
umfasst, von denen jedes ein feststehendes Verbindungsende aufweist,
das die Isolierung von Flachbandkabeln durchdringt, sowie ein Steckanschlussende
(plug-type connection end), das aus einem Steckstift oder einer
Steckbuchse besteht. Auf der Seite der Steckanschlüsse wird
ein Bundgehäuse
(flange case) bereitgestellt, das die Befestigung an einer Montageplatte
ermöglicht.
Es kann am Rand einer in der Montageplatte geformten Öffnung befestigt
werden. Um den Verbinder von vorne an der Montageplatte zu befestigen
und um Platz für
Sicherungselemente (locking elements) für die Steckverbindung zu schaffen,
werden beide Enden des Bundgehäuses
Positionierplatten zugeordnet, die daran befestigt werden können, wobei
der Abstand zwischen deren äußeren Rändern in
verbundenem Zustand die Länge
des isolierenden Gehäuses überschreitet.
Mittels dieser Positionierplatten kann das Bundgehäuse am Rand
einer Öffnung
in der Montageplatte befestigt werden, die größer als die Öffnung des
Bundgehäuses ist,
wobei die Länge
der Öffnung mindestens
derjenigen des isolierenden Gehäuses entspricht.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der elektromagnetischen
Verträglichkeit
einer Verbinderanordnung, die Folgendes umfasst:
- • ein Hostmaschinengehäuse, das
mindestens einen Steckplatz und mindestens eine Steckplatzöffnung umfasst;
- • eine
in den mindestens einen Steckplatz im Hostmaschinengehäuse eingesteckte
Adapterkarte, wobei die Adapterkarte mit folgenden Teilen zusammen
montiert wird:
• einer
zur Steckplatzöffnung
gerichteten Adapterkartensteckleiste, die einen Anschlussteil mit elektrischen
Kontakten umfasst;
• Adapterkartenträgern zum
Abdecken der Steckplatzöffnung
und zum Sicherstellen eines elektromagnetischen Schlusses mit dem
Hostmaschinengehäuse;
• einen Kabelverbinder,
der einen Anschlussteil mit elektrischen Kontakten umfasst, so dass
er durch die Steckplatzöffnung
in die Adapterkartensteckleiste eingesteckt werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen externen Kabelverbinder und
eine Sicherungsplatte nach Anspruch 10.
-
Der
Druck zwischen dem Hostmaschinengehäuse und den Adapterkartenträgern ist
geeignet, um die gesamte Steckplatzöffnung herum einen elektromagnetischen
Kontakt zwischen den Adapterkartenträgern und dem Hostmaschinengehäuse sicherzustellen.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung
der mechanischen Starrheit der Verbinderanordnung.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Sicherungsplatte auf dem Vorderteil eines Standardkabelverbinders
mit einem abnehmbaren Befestigungsmittel befestigt, insbesondere
mit einer Sicherungsfeder.
-
Beschreibung
der Figuren
-
1 zeigt
eine herkömmliche
Hostmaschine mit Adapterkarten.
-
2 ist
eine allgemeine Ansicht in der Perspektive einer herkömmlichen
Verbinderanordnung, die einen Kabelverbinder und eine in einer Hostmaschine
installierte Adapterkarte umfasst.
-
3 ist
eine Querschnittsansicht, die die unerwünschten Auswirkungen der Kabelverbinderdrehkraft
auf eine herkömmliche
Verbinderanordnung darstellt.
-
4 ist
eine ausführliche
Ansicht der unerwünschten
Auswirkungen der Kabelverbinderdrehkraft auf eine herkömmliche
Verbinderanordnung.
-
5 ist
eine Ansicht in der Perspektive der Sicherungsplatte und ihrer Installation
auf der Verbinderanordnung gemäß der beanspruchten
Erfindung.
-
6 ist
eine Querschnittsansicht der Verbinderanordnung gemäß der beanspruchten
Erfindung.
-
7 zeigt
eine ausführliche
Ansicht der Sicherungsfeder mit ihrer Befestigung auf der Sicherungsplatte
gemäß der beanspruchten
Erfindung.
