DE69131136T2

DE69131136T2 - Elektrischer verbinder mit konischem federkontaktelement

Info

Publication number: DE69131136T2
Application number: DE69131136T
Authority: DE
Inventors: Welles Reymond; Gregory Sorrentino
Original assignee: General Datacomm Inc
Current assignee: General Datacomm Inc
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2011-10-26
Also published as: EP0555368A4; AU650212B2; WO1992008258A1; JPH06502739A; EP0555368B1; CA2095119C; DE69131136D1; EP0555368A1; JP3090470B2; CA2095119A1; AU9021691A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Verbinder. Insbesondere betrifft die Erfindung einen elektrischen Verbinder, welcher das Zusammenstecken eines konischen Kontaktelements mit dem leitenden Rand eines Lochs dazu benutzt, eine elektrische Verbinderfunktion herzustellen. Die Erfindung betrifft weiterhin das elektrische Verbinden einer ersten Platte, eines ersten Kabels, eines ersten Drahtes oder anderen Stromleitungsmittels, welches mit dem Kontaktelement gekoppelt ist, mit einer zweiten Platte, einem zweiten Kabel, einem zweiten Draht oder sonstigen Stromleitungsmittel, an welchem der leitende Rand des Lochs angeordnet ist.[0001]
Der Stand der Technik in bezug auf elektrische Verbinder ist vielfältig und weist viele Kategorien und Unter- Kategorien an Verbindern auf. Zu den bekannten Verbindern gehören Flachbandkabel-Verbinder, Elastikschaltungs-Verbinder, Stekker-Buchsen-Verbindungen, Gestellaufbau-Verbinder, kraftfrei einzuführende (ZIF)-Verbinder, Koaxialkabel-Verbinder, Isolationsverschiebungs-Verbinder, Schnellkupplungs-Verbinder, Kartenrand-Verbinder, Platte-zu-Platte-Verbinder, Platte-zu-Draht- Verbinder, Auflöt-Verbinder usw. Vielen der Verbinder ist gemeinsam, daß sie eine männliche Komponente enthalten, welche mit einer ersten zu verbindenden Vorrichtung gekoppelt ist, und eine weibliche Komponente, die mit einer zweiten zu verbindenden Vorrichtung gekoppelt ist, wobei die männlichen und weitlichen Kom ponenten ineinandersteckbar sind. Während zweiteilige (d. h. männliche und weibliche Komponenten-) Verbinder allgemein effektiv ihren Zweck erfüllen, sind sie kostenintensiv, da zwei separate Teile zur Herstellung einer einzigen Verbindung erforderlich sind. Hinzu kommt, daß, wenn die Verbinder mehrere Stecker aufweisen, die Verbindung und das Lösen der Verbindung aufgrund der dabei auftretenden Kräfte schwierig wird, und der männliche Verbinder leicht während des Entfernens oder des Wiedereinstekkens beschädigt wird. Da an jeder der zu verbindenden Vorrichtungen ein Verbinderteil vorhanden sein muß, nehmen die zweiteiligen Verbinder häufig auch wertvollen Platz ein.[0002]
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 6, Nr. 10, 1964, offenbart einen elektrischen Verbinder zum Zusammenstecken mit leitenden Rändern von Löchern einer Leiterplatte. Der Verbinder umfaßt mehrere Kontaktelemente innerhalb eines Gehäuses. Jedes Kontaktelement besitzt einen konischen Kontaktabschnitt, welcher entlang einer Achse des Kontaktelements konisch geformt ist, zum Zusammenstecken mit einem der leitenden Ränder der Leiterplatte, sowie eine mit dem konischen Kontaktabschnitt gekoppelten Federabschnitt, der (über einen anderen konischen Kontaktabschnitt) mit einer zweiten Leiterplatte elektrischen Kontakt herstellt.[0003]
US-A-3,899,231 lehrt einen elektrischen Verbinder mit einem Kontaktelement, das mit einem konischen Kontaktabschnitt ausgebildet ist, der in und gegen die Seitenwände einer plattierten Öffnung in einer Leiterplatte eingreift.[0004]
US-A-4528500 offenbart eine Vorrichtung zum Lokalisieren eines Stifte-Steckbretts in bezug auf eine Matrix-Prüflehre in einer Prüfvorrichtung für gedruckte Leiterplatten. Die Vorrichtung beinhaltet einen Satz federgespannter Stecker, welche gegen seitliche Bewegung gesichert sind. DE-U-87 06 546 offenbart eine ähnliche Prüfvorrichtung für gedruckte Leiterplatten, wobei die federgespannten Stecker seitlich verchiebbar sind.[0005]
Nach der vorliegenden Erfindung wird vorgesehen: ein elektrischer Verbinder zum Zusammenstecken mit leitenden Rändern von Löchern einer Leiterplatte, wobei der elektrische Verbinder mehrere Kontaktelementmittel und ein Gehäuse umfaßt, das die mehreren Kontaktelementmittel beherbergt, wobei jedes Kontaktelementmittel einen konischen Kontaktabschnitt zum Zusammenstekken mit einem der leitenden Ränder der Leiterplatte aufweist, wobei sich der konische Kontaktabschnitt entlang einer Achse seines Kontaktelementmittels verjüngt, und einen Federabschnitt, der an den konischen Kontaktabschnitt angekoppelt ist, mit einem von der Leiterplatte, die der konische Kontaktabschnitt kontaktiert, verschiedenen Leitermittel einen elektrischen Kontakt herstellt und den konischen Kontaktabschnitt entlang seiner Achse drängt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelementmittel seitliche Toleranz aufweist, damit sich der konische Kontaktabschnitt in dem Gehäuse in einer Richtung bewegen kann, die bezüglich der Achse seines Kontaktelementmittels seitlich ist, um in dem leitenden Rand des Lochs in der Leiterplatte zu sitzen, mit dem er zusammengesteckt ist, und wobei der elektrische Verbinder weiterhin ein Befestigungsmittel zum Befestigen des elektrischen Verbinders an der Leiterplatte umfaßt, um die mehreren konischen Kontaktabschnitte mit den leitenden Rändern zusammengesteckt zu halten.[0006]
Jeder Aspekt der Erfindung kann in vielfacher Form realisiert werden. Der Federabschnitt der Kontaktelemente kann zum Beispiel U-förmig, S-förmig oder Z-förmig ausgebildet sein. Der konische Kontaktabschnitt der Kontaktelemente kann die Form eines gabelförmigen Kegels oder eines nachgiebigen gebogenen Drahtes aufweisen. Auch kann der Abschnitt der Kontaktelemente, welcher den elektrischen Kontakt mit dem ersten Objekt herstellt, zum Beispiel die Form eines Zapfens zum Ankoppeln an Löcher, einer Gabel zum Abisolieren, einer Feder zum Herstellen von Oberflächenkontakt oder eine beliebige von vielen konischen Formen aufweisen, wie beschrieben mit Bezug auf den konischen Kontaktabschnitt zum Verkoppeln mit leitenden Rändern. Das Gehäuse für die konischen Kontaktelemente kann verschiedenen Zwecken dienen. Zum Beispiel, indem man den Wandabschnitt des Gehäuses, durch den sich die Kontaktelemente erstrecken, ungleichmäßig macht, kann man eine "first make, last break"-Funktion erreichen. Eine "first make, last break"-Funktion läßt sich auch durch ein Scharniergehäuse erreichen. Auch kann das Gehäuse für die Kontaktelemente aus einem Stück oder zwei Stücken bestehen, mit Einschub von hinten oder Einschub von vorn.[0007]
Andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung gemeinsam mit den vorgelegten Zeichnungen.[0008]

