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Diese Erfindung betrifft eine Filterbaugruppe entsprechend dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1. Es handelt sich um ein Bauelement für
das Ausfiltern unerwünschter Frequenzkomponenten von Signalen, wobei ein
Einsatz verwendet wird, der Kontakte und Filterelemente aufweist, die an
den Signal- und Erdungsleitern der Verbinder oder des Kabels befestigt
sind.
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Die schnelle Verbreitung von elektronischen Bauelementen, die genutzt
werden, um Daten zu übertragen, zu empfangen und zu handhaben, führte zu
Problemen, die durch die elektromagnetische Interferenz hervorgerufen
werden, wobei die Strahlung von durch die Nähe der Signale hervorgerufenen
Spannungen die Übertragung und den Empfang von Datensignalen stört, im
typischen Fall in der Form von Digitalimpulsen. Zusätzlich entwickelte sich
eine Notwendigkeit, die Festkörperbauelemente und andere
Schaltkreisbauelemente vor elektrostatischer Entladung zu schützen, die die
empfindlichen und zerbrechlichen Elemente der Festkörperbauelemente
beschädigen oder zerstören kann.
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Eine Filterbaugruppe wird im US-A-4804332 offenbart, die das Filtern
von unerwünschten Signalen oder Stromstößen bewirkt. Das bekannte
Bauelement stellt ein externes Filterbauelement zur Verfügung, das auf
Kontaktstifte eines elektrischen Verbinders vor dem Anordnen des
elektrischen Verbinders auf einer Leiterplatte oder Schalttafelbaugruppe
gelötet werden kann.
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Das Filterbauelement der vorangehend angeführten Konstruktion zeigt
die folgenden Vorteile. Das Bauelement wird unerwünschte Signale und
Stromstöße filtern und beispielsweise integrierte Schaltungen schützen.
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Das Filterbauelement der vorangehend angeführten Konstruktion zeigt
die folgenden Nachteile. Das Filterbauelement kann nicht ohne weiteres für
die vorhandenen Schaltkreisanordnungen nachträglich umgebaut werden, und
es erfordert ein Löten. Außerdem kann das bekannte Filterbauelement nicht
ein insgesamt kompaktes Bauelement sein, da es sich längs des oberen (oder
unteren) Randes seines entsprechenden Verbinders erstreckt.
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Eine Filterbaugruppe mit den charakteristischen Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruches 1 ist aus dem US-A-3447104 bekannt. Die
federvorgespannten Kontakte sind Federn in Ösenausführung, die mit einer
Vielzahl von sich bogenförmig erstreckenden Fingern für einen Eingriff mit
den Stiften ausgebildet sind.
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Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Filtereinsatzes,
der angebaut oder nachträglich umgebaut werden kann, und der bei
vorhandenen Verbinder- und Kabelkonstruktionen genutzt oder während der
Montage eines elektrischen Verbinders installiert werden kann, der aber die
Verwendung von Lot reduziert oder eliminiert.
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Die Erfindung stellt eine Filterbaugruppe nach Patentanspruch 1
bereit. Bevorzugte Ausführungen werden in den abhängigen Patentansprüchen
definiert.