-
8 zeigt
eine Ansicht in der Perspektive des Kabelverbinders mit der Sicherungsplatte
und der Sicherungsfeder gemäß der beanspruchten
Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
Allgemeine Grundgedanken
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System mit seinen verschiedenen
Zusätzen,
die zum Verbessern sowohl der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)
als auch der mechanischen Festigkeit von großen Kabel-Karten-Verbindern
entwickelt wurden. Obwohl das System insbesondere für die Personal-Computer-Umgebung
geeignet ist, kann es außerdem
in jedem Maschinentyp vorteilhaft verwendet werden: Computer, Leitungsschnittstellenkassetten (line
interface cassettes) für
große
Vermittlungsverteiler (Switched Hubs) u.a. Wie in 4 beschrieben wird,
besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin zu verhindern,
dass vertikale oder horizontale Kräfte auf den Kabelverbinder
(103) einen Luftspalt oder einen Abstand (108)
zwischen dem Adapterkartenträger
(101) und dem Maschinengehäuse (105) erzeugen.
Da die elektromagnetischen und mechanischen Eigenschaften einer
Verbinderanordnung direkt von dem Luftspalt abhängen, enthält die in 5 gezeigte
beanspruchte Vorrichtung eine besondere, als Sicherungsplatte bezeichnete
Einrichtung, um den Kabelverbinder (103) senkrecht zum
Gehäuse
(105) zu halten, unabhängig
von den auf den Kabelverbinder (103) wirkenden Kräften. Mit anderen
Worten, die Sicherungsplatte (201) erfüllt die folgenden Zwecke:
- • Halten
der oberen und unteren Teile des Vorderteils des Kabelverbinders
in gleichem Abstand zum Gehäuse
(105) (dh = dl)
- • Sicherstellen
eines engen Kontaktes zwischen dem Adapterkartenträger (101)
und dem Gehäuse
(105).
-
Wie
in 6 gezeigt wird, fungiert die Sicherungsplatte
(210), die sich zwischen dem Kabelverbinder (103)
und dem Gehäuse
(105) befindet, als Unterlegscheibe (washer) für eine normale
Positionierung von Stiftelementen und entsprechenden Buchsenelementen
(Kabelverbinder (103) und Adapterkartensteckleiste (102))
und dient dazu, den Verbinder flach gegen das Gehäuse zu drücken. Sobald die
Sicherungsplatte installiert ist, werden die folgenden Bauteile
mit Hilfe von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln fest aneinandergedrückt, um den Adapterkartenträger und
die Sicherungsplatte flach gegen das Gehäuse zu drücken:
- • die Adapterkartensteckleiste
(102),
- • das
Gehäuse
(105),
- • die
Sicherungsplatte (201)
- • der
Kabelverbinder (103).
-
Es
ist zu beachten: Die als Beispiel angegebenen Figuren und Abmessungen
beruhen auf der Verwendung der folgenden Ausrüstung und Standards:
- • Kabelverbinder:
ITT 2DD100P;
- • Adapterkartensteckleiste:
ITT 2DD100 SBR;
- • Adapterkarten-E/A-Träger: ISA;
- • Hostmaschine:
Personal Computer.
-
Sicherungsplatte
-
Die
Größe der Sicherungsplatte
ist dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Hostmaschinengehäuse und
dem Adapterkartenträger
erzeugte Druck um die gesamte Steckplatzöffnung herum einen elektromagnetischen
Kontakt sicherstellen kann, und ist zum Sicherstellen einer mechanischen Starrheit
der Verbinderanordnung geeignet.
-
• Dicke
-
Wie
in 6 gezeigt wird, wird die Sicherungsplatte (201)
bei Einstecken des Verbinders zwischen das Vorderteil des Kabelverbinders
(103) und das Hostmaschinengehäuse (105) gedrückt (das
seinerseits flach gegen den Adapterkartenträger (101) gedrückt wird).
Die Dicke der Sicherungsplatte hängt von
den Festlegungen des Verbinderherstellers, der mechanischen Toleranz
auf dem Adapterkartenträger
(101) und der Dicke des Gehäuses (105) ab.
Beispiel:
Sicherungsplattendicke = 4,5 mm.