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0009]
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Säulenabschnitts einer ersten Ausführungsform der Verbinder-Erfindung vor der Einführung eines vorgeformten Federkontaktelements in das Gehäuse.
Fig. 2a ist eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Verbinder-Erfindung, die eine Reihe von Kontaktelementen zeigt, deren zweite Enden sich in geeigneter Weise aus dem Gehäuse heraus erstrecken.
Fig. 2b ist eine Vorderansicht der ersten Ausführungsform der Verbinder-Erfindung.
Fig. 3a ist eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform der Verbinder-Erfindung durch Linie A-A in Fig. 2b.
Fig. 3b ist eine vergrößerte Schnittansicht des selbstzentrierenden konischen Trichters des in Fig. 3a gezeigten Gehäuses mit einem darin angeordneten Kontaktelement in einer nicht-eingreifenden auseinandergezogenen Position und in einer heruntergedrückten Eingriffsposition.
Fig. 3c ist eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf den Verbinder nach Fig. 3a, gesehen entlang Linie C-C der Fig. 3a.
Fig. 4a ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht des konischen Endes eines einzelnen Spaltkegel-Kontaktelements in Kontakt mit einem plattierten durchgängigen Loch.
Fig. 4b ist eine Schnittansicht des konischen Endes eines einzelnen Spaltkegel-Kontaktelements der ersten Ausführungsform des Verbinders durch Linie B-B in Fig. 4a.
Fig. 4c ist ein Kräfte-Diagramm für ein typisches Kontaktelement des erfindungsgemäßen Verbinders, das die normalen Kräfte sowohl der axialen Insertion (Halten) als auch des Einsteck-Kontakts zeigt.
Fig. 5a-5f sind Diagramm-Darstellungen von sechs verschiedenen Ausführungsformen des Federabschnitts des erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 5g ist ein Explosionsbild einer zweiten Ausführungsform der Verbinder-Erfindung mit einem Gehäuse und unter Verwendung des Kontakts nach Fig. 5f;
Fig. 5h ist eine teilweise Schnittansicht des zusammengesetzten Verbinders nach Fig. 5g;
Fig. 6a-6d sind Diagramm-Darstellungen von vier verschiedenen Ausführungsformen des Endabschnitts des erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 6e ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbinder unter Verwendung des Kontaktelements nach Fig. 6a;
Fig. 6f-6h sind Explosionsbilder von verschiedenen erfindungsgemäßen Verbindern unter Verwendung des Kontaktelements nach Fig. 6b;
Fig. 6i und 6j sind Querschnitte durch erfindungsgemäße Verbinder unter Verwendung der Kontaktelemente nach Fig. 6d;
Fig. 7a und 7b sind Ansichten von vorn und von der Seite einer Drahtspitzen-Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktelements;
Fig. 8 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbinder unter Verwendung eines drahtgeformten Kontaktelements, wobei das Gehäuse des Verbinders als Mandril für die Ausformung des federgespannten Kontaktelements verwendet wird;
Fig. 9 ist ein Querschnitt durch ein Gehäuse für einen erfindungsgemäßen Verbinder mit einer Eigenschaft des Typs "first make, last break", das durch das Gehäuse selbst ausgebildet ist;
Fig. 10 ist eine Diagramm-Perspektive eines erfindungsgemäßen Verbinders unter Verwendung eines Scharniergehäuses;
Fig. 11a und 11b sind Querschnitte durch eine "Gerade durch"-Ausführungsform und eine Quer- Ausführungsform eins weiblichen Steckverbinders für den erfindungsgemäßen Verbinder;
Fig. 12a und 12b sind Querschnitte durch Nicht-Löt-, gerade bzw. rechtwinklige, permanente Verbinder;
Fig. 13 ist ein Querschnitt eines Verbinders vom Typ biegsame gedruckte Schaltung-zu-Platte unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steckverbindung vom Typ konischer Kontaktzu leitendem Rand, und
Fig. 14 ist ein Querschnitt eines für Platt-zu- Platte-Anwendungen geeigneten Verbinders, wobei verschiedenen Platt-zu-Platte- Abständen Rechnung getragen wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