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Die vorliegende Erfindung erreicht das vorangegangene Ziel durch
Bereitstellen eines Filtereinsatzes, der an Signal- oder Erdungsleitern der
Verbinder oder des Kabels befestigt wird, um Filter dazwischen elektrisch
einzusetzen, wodurch unerwünschte Signalkomponenten zur Erde
kurzgeschlossen werden können. Die Erfindung liefert eine Filterbaugruppe für
eine Verwendung bei Erdungs- und Signalkontaktstiften eines elektrischen
Verbinders, wobei die Stifte durch Öffnungen in Elektroden hindurchgehen,
und wobei die Filterbaugruppe dadurch gekennzeichnet wird, daß die
Öffnungen federvorgespannte Kontakte sind, die elastisch mit den Signal-
oder Erdungsstiften beim Einsetzen der Stifte durch die Öffnungen in
Eingriff kommen; und wobei die Elektroden durch ein dielektrisches Material
getrennt werden, wodurch ein kapazitives elektrisches Filterelement
gebildet wird. Die Erfindung stellt ebenfalls eine einsetzbare
Filterbaugruppe für eine Verwendung bei elektrischen Stiften oder einem Kabel für
das Filtern unerwünschter Signale oder Spannungsstöße bereit, dadurch
gekennzeichnet, daß die Baugruppe geschlitzte Brückenelemente aufweist, die
um Signal- oder Erdungsdrähte oder Stifte herum passen, wobei ein
dielektrisches Material zwischen den Elektroden und einem
Erdungssammelschienenelement für die elektrische Kontinuität zwischen den Elektroden
eingeschlossen ist. Die Elektroden des Filterelementes, im typischen Fall
die Elektroden eines Kondensators oder einer Konstruktion, die einen
Induktor oder Kondensator umfaßt, werden so angeordnet, daß die Montage des
Einsatzes auf einem Verbinder das Filterelement zwischen den Signal- und
Erdungsleitern des Verbinders wirksam einsetzt. Sowohl kapazitive als auch
induktive Filterelemente werden in Erwägung gezogen.
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Genauer gesagt, bei der Ausführung der Erfindung für einen Einsatz
bei Kabeln werden die Kontakte als eine geschlitzte Brückenkonstruktion
gebildet, die Flächen umfaßt, die so ausgeführt sind, daß sie die
Isolierung des Kabels abstreifen, und der Filtereinsatz kann bei Kabeln
verwendet werden, bei denen die Signalleiter und die Erdungsleiter durch
die Kontakte des Einsatzes miteinander verbunden sind, um ein wirksames
Filtern bei den Signalen zu bewirken, die durch das Kabel geleitet werden.
Bei dieser Ausführung ist das Gehäuse so ausgeführt, daß es Öffnungen
umfaßt, die das Vorsehen von Erdungs- und Signalkontakten gestatten, wobei
ein Nebenschlußelement auf einem derartigen Gehäuse angeordnet wird, um
eine derartige Auswahl zu bewirken.
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Auf diese Weise kann ein Filtereinsatz in einen Verbinder oder ein
Kabel ohne die Verwendung von Lot eingebaut werden, und er kann an vielen
Konstruktionen von vorhandenen Verbindern und Kabeln angebracht werden, die
Signal- und Erdungsleiter mit kleinen Achsabständen aufweisen. Die
Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Verbinders einer
Ausführung, die die vorliegende Erfindung nutzt, wobei eine Verbinderhälfte
auf einer Leiterplatte befestigt gezeigt wird und die andere Hälfte
eingriffsbereit davon verschoben;
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Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Verbinders, der dem in
Fig. 1 gezeigten gleicht, wobei dessen linke Hälfte einen Filtereinsatz
zeigt, der darin installiert wurde, und wobei die Stifte der Deutlichkeit
halber relativ zu einem derartigen Einsatz weggelassen wurden;
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Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung, die in der Perspektive
die Elemente zeigt, die den in Fig. 2 gezeigten Einsatz bilden;
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Fig. 4 eine Seitenschnittdarstellung längs der Linien 4-4 durch den
in Fig. 2 gezeigten Einsatz;
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Fig. 5 eine Seitenschnittdarstellung einer alternativen Ausführung
eines Abschnittes des Einsatzes der Erfindung;
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Fig. 6 eine äquivalente Schaltung der Filterkonstruktion, die in Fig.
5 dargestellt wird;
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Fig. 7 eine Seitenschnittdarstellung eines Abschnittes eines
Einsatzes einer noch weiteren Ausführung;
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Fig. 8 eine äquivalente Schaltung der Konstruktion des Filters, der
in Fig. 7 gezeigt wird;
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Fig. 9 eine Seitenschnittdarstellung einer noch weiteren alternativen
Ausführung des Einsatzes und Filters der Erfindung; und
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Fig. 10 eine äquivalente Schaltung des Filters, der in Fig. 9 gezeigt
wird.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt eine Verbinderanordnung 10 eine
Verbinderhälfte 12, die ein Gehäuse 14 mit einem Kabel 16 aufweist, das
Drähte aufweist, die mit einer Anordnung von Kontakten 18 verbunden sind.
