DE1238515B - Anordnung zum Aufbau von elektronischen Baugruppen mittels nur ein einzelnes Bauelement enthaltender Einheiten - Google Patents

Description

DEUTSCHES «TW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 75

Nummer: 1238515

Aktenzeichen: J 21712IX d/21 a4

1 238 515 Anmeldetag: 3. Mai 1962

Auslegetag: 13. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Aufbau von elektronischen Baugruppen, insbesondere solchen der Fernmeldetechnik, mittels nur ein einzelnes Bauelement enthaltender Einheiten.

Es ist bereits eine Anzahl von Anordnungen bekannt, die erlauben, vorgefertigte Schalteinheiten mittels einfacher Verbindungselemente zu ganzen Geräteschaltungen oder Baugruppeneinheiten zu verbinden.

So werden bei einer Ausführungsform polygonale Keramikplatten verwendet, auf denen nach Art einer gedruckten Schaltung die Verdrahtung aufgebracht ist, während die Bauelemente entweder ebenfalls in der gleichen Art, soweit möglich, aufgebracht oder in ihrer bisher üblichen Form aufgelötet sind. Diese polygonalen Platten enthalten Schalteinheiten, z. B. die Bauelemente eines Multivibrators usw., wobei als Anschlußpunkte auf dem Umfang dieses Polygons liegende, in Einschnitten angeordnete, lötbare Metallbelege dienen. Eine Verbindung mehrerer solcher ao Einheiten erfolgt durch Übereinanderschichten, wobei notwendige Verbindungen zwischen den einzelnen Platten durch Einlegen von Blankdraht in die Einschnitte und Verlöten erfolgt. Ein Beispiel dieser Technik liefern die Moduln des amerikanischen »Project Tinkertoy«, die z. B. in dem Buch von G. Seidel, »Gedruckte Schaltungen«, Berlin 1959, auf S. 42 bis 48, beschrieben sind.

Eine andere Aufbauart verwendet rechteckförmige Hartpapierplatten, auf denen Verdrahtung und Bauelemente in Art einer gedruckten Schaltung angeordnet sind. Solche Platten enthalten üblicherweise ganze Baugruppen, wie Verstärker, Modulatoren usw. Die Zuführungen befinden sich an den beiden schmalen Seiten der Platten. Mehrere parallel angeordnete Platten werden durch an den Kanten der schmalen Seiten der Platten anliegende Verdrahtungsplatten gehalten. Die Verdrahtungsplatten weisen eine meistens auch in Art einer gedruckten Schaltung ausgeführte Verdrahtung auf. Die elektrische Verbindung mit den die Bauelemente tragenden Hartpapierplatten wird entweder durch Löten oder als Steckverbindung hergestellt. Für eine zweckmäßige Durchführung einer solchen Verbindung sind eine Reihe Ausführungen bekannt. Die Anordnungen nach den deutschen Patenten 1 060 940 und 1054130 sind hierbei nur zwei Beispiele von vielen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 069 275 ist eine weitere Aufbauart bekannt, bei der kastenförmige Elemententräger, die an zwei ihrer Seitenkanten leitende Beläge aufweisen, in Nuten einer nach Art einer gedruckten Schaltung ausgeführten Verdrah-Anordnung zum Aufbau von elektronischen
Baugruppen mittels nur ein einzelnes Bauelement enthaltender Einheiten

Anmelder:

international Standard Electric Corporation,
New York. N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipi.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:
Hector Thomas Prior, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 8. Mai 1961 (16 638)

tungsgrundplatte gesteckt werden. Jeder dieser Elemententräger enthält hierbei ein Bauelement, dessen Anschlüsse mit den Metallbelägen des Elemententrägers verbunden sind. Weist ein Bauelement mehr als zwei Anschlüsse auf, so ist die Stärke des Bauelemententrägers ungeachtet der Dimensionen des aufzunehmenden Bauelementes zu verdoppeln bzw. zu verdreifachen, um weitere zwei bzw. vier Kontaktierungsmöglichkeiten zu erhalten. Auch ist die Fläche eines solchen Elemententrägers stets gleich. Wenn also in ihren Abmessungen stark unterschiedliche Bauelemente, z. B. Übertrager und Widerstände, zum Einsatz kommen, muß die Fläche entsprechend den Abmessungen des größten Teiles, also des Übertragers ausgelegt werden, wobei dann Elemententräger, die nur einen Widerstand enthalten, räumlich schlecht ausgenutzt sind.