[0010] Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß die hierin beschriebene Verbinder-Erfindung dem Zusammenstecken mit den leitenden Rändern der Löcher eines Objektes dient. Die Löcher müssen nicht rund sein, da auch die Verbindung mit Rändern anders geformter Löcher (selbst wenn der Rand nicht kontinuierlich verläuft) denkbar ist. Ebenso wenig müssen die Löcher hindurchgehende Löcher oder plattierte durchgehende Löcher sein, da auch Verbindungen mit Blindlöchern oder Löchern mit nur einem plattierten Rand denkbar sind. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß das Objekt, in welchem die Löcher angeordnet sind, eine gedruckte Leiterplatte ist, da auch Verbindungen mit anderen Objekten (z. B. biegsame Schaltungen) denkbar sind.
[0011] Fig. 1, 2a, 2b, 3a-3c sowie 4a-4c zeigen eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Verbinders, welcher ein rechtwinkliger Verbinder ist. Der Verbinder-Aufbau 10 umfaßt typischerweise mehrere Kontaktelemente 20 und ein dielektrisches Gehäuse 30 zur Aufnahme der Kontaktelemente. Die Kontaktelemente 30 sind Federstecker mit ersten Enden 32, zweiten Enden 34 und einem gebogenen Mittelabschnitt 36. Die ersten Enden 32 der Stecker 20 erstrecken sich durch Löcher 39 in einer Tochterplatte 40 und sind vorzugsweise auf die Rückseite 41 der Tochterplatte aufgelötet. Wenigstens ein Abschnitt der ersten Enden 32 ist vorzugsweise V-förmig, um die Ausrichtung der ersten Enden in den Löchern 39 der Tochterplatte 40 zu erleichtern. Die Form der ersten Enden 32 verspricht weiterhin Steifigkeit und erleichtert das Vorbelasten der Kontakte, wie nachstehend diskutiert werden wird.
[0012] Die zweiten Enden 34 der Kontaktelemente 30 bestehen grundsätzlich aus einem Halsabschnitt 35, der aus Gründen der Steifigkeit U-förmig ausgebildet sein kann, und einem konischen Kontaktabschnitt 38. Wie man aus Fig. 3b sieht, verbindet ein Winkelabschnitt 37, welcher mit dem Gehäuse zum Erreichen einer Selbstausrichtung und Vorbelastung zusammenwirkt, wie nächstehend beschrieben werden wird, den Halsabschnitt 35 mit dem Kontaktabschnitt 38.
[0013] Die Mittenabschnitte 36 der Stecker 20 sind vorzugsweise gekrimpt, so daß Stecker 20 eine Feder bilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Stecker 20 vorzugsweise derart gekrimpt, daß sie zunächst eine Biegung von 180 Grad und dann eine Biegung von minus 90 Grad bilden und damit im wesentlichen um 90 Grad gebogen sind. Sofern gewünscht, könnte auch eine einfache Biegung von 90 Grad verwendet werden, vorausgesetzt, die Mittenabschnitte 36 bilden Federelemente. Wie in Fig. 3a phantommäßig erkennbar, wölben sich, wenn die Kontaktabschnitte 38 der zweiten Enden 34 der Stecker 30 mit der Mutterplatte 50 in Eingriff kommen, die Mittenabschnitte 36 federnd von der Mutterplatte 50 weg; d. h. die Mittenabschnitte 36 sind entlang der Steckachse nachgiebig. Hierdurch verleihen die Mittenabschnitte 36 den Steckern 30 eine Steckkraft.
[0014] Wie man in Fig. 4a sieht, weisen die Kontaktabschnitte 38 der zweiten Enden 34 der Kontaktelemente 20 einen konischen Querschnitt auf, wobei der Querschnitt in Richtung weg von dem Ende bzw. der Spitze des Kontaktelements größer wird. Die Kontaktabschnitte 38 dienen zum Herstellen des Kontaktes mit den plattierten durchgehenden Löchern 51 der Mutterplatte 50. Sind die Kontaktabschnitte 38 der zweiten Enden 34 die bevorzugten Spalt-(gegabelten)-Kegel (wie in Fig. 4a und 4b dargestellt), wird Kontakt hergestellt zwischen dem Verbinder 10 und der Mutterplatte 50 an zwei Punkten 53a, 53b (Radius-Kontakt "Punkte") für jedes Kontaktelement 20 und durchgehendes Loch 51. Der Kontakt wird hergestellt zwischen dem konischen Abschnitt (d. h. dem Kontaktabschnitt 38) des Kontaktelements 20 und dem Rand von Loch 51; d. h. dem Umfang des Lochs 51 an der Oberfläche 55 der Mutterplatte 50. Da der Kontaktabschnitt 38 gegabelt ist, drückt er sich bei Herstellung des Kontakts federnd zusammen, während er in Loch 51 hineingeschoben wird und ragt daher weiter in Loch 51 hinein als es sonst der Fall wäre. Die Folge ist, daß die Oberfläche des Kontaktabschnitts 38 beim Herstellen des Kontakts über den Rand des Lochs 51 schleift, wodurch ein erwünschtes "Schleifen" und ein verbesserter Kontakt erreicht wird.
[0015] Wie man in dem idealisierten Kräfte-Diagramm in Fig. 4c erkennt, vergrößert die Verwendung von Kontaktelementen mit konischen Kontaktabschnitten 38, welche sich in plattierte durchgehende Löcher 51 einer Tochterplatte erstreckt, die "normale" Kraft relativ zur axislan Halte- oder Steckkraft. Insbesondere, jedoch nur beispielhaft, wenn die axiale Steckkraft FA 50 Gramm beträgt, so ist die axiale Steckkraft an jedem der beiden Kontaktpunkte als 25 Gramm (FA/2) dargestellt. Die Mutterplatte muß natürlich eine gleiche, jedoch entgegengesetzte Kraft von 25 Gramm an jedem Punkt ausüben. Allerdings muß die gleiche, jedoch entgegengesetzte Kraft als eine Komponente einer Kraft ausgeübt werden, welche quer (d. h. senkrecht) zu dem Kontaktpunkt ist. An jedem der beiden Kontaktpunkte bietet also die Mutterplatte 50 eine normale Kontaktkraft FN/2 (gezeigt als die Hypothenuse des Dreiecks). Jede normale Kontaktkraft ist das Resultat zweier Querkräfte; einer Axialkraft von 25 Gramm entgegengesetzt zu der Steckkraft (wie erforderlich zum Zurverfügungstellen einer gleichen, jedoch entgegengesetzten Kraft zu der axialen Steckkraft); sowie einer Kraft quer zu der Axialkraft. Es versteht sich, daß die Querkräfte zu den Axialkräften gleich und einander entgegengesetzt sind und sich daher aufheben.
[0016] Geht man davon aus, daß sich der Kontaktabschnitt 38 mit einem Winkel von 15 Grad relativ zur Axialrichtung verjüngt, so wird zur Erzeugung einer Axialkraft von 25 Gramm entgegengesetzt zu der axialen Steckkalt an jedem Kontaktpunkt eine resultierende normale Kraft (FN/2) von 100 Gramm (fünfundzwanzig Gramm geteilt durch den Sinus von 15 Grad) an jedem Punkt aufgebracht. Für einen Stecker mit einer axialen Gesamt-Steckkraft von 50 Gramm beträgt also die normale aufgebrachte Kraft 200 Gramm. Allgemeiner gesagt ist die an jedem Kontaktpunkt aufgebrachte normale Kraft gleich der Axialkraft an diesem Kontaktpunkt geteilt durch den Sinus des Konuswinkels des konischen Kontaktabschnitts 38 des Steckers 20. Je geringer der Verjüngungswinkel, umso größer ist die erzeugte normale Kraft. Unabhängig von dem Verjüngungswinkel ist die gesamte normale Kraft, die von allen Kontaktpunkten aufgebracht wird, immer größer als die axiale Insertionskraft, da FN/FA = 1/sin.
[0017] Zurückkommend auf Fig. 1, 2a, 2b sowie 3a-3c erkennt man ein einstückiges dielektrisches Gehäuse 30. Das Gehäuse 30 beinhaltet Seiten, welche jede der Säulen von Kontaktsteckern 20 trennen und elektrisch isolieren; wobei sich die Seiten 60 quer von der oberen Wand 62 weg erstrecken. Auch die Frontwand 64 erstreckt sich senkrecht von der Oberwand 62 weg und weist eine Mehrzahl von Öffnungen 66 auf, die es erlauben, daß sich wenigstens ein Abschnitt der konischen Kontaktabschnitte 38 (vorzugsweise der gesamte konische Kontaktabschnitt) der Kontaktstecker 20 durch sie hindurch erstrecken. Die Öffnungen 66 sind vorzugsweise konische Trichter, die so ausgebildet sind, daß sie mit dem winkligen Abschnitt 37 der zweiten Enden 34 der Kontaktstecker zusammenwirken, wie nachstehend beschrieben werden wird. Ei ne Mehrzahl von Stecker-Trennwänden 68 (auch "Führungswände" genannt) verlaufen nach hinten von der Vorderwand 64 parallel zur Oberwand 62 und führen die zweiten Enden 34 und Kontaktabschnitte 38 der Stecker 20 in ihre vorgespannte Position und sorgen für elektrische Isolierung der Stecker voneinander. Da unterschiedliche Reihen von Steckern 20 unterschiedliche Längen aufweisen (wie in Fig. 1 und 3a erkennbar), sind die Längen der Trennwände 68 entsprechend unterschiedlich. Vorzugsweise erstreckt sich jede Führungswand ein wenig über den mittleren gebogenen Abschnitt 36 des unter ihr liegenden Stecker-Kontakts hinaus, jedoch nur bis zum zweiten Ende 34 des über ihr liegenden Steckers.