Ein Befestigungselement 19 hält die Verbinderhälfte 14 mechanisch an der
passenden Hälfte 20, die eine Anordnung von Stiftkontakten umfaßt, die mit
den Kontakten 18 der Hälfte 14 in Eingriff kommen, wobei die Kontakte der
Hälfte 20, die nicht gezeigt werden, innerhalb einer Verkleidung 24
eingelassen sind. Die Hälfte 20 umfaßt einen hinteren Abschnitt 26 mit
einer Anordnung von Kontakten, die die Stiftelemente 28 umfassen, die sich
von der Vorderfläche der Verbinderhälfte 20 unter rechtwinkeligen Biegungen
nach unten durch einen Boden 34 des hinteren Abschnittes 26 erstrecken, der
mit Öffnungen wie bei 35 versehen ist. Der vordere Abschnitt der Hälfte 14
wird in die Verkleidung 24 der Hälfte 20 mittels des Befestigungselementes
gezogen, um die Kontakte der zwei Hälften miteinander zu verbinden. Wie in
Fig. 1 zu sehen ist, erstreckt sich eine Halterung 32 außen über eine
Leiterplatte 36, um die Verbinderhälfte auf einer derartigen Leiterplatte
zu halten, mindestens während der Montage und der Lötvorgänge. Es ist so
zu verstehen, daß die Leiterplatte 36 Leiterbahnen auf der oberen und
unteren Fläche umfaßt, und daß dort derartige Bahnen in der Form einer
Beschichtung zu und von den Baugruppen führen, die von einer derartigen
Leiterplatte getragen werden. Es ist so zu verstehen, daß sich die Enden
der Kontaktstiftelemente 28 nach unten durch die Löcher in der Leiterplatte
36 hindurch erstrecken, damit sie mit den Bahnen verbunden werden können,
um selektiv die Eingabe/Ausgabefunktionen zu definieren, wobei es so zu
verstehen ist, daß der Verbinder 10 ein Eingabe/Ausgabeverbinder ist. In
Übereinstimmung mit der Praxis und entsprechend den Spezifikationen und
Vorschriften, die den elektronischen Schaltkreisen betreffs
elektromagnetischer Interferenz und elektrostatischer Entladung auferlegt werden,
ist es häufig erforderlich, daß unerwünschte Signalkomponenten ausgefiltert
werden, die von den Drähten der Kabel 16 durch die Kontakte 18 und die
Stifte 28 zu den Bahnen auf der Leiterplatte 36 geführt werden, oder
umgekehrt in Form der Signalausbreitung von der Leiterplatte durch den
Eingabe/Ausgabeverbinder.
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In Fig. 1 sind die meisten der Stifte, die die Stiftelemente 28
umfassen, entfernt worden, um das Innere der Verbinderhälfte 20 zu
offenbaren.