Während bei aus Moduln gleich oder ähnlich denen des amerikanischen »Project Tinkertoy« bzw. aus herkömmlichen, mit Bauelementen bestückten Platten mit einer »gedruckten« Schaltung zusammengesetzten

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Baueinheiten bei Ausfall eines einzelnen Bauelementes stets ein ganzer Modul bzw. eine ganze Schaltungsplatte ausgewechselt werden muß, so erlaubt die Aufbauart nach der deutschen Auslegeschrift 1 069 235 zwar das Auswechseln des einzelnen schadhaften Bauelements, führt jedoch zu einer schlechten Raumausnutzung. Die Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, die Vorteile der leichten Austauschbarkeit einzelner Bauelemente bzw. die dadurch bedingte hohe Flexibilität im Zusammensetzen unterschiedlicher Baugruppen aus gleichen Grundeinheiten mit dem Vorteil einer guten Raumausnutzung zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zum Aufbau von elektronischen Baugruppen, insbesondere solchen der Fernmeldetechnik, mittels nur ein einzelnes Bauelement enthaltender Einheiten, die eine im wesentlichen quadratische Grundfläche aufweisen, wobei diese Einheiten mit ihrer Grundflächenseite nebeneinander- bzw. übereinandergeschichtet und durch seitliche Abschlußplatten miteinander verbunden werden, eingesetzt und die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die einzelnen in ihrer Grundform, wie an sich bekannt, quadratförmigen Einheiten auch in ihrer Grundfläche unterschiedliche Abmaße aufweisen, daß aus den Abmaßen des größten unterzubringenden Bauelementes eine Grundeinheit mit im wesentlichen quadratischer Grundfläche mit abgeschrägten Ecken gebildet wird, daß an den diesen Abschrägungen entsprechenden Seitenflächen die Anschlüsse angeordnet sind und daß aus dieser Grundeinheit in Abhängigkeit von der Größe der anderen Bauelemente Teileinheiten durch Teilung parallel zur Grundfläche- und/oder den Seitenflächen der Quader in der Weise erfolgt, daß die sich so ergebenden Teileinheiten mindestens eine den abgeschrägten Kanten der Grundfläche der Grundeinheit entsprechende Seitenfläche für die Anschlüsse aufweisen und der Teilungsfaktor so gewählt wird, daß sich die Teileinheiten bausteinartig zur Form der Grundeinheit zusammensetzen lassen, daß ferner die Verdrahtung der so durch bausteinartiges Schichten der Einheiten aufgebauten Baugruppe durch Verbinden der Anschlüsse an den Einheiten mit auf den Abschlußplatten in an sich bekannter Weise angeordneten Leitungszügen erfolgt.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden. Hierbei stellt dar

F i g. 1 ein einfaches Verstärkerschaltbild;

F i g. 2 zeigt, wie mit erfindungsgemäßen Moduln die Schaltung räumlich angeordnet werden kann;

F i g. 3 und 4 skizzieren den Aufbau eines Verstärkers nach F i g. 1 gemäß der Erfindung;

F i g. 5 zeigt eine Verdrahtungsplatte;

F i g. 6 und 7 zeigen geteilte Moduln und ihre Verschaltung;

F i g. 8 zeigt schematisch die Verdrahtung des Verstärkers.

Der in F i g. 1 gezeigte einfache zweistufige Verstärker ist ein Sprachverstärker mit Ein- und Ausgangsübertrager und .RC-Kopplung zwischen den beiden Stufen. Seine Funktion ist aus dem Stromlauf hinreichend ersichtlich. Er weist sechs Anschlußpunkte auf, wobei I und II der Eingang, III und IV der Ausgang sowie V und VI der Anschluß der Stromversorgung ist.

Der Verstärker weist drei Arten von Bauelementen auf. Die erste besteht aus den einfachen Kreisele-

menten, wie Kondensator 2 und Widerstand 3. Solche Elemente können in gewünschter Form hinreichend klein hergestellt werden. Die zweite Art besteht aus den Transistoren 5 und 11. Der Raumbedarf dieser aktiven Elemente kann hinreichend klein gehalten werden, wobei in kommerziellen Geräten der größte Platzbedarf durch Schutzgehäuse und Anschlußelemente entsteht. Die dritte Art besteht aus den Ein- und Ausgangsübertragern 1 und 10. Diese Elemente

ίο haben im Verhältnis zu den beiden anderen Bauelementenarten große Abmessungen. Es ist aber auch sehr schwierig, ihre Abmessungen wesentlich zu verkleinern.

Trotz der verschiedenen Abmessungen der einzelnen Bauelemente ist eine Modulanordnung möglich, die auf der kleinstmöglichen Grundfläche des räumlich größten Bauelementes basiert und so zu einem wirklich kompakten Aufbau mit einheitlichen Abmessungen führt.