[0018] Fig. 3b untersucht die in die Verbinder-Kontaktstecker eingebauten axialen und lateralen Toleranzen relativ zu den Löchern der Mutterplatte. Wie gezeigt, wenn die Kontaktstecker nicht im Eingriff mit der Mutterplatte sind, kontaktieren winklige Abschnitte 37 die trichterförmigen Öffnungen 66 und zentrieren sich damit in diesen in eine Nominalposition. Dadurch, daß man es so einrichtet, daß die Öffnungen 66 einen kleineren Durchschnitt als der Durchschnitt des weitesten Teils des winkligen Abschnitts 37 aufweisen, wirken die Öffnungen 66 als Begrenzung für die Kontaktfederstecker 20, so daß die Federstecker in dem Gehäuse vorbelastet werden, wie nachstehend diskutiert werden wird. In der vorbelasteten Position erstrecken sich die Kontaktabschnitte 38 der Stecker 20 aus dem Gehäuse 30 um ein gewünschtes Maß heraus. Kommen die Kontaktstecker 20 mit den Löchern der Mutterplatte in Eingriff, werden die Stecker 20 zurückgedrückt (wie in dem Phantombild ersichtlich), derart, daß der winklige Abschnitt 37 der zweiten Enden 34 der Stecker nicht mehr im Kontakt mit den trichterförmigen Öffnungen 66 des Gehäu ses 30 ist. Die Folge ist, daß eine laterale Bewegung des zweiten Endes des Steckers in alle Richtungen gefördert wird, da der durch die benachbarten Seitenwände 60 und die benachbarten Führungswände 68 des Gehäuses 30 definierte Weg für das zweite Ende des Steckers breiter ist als die zweiten Enden 34 der Stecker. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß, je weiter die Stecker 20 zurückgedrückt werden, umso mehr sich die zweiten Enden 34 lateral in eine beliebige Richtung in dem Gehäuseweg bewegen können. Hierdurch wird eine Toleranzzone oder ein Toleranzbereich für die Fehlausrichtung eines Steckers relativ zu einem Loch geschaffen, welcher sich in der Größe an den Radius des Lochs annähern kann (vorausgesetzt, der Gehäuseweg und die trichterförmige Öffnung sind groß genug). Wie in Fig. 3b gezeigt, bietet auch die Verjüngung des Kontaktabschnitts 38 von Stecker 20 eine Toleranz relativ zu dem Lochdurchmesser, da der Kontakt entlang der konischen Oberfläche des Kontaktabschnitts 38 sichergestellt ist.
[0019] Wie in Fig. 1, 3a und 3c gezeigt, beinhalten die Seitenwände 60 des Gehäuses 30 vorzugsweise Seitenwand- Verriegelungsnasen 72 (vorzugsweise zwei pro Kontakt), welche benachbarte Reihen von Kontakten in einer vorbelasteten Weise halten, und zwar an verschiedenen Fixierungspunkten relativ zu der Tochterplatte 40, jedoch an identischen Fixierungspunkten relativ zu dem um 90 Grad gebogenen Abschnitt 36 der Kontaktelemente 20. Die Verriegelungsnasen 72 bieten eine Sperre zwischen benachbarten Seitenwänden 60, durch die die V-förmigen ersten Enden 32 der Stecker 20 während des Zusammensetzens gedrängt werden. Nachdem sich das V-förmige erste Ende 32 deformiert und durch die Nasen 72 hindurchtritt, können sie nicht weiter als die Nasen 72 zurück. Damit wirken die Verriegelungsnasen 72 als eine Vorbelastung für die Federkontaktelemente 20, da die Federkontaktelemente 20 an einem Ende durch den Kontakt des winkligen Abschnitts 37 mit der trichterförmigen Öffnung 66 am Ort fixiert sind und an dem anderen Ende durch Verriegelungsnasen. Die Verriegelungsnasen 72 schaffen auch einen Fixierungspunkt, welcher einen Abschnitt des ersten Endes 32 (der Abschnitt zwischen den Verriegelungsnasen 72 und der Tochterplatte) gegen Bewegung in der Insertionsachse fixiert. Hierdurch wirken die Nasen als eine Entlastung für das erste Ende 32 - Tochterplatten-Lötverbindung - da sich das erste Ende 32 nicht erheblich nach unterhalb von Nase 72 bewegen wird. Die V-Form des ersten Endes 32 trägt auch dazu bei, das erste Ende 32 zu versteifen und eine Bewegung an der Lötverbindung zu verhindern.
[0020] Durch Anordnen der Verriegelungsnasen 72 derart, daß Stecker verschiedener Reihen ungefähr dieselbe Federlänge zwischen dem Fixierungspunkt und der Biegung (wie in Fig. 1 und 3a ersichtlich) aufweisen, sind gleiche Lagerkräfte zwischen den Kontaktabschnitten 38 der Stecker 20 von verschiedenen Reihen des Verbinders und den Löchern 51 der Mutterplatte 50 sichergestellt.
[0021] Das Gehäuse 30 kann weiterhin wenigstens einen integrierten Führungsstecker 74 enthalten. Führungsstecker 74 kann als Massenstecker dienen, indem er mit einem (nicht gezeigten) Massenkabel umwickelt ist, und/oder als ein Erst-Schließ-Stecker für den Verbinder. Üblicherweise, wie in Fig. 2a und 2b gezeigt, sind zwei Führungsstecker 74 an beiden Enden des Verbinders angeordnet und verlaufen entlang derselben Achse wie der zweite Abschnitt der Stecker 20. Vorzugsweise erstrecken sich die Führungsstecker weiter heraus als die Kontaktabschnitte 38 der Stecker 20 und arbeiten damit als Abschirmung oder Schutz, obwohl auch andere Schutzmaßnahmen wie etwa zurückziehbare Kontaktschutze (z. B. stromführende Scharniere oder Schutzklappen) zum Einsatz kommen können. Die Führungsstecker 74 sind vorzugsweise so vorgesehen, daß sie in Verbindungslöcher in der Mutterplatte hineinragen, wobei der Durchmesser der Verbindungslöcher so groß wie oder ein wenig größer ist als der Durchmesser des nicht-konischen Abschnitts des Führungssteckers. Während wenigstens ein Führungsstecker vorzugsweise einstückig mit dem Verbinder gegossen ist, können andere Führungsstecker ein mit einem Gewinde versehenes Ende aufweisen und im Gehäuse 30 durch Nieten 76 fixiert sein. Wenn gewünscht, können erste und zweite Führungsstecker einen ovalen Querschnitt aufweisen und quer in bezug zueinander orientiert sein. Auf diese Weise arbeitet ein Führungsstecker als Horizontalführung, während der andere als Vertikalführung arbeitet.
[0022] Mit Blick auf Fig. 5a-5f erkennt man sechs verschiedene Federkontaktelemente 220a, 220b..., welche für bestimmte Platte-zu-Platte-Verbinder nützlich sind. Jedes der Federkontaktelemente 220 besitzt ein erstes konisches Ende 221, einen mittleren Abschnitt 236 und ein zweites konisches Ende 223. Die konischen Enden 221 und 223 werden dazu verwendet, mit den leitenden Rändern einer Platte verbunden zu werden. Die mittleren Abschnitte 236 jedes der Federkontaktelemente 220a, 220b... ergeben effektiv die Federwirkung, wenn die Federkontaktelemente in einem Gehäuse belastet werden. Der mittlere Abschnitt 236a von Federelement 220a in Fig. 5a ist eine U-förmige Feder, während der mittlere Abschnitt 236b von Federelement 220b in Fig. 5b eine Z-förmige Feder ist. Die Z-förmige Feder bietet eine gewisse Symmetrie in Gegensatz zu der U-förmigen Feder. Die Mittelab schnitte 236c und 236f der Federelemente 220c und 22of sind S- förmige Federn, welche ebenfalls eine Symmetrie bieten. Zusätzlich, bei der starken S-Form von Element 220f, wenn die konischen Enden 221f und 223f zusammengedrückt werden, vermindert sich tatsächlich der S-förmige mittlere Abschnitt 236f in der Breite anstatt zuzunehmen, wie es bei den Federelementen nach Fig. 5b und 5c der Fall wäre.
[0023] Der mittlere Abschnitt 236d von Federelement 220d nach Fig. 5d ist ein Balg (d. h. eine kontinuierlich U-förmige Feder), welche eine niedrige Induktivität und damit andere elektrische Eigenschaften als die anderen Federelemente aufweist. Der mittlere Abschnitt 236e von Federelement 220e in Fig. 5e ist ausgebildet durch Verschweißen der Enden zweier identischer einzelner konischer Elemente am Schweißpunkt 229. Bei Federelement 220e kann der Verbindung paralleler Platten mit unterschiedlichen Abständen mit einer einzigen Kontaktelement-Bestückung Rechnung getragen werden, da die Enden an unterschiedlichen Punkten verschweißt werden können, um Federelemente unterschiedlicher Länge zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Orte zum Verbinden der konischen Enden 221 und 223 mit dem mittleren Abschnitt 236 bei jeder der Federelemente in Fig. 5a-5e vorzugsweise so gewählt sind, daß sie die größte Stabilität für das Federelement bieten; d. h. zum Vermindern des Drehmoments auf ein Minimum, wenn der konische Abschnitt mit einem Rand zusammengesteckt wird.
[0024] In Fig. 5g und 5h erkennt man einen Verbinder mit mehreren Federkontaktelementen 220f und einem zweiteiligen Gehäuse 230. Wie noch genauer in Fig. 5h gezeigt, besitzt jedes Stück 230a und 230b des Gehäuses 230 eine Mehrzahl von Löchern, in de nen der konische Kontakt und der mittlere Abschnitt der Feder untergebracht sind. Die Löcher des Gehäuses umfassen insbesondere einen konischen Abschnitt 237, durch welchen sich der konische Kontakt (221 oder 223) erstreckt, und eine größere Öffnung 239, in welcher die S-förmige Feder 236f untergebracht ist. In Öffnung 239 ist genügend Raum vorhanden, um sicherzustellen, daß die S-Feder 236f das Gehäuse in ihren vorbelasteten und Zusammensteck-Positionen nicht berührt. Die Stücke 230a und 230b des Gehäuses 230 können identisch sein, Rücken an Rücken aneinandergesetzt, und zusammengehalten durch Schallvibrations-Schweißen, Klebstoff oder andere Mittel. Andererseits können die Stücke 230a und 230b mit ineinanderpassenden Zapfen 274a und Zapfen- Aufnahmen 274b für eine Reibungs- oder Druckverbindung versehen sein. Ungeachtet dessen, beinhaltet das Gehäuse 230 vorzugsweise Zapfen 274c, welche aus Führungsstecker zum Zusammenfügen mit Leiterplatten 250 dienen.