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Die Darstellung in Fig. 1 ist für Anwendungen typisch, bei denen das
Filtern von unerwünschten Signalen in einem oder in der Nähe eines
Eingabe/Ausgabeverbinders erforderlich ist. Mit Bezugnahme auf die
erwähnten Patente nach dem bisherigen Stand der Technik würden die
Filterkonstruktionen innerhalb der Verbinderhälfte 20 eingepaßt. Diese
würden im typischen Fall umfassen: Filter mit einer Kapazität C; Filter,
die eine Induktivität L aufweisen, und einen Kondensator C, um ein LC- oder
ein Pi-LC-Netz festzulegen. In derartigen Fällen würden die Kondensatoren
C zwischen bestimmten Stiften 28 eingesetzt, die mit Signalkontakten
verbunden sind, Kontakte, die die Signale vom Kabel 16 führen, und andere
Stiftelemente 28 würden mit Erdungskontakten verbunden, die wiederum mit
Erdungsschaltungen, die von der Leiterplatte 36 getragen werden, oder
Erdungsdrähten des Kabels 16 durch die Kontakte der Eingriffshälfte 14
verbunden sind. Alternativ können Erdungsschaltungen durch das Gehäuse der
Verbinder getragen werden, wenn derartige aus Metall bestehen, das wiederum
an Erdungsschaltungen geerdet ist, die durch die Eingriffshälfte oder durch
die Leiterplatte 36 getragen werden. Im typischen Fall sind es diese
Filterelemente, die die unerwünschten Signalkomponenten zur Erde führen und
daher ihre Übertragung zu den Signalkontakten ausschließen. Mit Bezugnahme
auf die hierin nachfolgende Beschreibung ist es so zu verstehen; daß die
leitenden Wege, Signal und Erde, die Drähte des Kabels 16 umfassen,
selektiv den einen oder den anderen, ebenso wie die verschiedenen Kontakte
und Stiftelemente und Bahnen innerhalb der Leiterplatte 36. Die Erfindung
zieht ebenfalls eine Anwendung mit Filtern der Ausführung in Erwägung, die
als Absorptionsfilter bezeichnet werden, und die so funktionieren, daß
unerwünschte Frequenzen eher in Wärme umgewandelt werden, als daß derartige
Frequenzen oder deren Baugruppen zur Erde nebengeschlossen werden. Die
Erfindung zieht ebenfalls die Anwendung eines breiten Sortimentes von
anderen Filtern und/oder Überspannungsschutzvorrichtungen in Erwägung, die
in Einsätze eingebaut werden, die in Verbinder oder Kabel eingebaut werden.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 2 kann ein Abschnitt der Verbinderhälfte 20,
die die Stiftelemente 28 umfaßt, in zwei Reihen gesehen werden, die sich
nach unten durch den Boden 34 durch Öffnungen 35 in einem derartigen
Verbinder erstrecken. Genau angrenzend an die Anordnung der Stiftelemente
befindet sich der Filtereinsatz 40, der auf dem Boden 34 aufliegend
gezeigt wird, ohne daß sich Stiftelemente dort hindurch erstrecken, wobei
es so zu verstehen ist, daß der Einsatz 40 auf Stifte aufgebracht wird, die
hier nicht gezeigt werden. In der Praxis würde der Einsatz 40 über den
Stiftelementen 28 vor der Aufbringung des Bodenelementes 34 angebracht,
wobei die Stiftelemente durch die Öffnungen 41 im Gehäuse 42 des Einsatzes
40 eingesetzt werden. Innerhalb der ausgewählten Öffnungen 41 sind
Filterelemente 43 enthalten, die mit den Kontakten durch die Stiftelemente 28
verbunden sind, um eine Filterwirkung für Signale zu bewirken, die durch
derartige Stiftelemente übertragen werden. Die linken Öffnungen 42 des
Einsatzes 40 sind bei dieser Ausführung so ausgeführt, daß sie die
Stiftelemente 28 aufnehmen, die dort hindurch eingesetzt werden, als
Erdungsschaltungen vorgesehen, wobei die linken Öffnungen Verbindungen mit
derartigen Stiften umfassen, um eine Erdung für den Einsatz und die darin
enthaltenen Filterelemente 43 zu bewirken.
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Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird der Einsatz 40 gezeigt, wobei das
Kunststoffgehäusematerial entfernt wurde, und wobei die darin vorhandenen
Elemente auseinandergezogen wurden, um Details zu zeigen. Auf dem Boden ist
eine Platte 44 eingeschlossen, vorzugsweise aus einem Ferritmaterial mit
einer Induktivität L, das Öffnungen 46 umfaßt, durch die sich die
Stiftelemente 28 hindurch erstrecken, um in die Induktivität der Platte 44
eingeschlossen zu werden. Über der Platte 44 befindet sich eine Elektrode,
die aus einer dünnen leitenden Schicht gebildet wird, die bei der
dargestellten Ausführung so ausgeführt ist, daß sie Federeigenschaften
umfaßt. Öffnungen 50 sind vorhanden, durch die die Stiftelemente 28
hindurchgehen, und links sind Öffnungen 52 mit Kontakten 54 eingeschlossen,
die sich innerhalb der Öffnungen erstrecken. Über der Elektrode 48 befindet
sich ein dielektrisches Element 56 mit kapazitiven Eigenschaften, das eine
Reihe von Öffnungen 58 umfaßt, die in dessen Fläche angeordnet sind.