F i g. 2 zeigt nun einen solchen Aufbau des in F i g. 1 als Stromlauf gezeigten Verstärkers. Die Anordnung hat einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt, der durch die Abmessungen der Übertrager 1 und 10 als größte Bauelemente der Anordnung bestimmt wird. Die Moduln für die übrigen Bauelemente haben mindestens eine Abmessung mit dieser größten Bauform gemeinsam, bilden sonst aber Teilgrößen dieser. Hierzu gibt es zusätzliche Verdrahtungsplatten in Modulform Wl, W2, W 3, deren Aufgabe es ist. Verbindungen zwischen einzelnen Moduln herzustellen, und die gleichzeitig auch noch nach außen führende Anschlüsse enthalten.

Eine in dieser Art aufgebaute Anordnung ergibt eine Quaderform, deren Länge sich aus der Anzahl der eingesetzten Module ergibt.

Solche Anordnungen lassen sich leicht mit anderen in gleicher Weise aufgebauten zusammenbauen.

Die Ausführung eines solchen erfindungsgemäßen Aufbaues ist in den F i g. 3 bis 7 dargestellt. Die die Verstärkerlemente 1 bis 14 enthaltenden Moduln sowie die drei Verdrahtungsplatten Wl, Wl und W 3 werden durch zwei Anschlußplatten 15, 16 gehalten, die in der Längsausdehnung der Anordnung verlaufen und gleichzeitig zur Verschaltung der Moduln untereinander dienen. Hierzu befinden sich auf jeder Anschlußplatte vier parallellaufende Leitungszüge. Solche Anschlußplatten können aus Einheitslängen jeweils für den vorliegenden Fall zugeschnitten werden.

Wenn einer der vier auf jeder Anschlußplatte 15 bzw. 16 befindlichen Leitungszüge 17 a bis Yld bzw. Yle bis Ylh nicht auf der ganzen Länge benötigt wird, so können von ihm entsprechende Teile entfernt werden. Sind diese Leitungszüge nach Art der gedruckten Schaltungen hergestellt, so können nicht benötigte Teile durch Ätzen entfernt werden. Sind dagegen als Leitungszüge Drähte aufgebracht, so können einfach entsprechende Teile herausgeschnitten werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, vorgeschnittene Verdrahtungsstücke auf aus einfachem Isoliermaterial bestehende Anschlußplatten 15, 16 aufzubringen. In der Zeichnung sind die Leitungszüge auf der den Moduln zugewandten Seite der Anschlußplatten angebracht, während die Ausgänge der Moduln 18 auf der Außenseite dieser Platten angeschlossen werden. Es ist deshalb notwendig, Durch^j führungen 19 zu den Leitungszügen 17 a bis 17Ä

Claims (5)

vorzusehen. Wenn diese Durchführungen 19 mit den Leitungszügen mechanisch zusammenhängen, so können sie gleichzeitig zur mechanischen Befestigung der Leitungszüge dienen. Hierfür ist es zweckmäßig, für die Anschlußplatten 15,16 gelochtes Isoliermaterial zu verwenden, dessen Lochabstände so ausgebildet sind, daß sie zu den Anschlüssen der Moduln passen. Solche Lochplatten wurden bereits für Bauelementeplatten vorgeschlagen und können maschinell gefertigt werden. Die nach einem der beschriebenen Verfahren hergestellten Anschlußplatten werden auf zwei gegenüberliegenden Flächen der Moduln aufgelegt, wobei eine hinreichend feste mechanische Verbindung durch die Anschlußverbindungen zwischen den einzelnen Moduln und den Leitungszügen hergestellt wird. Für räumlich sehr schmale Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände oder kleine Kondensatoren, würde der Einsatz der bisher beschriebenen Moduln auch zu sehr schmalen Moduln führen. Hierbei wäre die Unterbringung der notwendigen Anschlußpunkte auch schwierig. Um dieses zu vermeiden, kann man für solche schmale Bauelemente Moduln einsetzen, wie sie in F i g. 6 und 7 dargestellt sind. Hier liegen also zwei geteilte Moduln mit verschiedenen Bauelementen — beispielsweise Kondensator 2 bzw. 14 und Widerstand 6 bzw. 8 in F i g. 6 bzw. 7 — in einer Querschnittsebene. Nicht besonders muß wohl darauf hingewiesen werden, daß die Anschlußpunkte der Moduln je nach Bedarf so gelegt werden können, daß sie entweder mit den zugeordneten Leitungszügen beider Anschlußplatten 15 und 16 oder nur einer bestimmten 15 oder 16 verbunden werden können. Hierzu sind die Moduln an den Quadratkanten abgeschrägt und die Anschlußpunkte in diese Abschrägungen verlegt, wie in F i g. 5 bis 7 dargestellt ist. Hierdurch ergeben sich für die Anschlußdrähte auch größere Biegeradien. In F i g. 8 ist nun dargestellt, wie die Verdrahtung eines aus solchen Moduln aufgebauten Verstärkers entsprechend dem Stromlauf der F i g. 1 auf die einzelnen Leitungszüge 17« bis 17 d auf Anschlußplatte 15 und 17 b bis 17 h auf Anschlußplatte 16 aufgeteilt werden kann. Eine ausführlichere Darstellung ist wohl in Anbetracht der F i g. 3 bis 7 nicht mehr notwendig. Die Ein- bzw. Ausgänge der Verstärkeranordnung liegen an den beiden Verdrahtungsplatten Wl bzw. W3. Diese Platten haben die Form eines Moduls, enthalten jedoch keine Bauelemente, sondern dienen allein zur Zuführung der Anschlußpunkte an die Verdrahtung. Dieses ist für Wl in Fig. 5 dargestellt. Die Anschlüsse für die Ein- und Ausgänge liegen auf den Seiten der Verdrahtungsplatten, die nicht an den Anschlußplatten anliegen. Auf den gleichen Seiten der Moduln können auch weitere Anschlüsse vorgesehen werden, mit denen Regelglieder wie Dämpfungsregler verdrahtet werden können. Auch können an diesen Flächen Kühlmittel, wie Kühlbleche usw., vorgesehen werden. Die Verdrahtungsplatte W 2 dient alleinig dazu, um Verbindungen zwischen einzelnen Leitungszügen gegenüberliegender Anschlußplatten herstellen zu können. Dieses erlaubt besonders bei umfangreicheren Einheiten eine größere Flexibilität, so daß auch der hierdurch hervorgerufene Platzaufwand in Kauf genommen werden kann. Patentansprüche:

1. Anordnung zum Aufbau von elektronischen Baugruppen, insbesondere solchen der Fernmeldetechnik, mittels nur ein einzelnes Bauelement enthaltender Einheiten, die eine im wesentlichen quadratische Grundfläche aufweisen, wobei diese Einheiten mit ihrer Grundflächenseite nebeneinander- bzw. übereinandergeschichtet und durch seitliche Abschlußplatten miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen in ihrer Grundform, wie an sich bekannt, quaderförmigen Einheiten (1 bis 14} auch in ihrer Grundfläche unterschiedliche Abmaße aufweisen, daß aus den Abmaßen des größten unterzubringenden Bauelementes eine Grundeinheit (1, 10) mit im wesentlichen quadratischer Grundfläche mit abgeschrägten Ecken gebildet wird, daß an den diesen Abschrägungen entsprechenden Seitenflächen die Anschlüsse (18) angeordnet sind und daß aus dieser Grundeinheit in Abhängigkeit von der Größe der anderen Bauelemente Teileinheiten (2 bis 9, 11 bis 14) durch Teilung parallel zur Grundfläche- und/oder den Seitenflächen der Quader in der Weise erfolgt, daß die sich so ergebenden Teileinheiten (2 bis 9, 11 bis 14) mindestens eine den abgeschrägten Kanten der Grundfläche der Grundeinheit (1, 10) entsprechende Seitenfläche für die Anschlüsse (18) aufweisen und der Teilungsfaktor so gewählt wird, daß sich die Teileinheiten (2 bis 9, 11 bis 14) bausteinartig zur Form der Grundeinheit (1, 10) zusammensetzen lassen, daß ferner die Verdrahtung der so durch bausteinartiges Schichten der Einheiten (1 bis 14) aufgebauten Baugruppe durch Verbinden der Anschlüsse (18) an den Einheiten (1 bis 14) mit auf den Abschlußplatten (15, 16) in an sich bekannter Weise angeordneten Leitungszügen (17 a bis 17 h) erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die geschichteten Moduln mittels zweier an gegenüberliegenden Seiten der Moduln anliegender, an sich bekannter Anschlußplatten (15, 16) gehalten werden, daß die Leitungszüge (17« bis 17 h) auf die an die Moduln anliegende Innenseite der Anschlußplatten (15, 16) aufgebracht sind, daß jedoch die Verbindung mit den Modulanschlüssen (18) durch auf die Außenseite durchgehende Anschlußpunkte (19) erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Anschlußpunkte (19) gleichzeitig zur Befestigung der auf der Innenseite der Anschlußplatten (15, 16) befindlichen Leitungszüge (17 a bis 17 h) dienen.

4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußplatten (15, 16} Lochplatten Verwendung finden, deren Raster mit der Lage der Modulanschlüsse (18) übereinstimmt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der nachgeordneten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verdrahtungsplatten {Wl bis W 3) vorgesehen sind, die die geometrische Form der Moduln aufweisen, durch die notwendige Verbindungen zwischen den Anschlußplatten (15,16) erfolgen und an deren nicht