[0025] Es sei darauf hingewiesen, daß die Federkontaktelemente nach Fig. 5a-5f mit zwei konischen Enden für eine Verbindung konisches Ende zu Rand mit Löchern von zwei Platten versehen sein können oder mit einem konischen Ende für eine konisches Ende-zu-Randverbindung und einem zweiten Ende (Endabschnitt) mit einer anderen Konfiguration zur Verbindung oder Zusammenstecken mit einer beliebigen gewünschten leitenden Vorrichtung. Beispiele für Federkontaktelemente mit unterschiedlichen Endabschnitten sind gezeigt in Fig. 6-6d. In Fig. 6a wird ein Federkontaktelement 320a mit einem konischen Kontaktabschnitt 321a zum Zusammenstecken mit dem leitenden Rand eines Lochs in einer Leiterplatte 350b, einem Federabschnitt 336a und einem Endabschnitt 323a gezeigt. Der Endabschnitt 323a beinhaltet ein Lötende 301 und einen Anschlag 302, wobei das Ende 301 so ausgelegt ist, daß es in ein Loch 303 (wie in Fig. 6e gezeigt) von Leiterplatte 350a hineingedruckt und/oder eingelötet werden kann, oder auf die Oberfläche der Platte aufgelötet (SMT) werden kann. Der den Kontakt 320a verwendende Verbinder, wie in Fig. 6e gezeigt, besitzt ein einteiliges Gehäuse 330 mit einer konischen Öffnung 337e für den konischen Kontaktabschnitt 321a und eine Öffnung 339e mit ein wenig größerer Breite zur Aufnahme der Feder 336a. Führungsstecker 374c sind zum Zusammenstecken mit Löchern in Leiterplatten 350a und 350b vorgesehen.
[0026] Das Federkontaktelement 320b in Fig. 6b beinhaltet ebenfalls den konischen Kontaktabschnitt 321b, einen Federabschnitt 336b und einen Endabschnitt 323b. Der Endabschnitt 323b ist allerdings effektiv Teil des Federabschnitts 336 und bietet eine Vorbelastung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer leitenden Platte, Draht oder Oberfläche. Der Endabschnitt 323b kann einstückig oder gegabelt ausgebildet sein, wie in Fig. 6b gezeigt. Das Federkontaktelement 320b ist einfach auf einem Trägerstreifen ausgebildet und plattiert (wie in Fig. 6f-6h gezeigt), welcher abgebrochen werden kann, wenn der konische Kontaktabschnitt 320b in ein geeignetes Gehäuse 330 eingesetzt wird.
[0027] Wie in Fig. 6f - 6h gezeigt, wird das Federkontaktelement 320b vorteilhaft auf mehrere verschiedene Weisen benutzt. In Fig. 6f wird ein Verbinder gezeigt, welcher geeignet ist, zwei ausgerichtete Leiterplatten zu verbinden. Der Verbinder beinhaltet zwei Gruppen konischer Kontaktelemente 320b (gezeigt mit ihren Trägerstreifen 304, welche beim Beladen entfernt werden), ein Abstandselement 305 mit leitenden Flächen oder Drähten 306 und ein Teile 330a und 330b aufweisendes Gehäuse 330. Das Abstandselement 350 ist mit ausgeformten Schienen 307 versehen, und die Gehäuseteile 330a und 330b sind mit Nuten 308 versehen, so daß die Gehäuseteile 330a und 330b in Abstandselemente 305 einrasten können, um einen einstückigen Zusammenbau zu erhalten. Sofern gewünscht, können Verbindergehäuse und Abstandselement sowie auch die Leiterplatte 350 mit Löchern versehen werden, so daß der Verbinder mittels Schrauben 309f und Muttern 311f an der Leiterplatte befestigt werden kann. Auch können Führungsstecker 374c vorgesehen werden. Bei der Beladung stehen die Enden 323b der Kontaktelemente 320e in Kontakt mit verschiedenen Drähten oder Flächen 306 des Abstandselements 305. Das Abstandselement 305 beinhaltet interne leitende Drähte zum elektrischen Verbinden jeder Fläche 306 auf einer Seite des Abstandselements mit einem oder mehreren zugehörigen Flächen auf der anderen Seite des Abstandselements. Das Abstandselement 305 kann mit verschiedenen Dicken hergestellt werden, um verschiedenen Abständen zwichen Platte und Platte Rechnung zu tragen.
[0028] Fig. 6g und 6h zeigen das bei einem PC-Platte-zu- Auflötplatte-Verbinder und bei einem PC-Platte-zu- Biegsamschaltung-Verbinder verwendete Federkontaktelement 320b. In Fig. 6g ist die Auflötplatte 305g mit unterseitigen Leitungsflächen 312 g in den Verbinder einbezogen, indem ein Kunststoff- Entlastungsteil 331 und ein Metall-Clip 314 vorgesehen sind, welche oben auf der SMT-Platte 305g sitzen und durch Muttern 311g und Schrauben 309g gehalten werden, die durch sie hindurch verlaufen und durch das Gehäuse 330a und die PC-Platte 350. Der Metall-Clip 314 ist zum Aufrechterhalten der Flachheit und Kontaktkraft vorgesehen. Die Schienen 307 g an dem Metall-Clip 314 greifen in Nuten 308 g an dem Gehäuse 330a im Sinne einer Einrastverbindung ein.
[0029] Wie in Fig. 6h gezeigt, ist eine biegsame Schaltung 350h, die obere und untere Platten 312-1h und 312-2 h beinhaltet, in einen Verbinder integriert. Der Verbinder in Fig. 6h beinhaltet weiterhin zwei Gruppen von Kontaktelementen 320b, getragen von Trägerstreifen 304, und Gehäuseteile 330a und 330b. Werden die Kontaktelemente 320b in das Gehäuse 330 eingesetzt, so werden die Trägerstreifen vorzugsweise entfernt. Die gesamte Anordnung wird mit Schrauben 309h und Muttern 311h auf ähnliche Weise wie die Anordnung der Fig. 6f und 6g befestigt.
[0030] Mit Blick auf Fig. 6c und 6d erkennt man Kontaktelemente 320c und 320d, welche für den Anschluß von Flachbandkabeln (d. h. Isolationsverschiebung) angepaßte Endabschnitte aufweisen. Die Kontaktelemente 320c und 320d sind im wesentlichen identisch mit der Ausnahme, daß der Endabschnitt 323c in Fig. 6c im wesentlichen koaxial mit dem Kontaktabschnitt 321c ist, während der Endabschnitt 323d der Fig. 6d im wesentlichen quer zu dem Kontaktabschnitt 321d liegt.
[0031] In Fig. 6i und 6j wird das in Fig. 6d gezeigte Kontaktelement 320d in zwei verschiedenen Konfigurationen für zwei verschiedene Verbinder benutzt. In Fig. 6i wird ein zweiteiliges Gehäuse (330a, 330b) dazu verwendet, Kontaktelemente 320d aufzunehmen, die einen Kontaktabschnitt 321d, einen Federabschnitt 336d und einen Endabschnitt 323d aufweisen. Der Endabschnitt 323d ist quer zu dem Kontaktabschnitt und besitzt zwei Zinken, welche die Isolierung von einem Flachbandkabel 350i abstreifen. Eine Klammer 314i ist vorgesehen, um einen permanenten Eingriff zwischen dem Flachbandkabel 350i und dem Endabschnitt 323d sicherzustellen.
[0032] In Fig. 6j sind zwei identische Kontaktelemente 321-1d und 321-2d vorgesehen, wobei eines der Elemente um 108 Grad relativ zu dem anderen rotiert ist, und wobei die Endabschnitte 323d der Elemente an unterschiedlichen Stellen gebogen sind (309-1j und 309-2j). Bei einer derartigen Anordnung liegen die Isolierungs-Abstreif-Endabschnitte der benachbarten Kontaktelemente nicht direkt nebeneinander; das Nicht-Nebeneinanderliegen von Kontakten zwischen den Drähten eines Flachbandkabels ist eine Anforderung für die meisten Flachkabel-Verbinder aufgrund der räumlichen Nähe der Drähte.
[0033] Mit Blick auf Fig. 7a sieht man ein aus Draht gebildetes konisches Kontaktelement 421 in einem Gehäuse 430 mit einer Öffnung. Das konische Kontaktelement 421 ist effektiv gegabelt, wobei Segmente 401, 402 und 403 als erster Abschnitt dienen und Segmente 405, 406 und 407 als ein zweiter, im wesentlichen unabhängiger Abschnitt. Segment 401 des konischen Kontaktelements ist in einem Haltezapfen verankert, und Segment 402 ist relativ zu Segment 401 mit einem Winkel von ungefähr 120 Grad gebogen. Segment 403 ist um einen Winkel von ungefähr 90 Grad relativ zu Segment 402 gebogen und endet am Punkt 404, wo auch der zweite Abschnitt des konischen Kontaktelements 421 endet. Die relativen Geometrien der Segmente 407, 406 und 405 sind spiegelbildlich zu denen der Segmente 401, 402 und 403. Wie man jedoch in Fig. 7b sieht, ist die Biegung von Segment 402 relativ zu Segment 401 und von Segment 406 relativ zu 407 in einer zweiten Ebene ein wenig verschieden (d. h. entgegengesetzt), derart, daß die Segmente 402 und 406 aneinander vorbeiragen können. Wie in Fig. 7a gezeigt, berühren sich Segmente 402 und 406, wo sie aneinander vorbeiragen, obgleich eine solche Berührung nicht erforderlich ist. Entsprechend, um das Treffen der Segmente 403 und 405 an Punkt 404 zu ermöglichen, ist die Biegung von Segment 403 relativ zu Segment 402 in einer zweiten Ebene entgegengesetzt zu der Biegung von Segment 405 relativ zu Segment 406 in dieser zweiten Ebene.
[0034] Bei dem aus Draht gebildeten konischen Kontaktelement 421 besitzt die Spitze 404 drei Freiheitsgrade. Kommen die Segmente 403 und 405 in Kontakt mit dem Rand eines Lochs, werden Segmente 403 und 405 zurückgedrängt, wodurch sich die Winkel zwischen Segmenten 401 und 402, Segmenten 407 und 406, Segmenten 402 und 403 sowie Segmenten 405 und 406 vermindern und sich der Winkel zwischen Segmenten 403 und 405 erhöht. Wenn also das aus Draht gebildete konische Kontaktelement 421 im Eingriff mit dem Rand eines Loches kommt, drückt sich der konische Abschnitt teilweise zusammen und zieht sich teilweise zurück und verbessert den Kontakt. Die Spitze kann dann, da das aus Draht gebildete konische Kontaktelement 421 eine Spitze aufweist, die in mehreren Richtungen Flexibilität aufweist, effektiv sowohl als Kontaktabschnitt als auch als der Federabschnitt des Kontaktelements arbeiten. Für das Kontaktelement 421 ist außer dem Kontaktabschnitt kein Federteil mehr erforderlich, obwohl ein Federteil verwendet werden kann.