Angrenzend an das Element 56 sind weitere Elektroden 60 vorhanden, die
jeweils eine Öffnung 62 mit Kontakten 54 umfassen, die in eine derartige
Öffnung hinein vorstehen. Es muß bemerkt werden; daß keine Elektroden 60
für die linken Öffnungen vorhanden sind, die dazu dienen, einen Zugang zu
einer Erdungsfunktion zu bewirken. Mit Bezugnahme auf Fig. 4 werden die in
Fig. 3 gezeigten Elemente montiert im Gehäuse 42 mittels eines Schnittes,
der längs der Linien 4-4 in Fig. 2 vorgenommen wird, dargestellt, wobei die
Stiftelemente 28 hinzugefügt wurden, die sich durch die in Fig. 4 gezeigten
Öffnungen 41 hindurch erstrecken. Wie erkannt werden kann, erstreckt sich
das Kunststoffgehäusematerial 42 über die obere und untere Fläche des
Einsatzes, und sie erstreckt sich ebenfalls über die Seiten und Stirnseiten
eines derartigen Einsatzes, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Das Gehäuse 42 kann
durch Zweistufenspritzgießen um die dort enthaltene Konstruktion herum in
gut bekannter Weise gebildet werden.
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Die verschiedenen Elemente, die in Fig. 3 gezeigt werden, können in
Fig. 4 gesehen werden, wobei die Kontakte 64 der oberen Elektrode in
Eingriff mit den Seiten des Signalstiftelementes 28 auf der linken Seite
der Fig. 4 gezeigt werden, um die Elektrode 48 mit einer Erdungsschaltung
zu verbinden, nämlich dem Erdungsstiftelement 28, das eingesetzt wird, um
mit derartigen Kontakten in Eingriff zu kommen. Die Kontakte werden
vorzugsweise so hergestellt, daß sie ausreichende Federeigenschaften
aufweisen, damit sie durchgebogen werden können, um die Endrandflächen 55
und 65 in die Flächen der Stiftelemente 28 zu treiben. Wie eingeschätzt
werden kann, werden die Kontakte, denen Signalübertragungsfunktionen
zugewiesen wurden, einschließlich deren Stiftelemente 28, mit dem
Erdungsweg der Kontakte verbunden, die die Stiftelemente 28 umfassen; dazu ist ein
kapazitiver Widerstand in jeden Signalkontakt und Signalweg einzusetzen.
Das Vorhandensein der Platte 44 dient dazu, eine Induktivität L für jeden
Signalweg bereitzustellen. Jeder Signalweg des Einsatzes 40 wird daher so
ausgeführt, daß er ein LC-Netz umfaßt, das betriebsfähig ist, um
unerwünschte Komponenten der Signalfrequenzen auszufiltern, die durch die
signalführenden Kontakte des Verbinders übertragen werden. Eine äquivalente
Schaltung eines derartigen Filters wird in Fig. 10 gezeigt, wo die
Induktivität L und der kapazitive Widerstand C in Beziehung zum
Kontaktelement 28 und einer Erdungsschaltung sichtbar gemacht werden können.
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Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführung eines Einsatzes, wobei man
sich auf die Verhältnisse der Stiftelemente 28, des Gehäusematerials 42,
des dielektrischen Materials 56 und der verschiedenen Elektroden und
Kontakte in Verbindung mit den Elektroden 48 und 60 bezieht. Diese
alternative Ausführung des Einsatzes 40 umfaßt keine Induktivität 44, wobei
das Gehäusematerial 42 ein derartiges Volumen einnimmt. Fig. 6 zeigt eine
äquivalente Schaltung für die in Fig. 5 gezeigte Filteranordnung mit einem
kapazitiven Widerstand C, der in Beziehung zu einem Kontaktelement 28 eines
Signalweges und der Erde gezeigt wird.
