DE2323179A1 - Filterkontakt fuer elektrische steckverbinder - Google Patents

Description

PetanSanwätte

Dr. Ing. H. Negendank

Dfpl. Ing. H. Haudc - Dipl. Pnys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graaifs - Dipl. ing. W. Wehnelt

8 München 2, Mozartstraße 25

Telefon 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 7. Hai 1973

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2648

Filterkontakt für elektrische Steckverbinder

Die Erfindung betrifft elektrische Steckverbinder mit Kontakten, welche mit kapazitiven und induktiven Bauelementen versehen sind, um bestimmte Frequenzen auszufiltern. Die Erfindung betrifft insbesondere einen verbesserten Filterkontakt, der ohne Verschlech-

terung der Filterdämpfungsleistung in einem Nennstrombereich arbeitet.

Bei Fernseh- und anderen elektronischen mit Hochfrequenz arbei- | tenden Schaltungen strahlen Teile der Schaltung elektrische Ener-i gie aus und induzieren dadurch unerwünschte hochfrequente Ströme in den für Niederfrequenz- und Gleichstromsignale ausgelegten j Leitungen. Ein allgemein angewandtes Verfahren, diese unerwünschten Signale auszuschalten besteht darin, die Leitungen durch eine Abschirmwand zu führen. Zwischen den Leitungen und Ab-

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schirmungen und diese umschließend sind Filter mit niedrigem Blindwiderstand elektrisch zwischen die Leitungen und die Abschirmungen geschaltet. Die Filter dienen als hochohmige Wege für die niederfrequenten und Gleichstromsignale und als niederohmige Wege für die Hochfrequenzsignale. Somit laufen die gewünschten Signale auf den Leitungen zu den externen Schaltungen und die unerwünschten Signale werden an die Abschirmung abgeleitet.

j Ein stets vorhandenes Problem bei Filtersteckverbindern besteht darin, daß die Dämpfung des Filters bei sich erhöhendem Leitungsstrom abnimmt, was mit Nachteilen verbunden ist. Bei den früheren Filtersteckverbindem fällt beispielsweise die normale Dämpfungsieistung des Filterkontakts um mindestens lOdb ab, wenn der im Kontakt fließende Gleichstrom oder niederfre-

j quente Strom von Null auf 7,5 A erhöht wird. .

j Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein elek- j trisches Filter mit einem aus einem äußeren röhrenförmigen kerami sehen Teil gebildeten Kondensator und einer aus einem inneren J röhrenförmigen ferromagnetisehen Teil gebildeten Spule geschaf-

I fen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das röhrenförmige ferro-j

magnetische Teil mit einer axial durchgehenden öffnung und mindestens einem Schlitz versehen ist, der sich über die gesamte Länge des röhrenförmigen ferromagnetischen Teils erstreckt, daß mindestens ein Teil der Außenfläche und der Innenfläche des äußeren röhrenförmigen keramischen Teils mit einer Leiterschicht bedeckt ist, ferner dadurch, daß die Oberflächenbeschichtung

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; auf der Innen- und Außenseite voneinander elektrisch isoliert ■

; I

t sind, daß ein Klemmenstift sowie eine Einrichtung vorgesehen sind^ um das Filter lösbar auf einem Teil des Klemmenstifts anzubrin- j ! gen, und schließlich dadurch, daß diese Hontageeinrichtung eine ;

j · i

Vorrichtung enthält, um die leitende Schicht auf der Innenseite j des röhrenförmigen Keramikteils mit dem Klemmenstift miteinander | zu verbinden.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein.In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 ein Filterkontakt mit dem Filterteil im Teilquerschnitt;

Fig. 2 ein axialer Querschnitt längs der Linien II-II des in Fig. 1 gezeigten Filterkontakts;

Fig. 3 der Kondensator des in Fig. 1 gezeigten Filters; i

Fig. 4 die Spule oder Induktivität des in Fig. 1 gezeigten

Filters; |

i Fig. 5 die Arbeitskurven eines nicht erfindungsgemäßen frühe- i

ren Filterkontakts;

Fig. 6 die Arbeitskurven des erfindungsgemäßen Filterkontakts.