[0035] Es versteht sich, daß das drahtgeformte konische Kontaktelement mit verschiedenen Zapfenanordnungen versehen werden kann. Zum Beispiel können die Segmente 401 und 407 in einem Schlitzzapfen 409 gekrimpt sein, wie in Fig. 7a gezeigt, oder auf einen Zapfen mit Löchern darin eingepreßt oder aufgelötet, außen an einen runden oder eckigen Zapfen angeschweißt sein, usw.
[0036] Es versteht sich weiterhin, daß, je nach den Eigenschaften des Drahtes des aus Draht geformten konischen Kontaktelements 421 nach Fig. 7a und 7b sowie auch abhängig von den Winkeln zwischen den Segmenten selbst und dem Winkel zwischen Segmenten 401 und 407 und dem Zapfen 409, das drahtgeformte konische Kontaktelement 421 primär radial nachgiebig im Gegensatz zu primär axial nachgiebig wie die konischen Kontaktelemente in Fig. 3a und 5a-5f sein kann. Mit anderen Worten, bei der in Fig. 7a und 7b gezeigten Anordnung, wenn das drahtgeformte konische Kontaktelement 421 mit dem Rand eines Lochs in Kontakt tritt, schiebt sich Punkt 404 (die Spitze) des Kontaktelements ein wenig zurück im Gegensatz zu dem Punkt des gegabelten Federkontaktabschnitts in Fig. 3a. Der Winkel zwischen Segmenten 403 und 405 ändert sich statt dessen so, daß die Segmente 403 und 405 (welche effektiv einen Querschnitt durch einen kegelförmigen Konus bilden) komprimiert werden, während sie sich in das Loch hineinbewegen. Die Komprimierung des "Konus" bietet ein hohes Maß an Schleifen während des Zusammensteckens. In Fig. 3a besteht mehr axiale Nachgiebigkeit und weniger radiale Nachgiebigkeit (obgleich der gegabelde Konus radial nachgiebig ist), und daher tritt weniger Schleifen auf. Je nach den besonderen Umständen kann es also wünschenswert sein, einen Verbinder mit einem drahtgeformten konischen Kontaktelement wie in Fig. 7a und 7b oder einem Kontaktelement wie in Fig. 3a und 5a-5f, die größere axiale Nachgiebigkeit bieten, zu verwenden. Es sei darauf hingewiesen, daß ungeachtet des gewünschten Grades der axialen gegenüber der radialen Nachgiebigkeit auch laterale Nachgiebigkeit bei dem Kontaktelement wünschenswert ist, um eine Ausrichtungs-Toleranz zwischen dem Kontaktelement und dem Lochrand zu bieten.
[0037] Ein anderes drahtgeformtes Kontaktelement 520 ist in Fig. 8 gezeigt. In der Ausführungsform nach Fig. 8 kann das Gehäuse 530a als ein Mandril benutzt werden, auf welchem der Federkontakt 520 wenigstens teilweise ausgeformt ist. Das drahtgeformte Federkontaktelement 520 beinhaltet Segmente 501, 502, 503, 505 und 506, wobei Segmente 503, 505 und 506 vorzugsweise vorgeformt sind. Segment 501 arbeitet als das Endsegment und wird durch Gehäuseabschnitte 530a und 503b fixiert. Bei der Bildung des Kontaktelements, wie in Fig. 8 angezeigt, wird Segment 502 um Gehäuse 530a mit einem Winkel von ungefähr 90 Grad relativ zu Segment 501 gebogen. Dann wird Segment 502 an Punkt 519 gegen das Gehäuse 530a gehalten und entlang der Rampe 517 überbogen, während das Segment 506 mit der Rampe 513 des Gehäuses 530a in Eingriff kommt. Nach Loslassen des Kontaktelements an Punkt 519 springt Segment 502 zurück in die in Fig. 8 gezeigte Position, während Segment 506 mit Rampe 513 außer Eingriff kommt. Da die Segmente 503, 505 und 506 bereits vorgeformt sind, kann das drahtgeformte konische Federkontaktelement 520 dazu benutzt werden, mit dem Rand eines Lochs einer PCB 550 oder ähnlichem in Eingriff zu kommen. Bei Ineingriffkommen mit dem Rand eines Lochs werden Abschnitte 502, 503, 505 und 506 des Federkontaktelements zurückgedrückt. Demzufolge kommt Abschnitt 506 des Fehlerkontaktelements 521 mit Rampe 513 in Eingriff und Abschnitte 505 und 503 werden relativ zueinander gespreizt, wodurch noch der Kontakt und das Zusammenfügen verbessert wird.
[0038] Sofern gewünscht, kann der Verbinder nach Fig. 8 einen zweiten Abschnitt aufweisen, welcher ein Spiegelbild des Gezeigten darstellt. Auf diese Weise kann eine Platte-zu-Platte- Verbindung ohne irgendwelche fixierten Verbindungen hergestellt werden.
[0039] Aufgrund der beim Zusammenfügen eines konischen Kontaktelements mit dem Rand eines Lochs zur Verfügung stehenden Toleranzen können derartige, eine solche Zusammenfügungsart verwendende Verbinder leicht mit verschiedenen Anordnungen für "first mate (make), last break" versehen werden. Fig. 9 z. B. zeigt einen Verbinder mit einem ersten Kontaktelement 620a mit einem gegabelten konischen Kontaktabschnitt 621a und einem zweiten Kontaktelement 620a mit einem gegabelten konischen Kontaktabschnitt 621b. In Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach Fig. 3b besitzt jedes Kontaktelement eine winklige Oberfläche 637 zum Zwecke der Zentrierung und Federbelastung. Auch beinhaltet das Gehäuse 630 für die Kontaktelemente ähnliche winklige Oberflächen 666 und 666b zum Eingriff mit den winkligen Oberflächen 637. Um jedoch eine "first make, last break"-Anordnung zu erreichen, sind die winkligen Oberflächen 666a und 666b des Gehäuses 630 nicht identisch. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist die winklige Oberfläche 666b so geformt, daß sie näher an der Vorderseite 664 des Gehäuses 630 ist, als dies bei der winkligen Oberfläche 666a der Fall ist. Dieser Unterschied wird leichter erkennbar durch Vergleichen der Längen der Öffnungs-Oberflächen 669a und 669b. Durch diesen Unterschied ragt der Kontaktabschnitt 621a von Federkontaktelement 620a nicht so weit aus dem Gehäuse heraus wie der Kontaktabschnitt 621b von Federkontaktelement 620b; d. h. die Spitze 604b von Kontaktabschnitt 621b ragt weiter als Spitze 604a von Kontaktabschnitt 621a. Beim Zusammenfügen mit Rändern einer flachen Oberfläche wird also Kontaktabschnitt 621b zuerst zusammengefügt. Beim Lösen der Verbindung unterbricht die Verbindung als letztes bei Kontaktabschnitt 621b.
[0040] Es sei darauf hingewiesen, daß auch andere Gehäuseanordnungen die Funktion "first make, last break" bieten können. Zum Beispiel, anstatt den Ort der winkligen Oberfläche 666 des Gehäuses, in dem der zuerst zusammenzufügende Kontakt untergebracht ist, zu verändern, kann man diese winklige Oberfläche am selben Ort belassen, jedoch etwas vergrößern. So muß der Kontaktabschnitt 621 dieses Federkontaktelements weiter aus dem Gehäuse herausragen, bevor seine winklige Oberfläche 637 mit der winkligen Oberfläche 666 des Gehäuses in Eingriff kommt. Eine derartige Anordnung weist den Vorteil auf, daß der zuerst zusammenzufügende Kontakt gewählt werden kann, nachdem der Verbinder geformt wurde, da die winklige Oberfläche durch Entfernen von Material vergrößert wird. Ungeachtet der gewählten Art versteht sich, daß durch Variieren des Gehäuses entweder während der Herstellung oder danach jeder einzelne Kontakt oder Mehrzahl von Kontakten dazu ausgewählt werden kann, die "first made, last break"-Funktion zu bieten. Man kann sogar eine Abfolge in der Zusammenfügungs-Prozedur erreichen, indem man das Gehäuse in einer Mehrzahl von Schritten verändert oder abändert.
[0041] Die Funktion "first make, last break" kann auch durch das Vorsehen eines bestimmten Federelements mit einem ein wenig kleineren Kontaktabschnitt erreicht werden, so daß es weiter aus dem Gehäuse herausragt als die Kontaktabschnitte der anderen Federelemente.
[0042] Eine andere "first make, last break"-Anordnung für einen konischen Kontaktelement-Verbinder sieht man in Fig. 10, wo das bestimmte, den ersten Kontakt herstellende Kontaktelement aufgrund der Geometrie fixiert ist. Man sieht eine erste Leiter platte 750 mit einem daran befestigten konischen Federkontaktelement-Verbinder 710 mit mehreren Kontaktelementen 720. Die erste Leiterplatte 750a ist untergebracht in einem offenen oder umschlossenen modularen Gehäuse 709, welches einen Schlüsselschlitz 711 zum Schwenken beinhaltet. Der Verbinder 710 ist vorgesehen zum Verbinden der ersten Leiterplatte 750a mit einer zweiten parallelen oder rechtwinkligen Leiterplatte 750b, welche Löcher mit leitenden Rändern aufweist. Die zweite Leiterplatte 750b ist - wie gezeigt - mittels Schrauben 707 an einer Rückwand 701 befestigt. Vorzugsweise ist als Teil der Rückwandplatine 750b ein Schwenkmittel 704 vorgesehen, um welches der Schlüsselschlitz 711 paßt. Platte 750a kann dann relativ zu Platte 750b rotiert werden, derart, daß Verbinder 710 mit den leitenden Rändern von Platte 750b zusammengefügt wird. Sind die Kontaktelemente 720 von Verbinder 710 und die Ränder der zweiten Leiterplatte 750b gleich, so stellt das dem Drehpunkt 704 nächstliegende Kontaktelement 720 aufgrund der Rotation den ersten Kontakt beim Zusammenfügen her und unterbricht den Kontakt als letztes beim Trennen. Die Kontaktelemente 720 werden sogar in einer natürlichen Abfolge zusammengefügt und unterbrochen. Natürlich kann die Funktion "first make, last break" in der Ausführungsform nach Fig. 10 auch erreicht werden, selbst wenn die Kontaktelemente 720 oder das Gehäuse 730 nicht gleich sind.