-
• Äußere Abmessungen
-
Die
Abmessungen der Sicherungsplatte (201) müssen etwas
größer als
die Größe der Steckplatzöffnung (111)
sein, um um die gesamte Steckplatzöffnung herum einen merklichen
Druck auf das Hostmaschinengehäuse
sicherzustellen.
Beispiel: Sicherungsplattenlänge = 90
mm.
-
• Aussparung
-
Die
Sicherungsplatte (210) umfasst eine Aussparung (202),
um die Einfügung
der elektrischen Kontakte zwischen der Adapterkartensteckleiste (102)
und dem Kabelverbinder (103) zu ermöglichen.
Beispiel: D-Shell-Aussparung.
-
• Material
-
Die
Sicherungsplatte (201) kann aus Metall oder aus einem beliebigen
anderen widerstandsfähigen
und unbiegsamen Material bestehen.
-
Befestigungsmittel
-
Sicherungsplatten
sind für
die Installation auf bereits vorhandenen (herkömmlichen, standardmäßigen) Kabelverbindern
(103) ohne irgendein spezifisches Werkzeug oder eine bestimmte Änderung
vorgesehen. Wie in 5 beschrieben wird, wird in
einer bevorzugten Ausführungsform
die Sicherungsplatte (201) durch eine abnehmbare Sicherungsfeder (203)
am Kabelverbinder (103) befestigt, wodurch verhindert wird,
dass die Sicherungsplatte verloren geht, wenn der Kabelverbinder
(103) nicht eingesteckt ist.
-
Installation
und Funktionsweise
-
Wie
in den 7 und 8 beschrieben wird, umfasst
die Installation der Sicherungsplatte auf dem Verbinder die folgenden
Schritte:
- • Abschrauben
und Entfernen beider Sicherungsschrauben (104) vom Kabelverbinder
(103).
- • Einsetzen
der kurzen Enden der Sicherungsfeder (203) in dafür vorgesehene
Löcher
(204) durch die Sicherungsplatte (210) hindurch.
- • Einsetzen
des Kabelverbinders (103) in die Sicherungsplattenaussparung
(202).
- • Drehen
der Sicherungsfeder (203) um 90 Grad, bis sie um den Kabelverbinder
(103) herum anliegt.
- • Wiederanbringen
der Sicherungsschrauben (104) auf dem Kabelverbinder (103).
- • Einstecken
der Kabelverbinder- (103) Anordnung in die Adapterkartensteckleiste
(102).
- • Befestigen
beider Sicherungsschrauben (104).
-
Die
Installation ist nun beendet: der Kabelverbinder (103),
die Sicherungsplatte (210), das Gehäuse (105), der Adapterkartenträger (101)
und die Adapterkartensteckleiste (102) sind nun fest miteinander
verbunden, der Luftspalt (108) besteht nicht mehr, und
der Schutz gegen elektromagnetische Strahlung ist wiederhergestellt.
Das Risiko mechanischer Fehler ist ebenfalls erheblich verringert.
-
Vorteile
-
Die
vorliegende Anordnung ermöglicht
einen fortlaufenden Kontakt zwischen der Adapterkartensteckleiste
und dem Gehäuse
der Hostmaschine um die gesamte Steckplatzöffnung herum, wodurch der Pegel
elektromagnetischer Strahlung vermindert und rechtzeitig eine konstante
Qualität
sichergestellt wird. Die Sicherungsplatte verbessert die Starrheit
der gesamten mechanischen Anordnung, wodurch das Risiko einer mechanischen Beschädigung auf
der Leiterplatte der Adapterkarte folglich erheblich verringert wird.
Außerdem
wird hier die Zuverlässigkeit
der Adapterkarte deutlich verbessert. Die vorliegende Erfindung
kann ohne ein spezielles Werkzeug und ohne Änderung oder Nachbearbeitung
irgendeines beteiligten Teils auf bereits vorhandenen Adapterkarten und
Kabelverbindern realisiert werden. Die Erfindung ist offensichtlich
für verschiedene
Verbindertypen und -abmessungen geeignet und ist daher vielseitig einsetzbar.
Wenn spezifische Verbinder entwickelt werden müssen, kann die Erfindung problemlos
integriert werden und stellt einen wesentlichen Vorteil für diesen
Verbinder dar.