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Fig. 1 zeigt einen Filterkontakt für einen elektrischen Steckverbinder. Der Filterkontakt enthält die folgenden Bauelemente:Einen Klemmstift oder elektrischen Kontaktstecker 1, die Ferritmuffe 10, die Keramikmuffe 20 sowie die Montageeinrichtung 30 die eine Reibabschlußplatte oder eine Lötklemme zur Montage der Ferritmuffe 10 und der Keramikmuffe 20 an den Steckerkontakt 1.

Der elektrische Kontakt 1 umfaßt den hinteren Absatz 2 sowie die Leitungsanschlußklemme 3. Der Absatz 2 dient zur Positionierung der Ferritmuffe 10 und der Keramikmuffe 20 auf dem Kontakt 1.

Die Ferritmuffe ist ein röhrenförmiges ferromagnetisches Teil, welches die Induktivität oder ein Spulenteil des Filterkontakts enthält. Die Ferritmuffe 10 ist mit der sich axial erstrecken-

: den Öffnung 12 und dem darin angeordneten Schlitz 11 versehen, der sich über die gesamte Länge der ferromagnetischen Röhre 10 erstreckt, so daß mindestens ein durchgehender Luftspalt geschaffen wird, der sich vom einen Ende der ferromagnetischen Röhre zum anderen erstreckt. Die Aufgabe dieses Luftspaltes 11

; besteht darin, zu verhindern, daß sich die als Spule oder Induktivität arbeitende Ferritmuffe 10 sättigt und damit kein wirksames Spulenelement mehr darstellt, wodurch sich weitere Dämpfungsverluste für die unerwünschten hochfrequenten Ströme ergeben würden.

Die äußere Keramikmuffe 20 bildet den Kondensator des Filterkreises. Die kapazitiven Eigenschaften werden durch eine leitende Schicht 21 an der Außenfläche erreicht, die elektrisch

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mit den beiden von dieser Schicht und untereinander isolierten
Scnichten· 22, 24 auf dem Innendurchmesser der Keramikröhre 20
in Wirkverbindung stehen.

Die Muffen 10 und 20 sind auf dem Kontakt 1 durch ein beliebiges ; geeignetes Verfahren aufgebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ; der Erfindung sind die Muffen durch die mit Lötzinn beschichte-

ten vorgeformten Teile 30, 31 auf den Kontakt 1 aufgelötet, wo- j bei diese vorgeformten Teile auf dem Kontakt 1 angeordnet und ι dann erwärmt werden, um sie fest aufzubringen. Die Muffen 10
und 20 können auch lösbar auf dem Kontakt 1 durch geeignete
Mittel wie durch eine Endplatte montiert werden, welche die gleiche Form aufweist wie die vorgeformten Lötteile und dann mit
Preßsitz auf dem Kontakt 1 aufgebracht werden.

Fig. 2 zeigt einen axialen Querschnitt des Filters längs der Li- , nien II-II der Fig. 1. Diese Ansicht zeigt, daß die Beschichtungen 21, 22 und 24 360° des Außen- und Innendurchmessers der
Keramikröhre 20 bedecken. Erfindungsgemäß soll der Luftspalt ₍ 11 in der Ferritmuffe 10 in einem bevorzugten Bereich liegen. j Bei normalen elektrischen Steckverbindern mit mehrfachen Filterkontakten liegt der Spalt 11 vorzugsweise in der Größenordnung
von 0,25 mm. Jedoch beeinflussen Änderungen bei den Durchmessern der Bauelemente diesen Spalt, und daher wird empfohlen, \ daß der Spalt 11 in einem Bereich liegt, in welchem die Ferrit- :

muffe 10 mit weniger als 360°, jedoch mehr als 350 ihren Längs- ;

durchgang 12 umschließt. j

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Fig. 3 zeigt die Einzelheiten des Kondensatorteils des in Fig.

gezeigten Filters. Der Kondensator des Filters besteht im allge-

I
./ meinen aus einem dielektrischen Material wie dem röhrenförmigen

Keramikteil 20, der beispielsweise aus Bariumtitmiat besteht.