[0043] Die Ausführungsform der Fig. 10 ist nützlich beim Zusamraenfügen einer gedruckten Leiterplatte mit einer Rückwandplatine. Sie ist auch nützlich bei der Zusammenfügung zweier Leiterplatten, beim Zusammenfügen eines Kabels mit einer Leiterplatte, beim Zusammenfügen zweier Kabel, usw.
[0044] Während die hierin offenbarte Verbinder-Erfindung effektiv die Notwendigkeit für zwei Verbinderteile beseitigt, versteht sich, daß es in manchen Situationen wünschenswert sein kann, ein passendes weibliches Verbinderteil für den männlichen Verbinder vorzusehen, welcher die konischen Federkontaktelemente aufweist. Zwei Ausführungsformen eines derartigen weiblichen Verbinders sind in Fig. 11a und 11b dargestellt. In Fig. 11a erkennt man einen gerade durchgehenden weiblichen Verbinder 800a mit einem Gehäuse 801a. Der weibliche Verbinder 800a besitzt einen zurückgesetzten Eingangsbereich 805a, mehrere Löcher 807a (vorzugsweise mit geraden Seiten) mit plattierten Rändern sowie mehrere Leiterelemente 809a, die die Plattierten Ränder elektrisch mit einer Leiterplatte 850a verbinden. Wie in Fig. 11a gezeigt, sind die Endabschnitte der Leiterelemente 809a an der Leiterplatte 850a eingedrückt und/oder angelötet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Endabschnitt der Leiterelemente 809a andere Formen haben kann, wie z. B. ein Isolierungs- Verschiebungsende, ein Auflötende oder ein Drahtkrimpende, das für die Verbindung mit einem oder mehreren einer Platte, einem Draht, einem Flachkabel oder einer biegsamen Schaltung verwendet werden kann.
[0045] Der weibliche Verbinder 800b nach Fig. 11b ist dem von Verbinder 800a sehr ähnlich mit der Ausnahme, daß die Leiterelemente 809b ungefähr um 90 Grad quer verlaufen, beim Verkoppeln der plattierten Ränder mit der Platte 850b, und das Gehäuse 801b dementsprechend geändert ist.
[0046] Obgleich der erfindungsgemäße, Federkontaktelemente mit konischen Endabschnitten verwendende Verbinder vorteilhaft bei Verbindern angewandt werden kann, welche entfernbar und wieder aufsteckbar sind, sei darauf hingewiesen, daß die hierin enthaltenen Lehren auch für permenente Nicht-Lötverbindungen verwendet werden können. Wie in Fig. 12a gezeigt, wird eine permanente Nicht-Lötverbindung zwischen einer PCB 950a und einem Stecker oder Zapfenverbinder 910a mit Federkontaktelementen 320a, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 6a beschrieben (mit Kontaktabschnitt 321a, Federabschnitt 336a und Ende 323a) hergestellt. Das Gehäuse 930a des Verbinders 900a kann mittels eines beliebigen (nicht gezeigten) Mittels oder Verfahrens permanent mit der PCB-Platte 950a verbunden werden, derart, daß die konischen Kontaktabschnitte 321a der Federkontaktelemente 320a in den Löchern 951a der PCB-Platte 950a fixiert sind. Bei einer derartigen Anordnung ist davon auszugehen, daß ein Grundmetallsystem (z. B. Lötzinn) für die Kontaktabschnitte 321a und die Ränder der Löcher 951a für eine ordnungsgemäße Verbindung ausreichend ist. Es ist sogar davon auszugehen, daß selbst für die nicht permanenten, oben unter Bezugnahme auf Fig. 1-11 offenbarten Verbinder ein Grundmetallsystem geeignet sein kann, da davon auszugehen ist, daß bei der erfindungsgemäß vorgesehenen konischer Kontaktzu-Lochrand-Verbindung Abnutzungs-Korrosion erheblich vermindert und möglicherweise sogar beseitigt ist.
[0047] Ein rechtwinkliger, permanenter steckerartiger Verbinder ist in Fig. 12b gezeigt, welcher auf mehrere Weise dem Verbinder nach Fig. 12a ähnlich ist. Anstatt jedoch die Kontaktelemente nach Fig. 6a zu verwenden, werden bei dem Verbinder nach Fig. 12b die Kontaktelemente 20 nach Fig. 1 verwendet. Auch ist anstelle der Stecker 323a ein weiblicher Kontaktabschnitt 901b vorgesehen. Die konischen Abschnitte 34 der Kontaktelemente 20 sind in permanentem Kontakt mit den Löchern 951b der PCB-Platte 950b. Wie in Fig. 12b gezeigt, weist der weibliche Kontaktab schnitt 901b im wesentlichen das Format des weiblichen Verbinders 800a der Fig. 11a auf. Natürlich kann bei den Verbindern von Fig. 12a und 12b jede Endgeometrie oder Federgeometrie, wie in Fig. 5a-5f und 6a-6d gezeigt, verwendet werden. Auch könnten die Federspitzen nach Fig. 7a und 7b zum Einsatz kommen.
[0048] Mit Blick auf Fig. 13 erkennt man einen flexible Schaltung-zu-Platte-Verbinder 1000 entsprechend den erfindungsgemäßen Konzepten. Die flexible Schaltung 1050a ist durch Einprägung versehen mit leitenden, konischen Kontaktabschnitten 1038, welche so konstruiert sind, daß sie mit den leitenden Rändern der Löcher 1051 in Platte 1050b zusammengefügt werden können. Eine einstückige, vorgeformte, gebogene Kunststoff-Zungenfeder 1005 ist dazu vorgesehen, die flexible Schaltung 1050a auf der Platte 1050b niederzuhalten und damit die Kontaktabschnitte 1038 im Eingriff mit den Rändern der Löcher 1051 zu halten. Die Platte 1050b ist weiterhin versehen mit Verbindungslöchern 1007, die erlauben, Beine 1009 an der gebogenen Zungenfeder 1005 hindurchragen und die Platte 1050b ergreifen.
[0049] Der Verbinder 1100 nach Fig. 14 ist nützlich für Anwendungen Platte-zu-Platte, wenn verschiedenen Abständen von Platte zu Platte Rechnung getragen werden muß. Der Verbinder 1100 ist gezeigt mit dem Gehäuse 1130, Kontaktelementen 1120a und 1120b mit Endabschnitten 1123a und 1123, die durch eine Zwischenplatte 1199 und eine Beilagplatte 1197 hindurchragen. Die Kontaktelemente 1120a und 1120b sind drahtgeformte konische Kontaktelemente, wie in Aktenzeichen (Docket GDC-030 CIP1) beschrieben, mit einem konischen Federkontaktende 1138, einem Anschlag 1141 und einem Ende 1123. Die Enden 1123 können in die Platte 1199 eingepreßt werden, um eine gewünschte effektive Länge der Kontaktele mente zu erreichen. So muß bei der Verbinder-Ausführungsform nach Fig. 14 nur eine Länge von Kontaktelementen hergestellt werden, da verschiedenen Abständen von Platte zu Platte Rechnung getragen werden kann. Wie in Fig. 14 gezeigt, sind die Beilagplatten 1197 vorgesehen, um das Gehäuse zu halten, und verschieden große Beilagplatten können verwendet werden, je nach dem, wie weit die Enden 1123 der Kontaktelemente 1120 in die Platte 1199 hineingedrückt werden würden. Auch werden, wenn gewünscht, leitende Pfade 1198 zwischen zwei Kontaktelementen 1120a und 1120b vorgesehen, wie in Fig. 11 gezeigt.
[0050] Es sei darauf hingewiesen, daß der variabler-Abstand- Verbinder 1100 nach Fig. 14 verwendet werden könnte, wenn die Zwischenplatte 1199 als die zweite Leiterplatte fungiert und auf einer Seite des Verbinders fixiert ist; d. h. die Druckverbindungsseite ist in der Leiterplatte 1199 fixiert. Bei einer derartigen Anwendung bietet das Kontaktelement 1120a den leitenden Pfad zwischen den Platten, und leitende Pfade zwischen Kontaktelementen, wie etwa als 1189 gezeigt, wären nicht erforderlich.
[0051] In dieser Schrift offenbart wurden Verbinder, welche konische Federkontaktelemente zum Zusammenfügen mit plattierten Rändern eines Objektes verwendet werden. Obgleich bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist nicht bezweckt, daß die Erfindung hierdurch eingegrenzt wird, da es bezweckt ist, daß die Erfindung vom Umfang her weit gefaßt ist und die Schrift entsprechend zu lesen ist. Obgleich also Ausführungsform und Anwendungen der Typen Platte zu Platte, Kabel zu Platte, Platte zu Kabel, Kabel zu Kabel und sonstige (z. B. Platte zu Draht, Auflöten etc.) beschrieben wurden, versteht sich, daß das Konzept der konischen Federkontaktelement-Verbinder in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung finden kann, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf: Klemmen, Verbindungsstellen, Stecker und Aufnahmen, Schnellkupplungen, Gestellkonstruktionen, Kartenränder, Stecker und Buchsen, Massenabschlüsse, Prüfkabel, ZIF-Verbinder, Stromklemmen, Verteilerköpfe, Fassungen, Zwitterstecker, Eingänge/Ausgänge, HF-abgeschirmte und Anschlußblöcke. Um verschiedenen Arten von Verbindern Rechnung zu tragen, können andere als die offenbarten für den Fachmann naheliegende Federelemente, Gehäuse und Befestigungsmittel Verwendung finden.