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Fig. 7 zeigt eine weitere alternative Ausführung, die zwei kapazitive
Elemente 56 und 56' umfaßt, wobei jedes geeignete Elektroden aufweist, die
die Kontakte 54 und 64 und die Kontakte 54' und 64' umfassen, wie gezeigt
wird. Eine einzelne gemeinsame induktive Platte 44' zwischen den
Kondensatoren und dem Filterelement liefert ein Pi-Netz einer in Fig. 8
gezeigten Anordnung.
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Fig. 9 zeigt eine Ausführung der Erfindung mit einer gemeinsamen
Numerierung der Elemente, um das Gehäuse 42 und ein viel dickeres
dielektrisches Element 56' zu umfassen, wobei dort eine Ferritbuchse
vorhanden ist, die das Stiftelement 28 umschließt, und wobei die Buchse die
ist, wie sie bei 44" gezeigt wird. Mit Bezugnahme auf das Filterelement in
Fig. 9 wird die Erdungsschaltung nicht gezeigt, wäre aber im wesentlichen
die gleiche, die vorangehend mit Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird.
Die äquivalente Schaltung des Filterelementes, die in Fig. 9 gezeigt wird,
wird in Fig. 10 gezeigt, wobei sie eine Induktivität L und den kapazitiven
Widerstand C relativ zum Stiftelement 28 und der Erde umfaßt.
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Mit Bezugnahme auf das Vorangegangene zieht die Erfindung in
Erwägung, daß durch Bereitstellung geeigneter dielektrischer Materialien
mit geeigneten Dicken und induktiver Materialien mit geeigneten
Eigenschaften und Dicken die Erfindung genutzt werden kann, um Filter mit
Eigenschaften festzulegen, die für eine besondere Verwendung geeignet sind,
und die mit verschiedenen Kosteneinschränkungen vereinbar sind, beide für
Einsätze, die so ausgelegt sind, daß sie zu vorhandenen Verbindern passen,
daß sie darin nachträglich umgebaut werden können, oder mit Bezugnahme auf
neu konstruktierte Verbinder. Wenn die Erfindung auch so gezeigt wird, daß
die Kontakte bei der Ausführung der Fig. 2-10 in einem Stück mit den
Elektroden ausgebildet sind, wie beispielsweise die Kontakte 54, die aus
den Elektroden 48 für die Kontakte 64 gebildet werden, die aus der
Elektrode 60 gebildet werden, zieht die Erfindung ebenfalls in Erwägung,
daß derartige Elektroden aus dünner Folie oder dickem
Siebdruckfilmmaterial, in geeigneter Weise gebrannt, auf induktiven oder kapazitiven
Materialien mit den Kontakten, wie beispielsweise 54 und 60, gebildet
werden können, die separat aus Federmaterial gebildet werden, und Nasen
aufweisen, die elektrisch und mechanisch mit den Elektroden verbunden
werden und darin durch das Material des Gehäuses, wie beispielsweise 42,
gehalten werden. In allen Fällen müssen die Kontakte so ausgeführt sein,
daß sie ausreichende Normalkräfte bereitstellen, um mit den Stiftelementen
28 in Eingriff zu kommen, um stabile elektrische Grenzflächen mit niedrigem
Widerstand zu liefern, und sie sollten mechanische Eigenschaften aufweisen,
um dieses Ziel zu erreichen, ohne daß entweder die Elektroden, an denen sie
befestigt sind, oder die Baugruppen, kapazitive oder induktive, denen sie
dienen, übermäßig beansprucht werden.
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Obgleich die beschriebene Verbinderanordnung eine elektrische
Verbindung zwischen zwei Leiterplatten bewirkt, kann das Hauptsächliche der
Erfindung bei anderen Ausführungen von Verbinderbaugruppen genutzt werden,
d. h., einer Kabel-Leiterplatten-Verbinderanordnung.