Claims

1. Elektrischer Verbinder zum Zusammenstecken mit leitenden Rändern (51) von Löchern einer Leiterplatte (50), wobei der elektrische Verbinder folgendes umfaßt: mehrere Kontaktelementmittel (20) und ein Gehäuse (30), das die mehreren Kontaktelementmittel beherbergt, wobei jedes Kontaktelementmittel einen konischen Kontaktabschnitt (38) zum Zusammenstekken mit einem der leitenden Ränder der Leiterplatte aufweist, wobei der konische Kontaktabschnitt sich entlang einer Achse seines Kontaktelementmittels verjüngt, und einen Federabschnitt (36), der an den konischen Kontaktabschnitt (38) angekoppelt ist, mit einem von der Leiterplatte, die der konische Kontaktabschnitt kontaktiert, verschiedenen Leitermittel einen elektrischen Kontakt herstellt und den konischen Kontaktabschnitt (38) entlang seiner Achse drängt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelementmittel (20) seitliche Toleranz aufweist, damit sich der konische Kontaktabschnitt (38) in dem Gehäuse (30) in einer Richtung bewegen kann, die bezüglich der Achse seines Kontaktelementmittels seitlich ist, um in dem leitenden Rand (51) des Lochs in der Leiterplatte (50) zu sitzen, mit dem er zusam mengesteckt ist, und wobei der elektrische Verbinder weiterhin ein Befestigungsmittel zum Befestigen des elektrischen Verbinders an der Leiterplatte (50) umfaßt, um die mehreren konischen Kontaktabschnitte (38) mit den leitenden Rändern (51) zusammengesteckt zu halten.

2. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federabschnitt jedes Kontaktelementmittels ein Federelement und ein Kontaktelement (223) enthält.

3. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federabschnitt ein Mittel (323b) zum Kontaktieren von leitenden Inseln auf einer Leiterplatte für Oberflächenmontage enthält.

4. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 2 zum Verbinden der Leiterplatte mit einer zweiten Leiterplatte mit zweiten leitenden Rändern, wobei der Verbinder durch mehrere zweite Kontaktelementmittel (1120), wobei jedes zweite Kontaktelementmittel einen Federabschnitt (1138) aufweist, der mit dem Leitermittel einen elektrischen Kontakt herstellt, wobei jedes zweite Kontaktelementmittel einen an den Federabschnitt des zweiten Kontaktelementmittels angekoppelten konischen Kontaktabschnitt zum Zusammenstecken mit einem der leitenden Ränder der zweiten Leiterplatte aufweist, gekennzeichnet ist und wobei das Gehäuse ein das Leitermittel enthaltendes Abstandshaltermittel (1199) umfaßt.

5. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshaltemittel (1199) ein dielektrisches Stück mit mehreren ersten, an der Oberfläche leitenden Mit teln (1189) an einer Oberfläche des dielektrischen Stücks, mehreren zweiten, an der Oberfläche leitenden Mitteln (1189) an einer entgegengesetzten Oberfläche des dielektrischen Stücks und mehrere leitende Verbindungsmittel (1189) zum Verbinden mehrerer erster und zweiter, an der Oberfläche leitender Mittel umfaßt.

6. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermittel ein Flachkabel (350) mit mehreren Leitern umfaßt und daß jeder Federabschnitt in einem abisolierenden Hinterende (323) zum Kontaktieren eines Leiters des Flachkabels endet.

7. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Klemmittel (314i) zum Zusammenwirken mit dem abisolierenden Hinterende zum Kontaktieren eines Leiters des Flachkabels.

8. Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der mehreren Kontaktelementmittel ein aus Draht gebildeter konischer Kontaktabschnitt (421) zum Zusammenstecken mit einem der leitenden Ränder der Leiterplatte ist, wobei der aus Draht gebildete konische Kontaktabschnitt axial und/oder radial nachgiebig ist.

9. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktelementmittel einen Pfosten (409) aufweist, wobei der aus Draht gebildete konische Kontaktabschnitt an den Pfosten angekoppelt ist, und jeder Pfosten an ein leitendes Mittel angekoppelt ist, aber nicht an die leitenden Ränder der Löcher der Leiterplatte.

10. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Draht gebildete konische Kontaktabschnitt einen einzelnen Draht umfaßt, der sich von dem Pfosten aus vertikal erstreckt und fünf Biegungen aufweist, mit einer ersten Biegung von etwa einhundertzwanzig Grad, einer zweiten Biegung von etwa neunzig Grad, einer dritten Biegung von etwa sechzig Grad, einer vierten Biegung von etwa neunzig Grad und einer fünften Biegung von etwa einhundertzwanzig Grad.

11. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 10, zum Verbinden der Leiterplatte mit einer zweiten Leiterplatte mit zweiten leitenden Rändern, wobei der Verbinder durch mehrere zweite Kontaktelementmittel, wobei jedes zweite Kontaktelementmittel einen aus Draht gebildeten konischen Kontaktabschnitt zum Zusammenstecken mit einem der zweiten leitenden Ränder der zweiten Leiterplatte aufweist, wobei der aus Draht gebildete konische Kontaktabschnitt sowohl axial als auch radial nachgiebig ist, gekennzeichnet ist.

12. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 2 zum Bereitstellen einer halbpermanenten elektrischen Verbindung zwischen den leitenden Rändern von Löchern der ersten Leiterplatte und den leitenden Rändern von Löchern eines zweiten Gegenstands, wobei die erste Leiterplatte und der zweite Gegenstand im wesentlichen parallel zueinander sind, wobei der Verbinder dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Federabschnitt jedes Kontaktelements einen zweiten konischen Kontaktabschnitt (223) zum Zusammenstecken mit einem leitenden Rand eines Lochs des zweiten Gegenstands aufweist und das Gehäuse eine Vorderwand umfaßt, die im wesentlichen parallel zu der ersten Leiterplatte verläuft, wenn der elektrische Verbinder mit der ersten Leiterplatte zusammengesteckt wird, wobei die Vorderwand mehrere erste Aperturen aufweist, damit wenigstens ein Teil der ersten konischen Kontaktabschnitte sich dort hindurch erstrecken kann.

13. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Rückwand umfaßt, die im wesentlichen parallel zu dem zweiten Gegenstand verläuft, wenn der elektrische Verbinder mit dem zweiten Gegenstand zusammengesteckt wird, wobei die Rückwand mehrere zweite Aperturen aufweist, damit wenigstens ein Teil der zweiten konischen Kontaktabschnitte sich dort hindurch erstrecken kann.

14. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Aperturen in der Vorder- und Rückwand geformt sind (66), um zu bewirken, daß der erste und der zweite konische Kontaktabschnitt die Aperturen kontaktieren, um die Kontaktelementmittel an gewünschten Stellen anzuhalten, so daß die Kontaktelementmittel vorbelastet sind.

15. Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federabschnitt (236) einer U-förmigen (236a, 236d, 236e), einer Z-förmigen (236b) oder einer S-förmigen (236C, 236F) Feder ist.

16. Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktabschnitte gegabelte Kegel (321) sind.

17. Elektrischer Verbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein voreilendes/nacheilendes Mittel, um zu bewirken, daß ein bestimmtes der mehreren Kontaktelementmittel einen bestimmten leitenden Rand kontaktiert, ehe andere der mehreren Kontaktelementmittel andere der leitenden Ränder kontaktieren.

18. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Verbinder ein dielektrisches Gehäuse (630) mit mehreren Aperturen (669) enthält und das voreilende/nacheilende Mittel eine bestimmte Apertur (669b) der mehreren Aperturen umfaßt, die von anderen der mehreren Aperturen (669a) unterschiedlich konfiguriert ist, so daß ein bestimmtes Kontaktelementmittel (620h), dessen konischer Kontaktabschnitt (621b) sich durch die bestimmte Apertur erstreckt, sich mit seinem konischen Kontaktabschnitt weiter aus dem dielektrischen Gehäuse (630) erstreckt als die anderen der mehreren Kontaktelementmittel (620a), deren konische Kontaktabschnitte (621a) sich durch die anderen der mehreren Aperturen erstrecken.

19. Elektrischer Verbinder nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das voreilende/nacheilende Mittel ein Gelenk (711) umfaßt, das zwischen dem elektrischen Verbinder (710) und der Leiterplatte (75%) eine relative Drehbewegung gestattet.