Damit die Keramikröhre 20 als Kondensator arbeiten kann, werden auf sie die Leiterschichten 21, 22 und 24 aufgebracht. Ein Bei-

spiel für eine geeignete Leiterschicht ist eine Doppelschicht, die aus einem goldplattierten Nickelbelag besteht. Die Außenschicht 21 auf der Keramikmuffe 20 bildet eine ununterbrochene Beschichtung auf dem Außendurchmesser der Muffe, reicht jedoch nur bis kurz vor die Enden der Röhre 20, so daß sich der Teil mit nicht leitender Oberfläche an jedem Ende ebenfalls um die Oberfläche der Keramikmuffe 20 herum erstreckt. Die leitenden Innenschichten 22 und 24 bilden ebenfalls ununterbrochene Beschichtungen um die Innendurchmesser der Muffe 20, doch sind sie untereinander und gegen die Schicht 21 elektrisch isoliert. Die Innenschichten 22 und 24 bedecken die Enden der Muffe 20 und schließen mit deren Außenfläche ab. Die beiden sich bis zur Außen-;

i fläche erstreckenden Innenschichten 22 und 24 sind dadurch gegen ί die Schicht 21 elektrisch isoliert, daß die Muffe am Punkt 25 keine leitende Schicht besitzt.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Ferritmuffe des in Fig. 1 gezeigten Filters. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Ferritmuffe 10 aus z^vei getrennten Stücken,die am elektrischen Kontakt (1, Fig. 1) zusammengefügt sind und eine Ferritmuffe mit der Längsdurchführung 12 und den beiden zuge-

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;ordneten ununterbrochenen Luftspalten 11 bilden. Jede Hälfte der j •Ferritmuffe 10 ist durch geeignete Mittel am elektrischen Kontakt j

angebracht, d.h. mit einer wärmehärtenden Epozydverbindung,wobei j ider Luftspalt kleiner ist als 0,125 mm und vorzugsweise im Beireich von 0,025 mm liegt.

i Fig. 5 zeigt das Kurvenbild der Dämpfungseigenschaften eines nicht \

ι erfindungsgemäßen früheren Filterkontakts. Dieses Kurvenbild ; wird gezeigt, um die Vorteile und Merkmale der Erfindung gegen- !

tüber den früheren Vorrichtungen deutlicher hervorzuheben. Auf ■

j der Abszisse ist die Frequenz in Megahertz aufgetragen. Die ' Kurve B₁ zeigt die Dämpfungscharakteristik eines Filterkontakts j bei OV=, OA Gleichstrom und einer aufgeprägten Hochfrequenzj komponente im Mikrovoltbereich. Die Kurve B- zeigt die Dämpfungs- : \ charakteristik eines früheren Filterkontakts bei 0 V =, 7,5 A ; Gleichstrom und einer aufgeprägten Hochfrequenzkomponente im ; Mikrovoltbereich. Ein Vergleich der Kurven B2 und B- zeigt, daß ; ι die Dämpfung im allgemeinen im Bereich über 10 MHz scharf ab- ; : fällt, wenn der durch den Filterkontakt fließende Gleichstrom

j erhöht wird.

j i

j j Fig. 6 zeigt das Kurvenbild der Dämpfungscharakteristik eines j

j erfindungsgemäßen Filterkontakts. Die Daten dieser Kurve v/urden

! auf die gleiche V/eise gewonnen wie die Daten der in Fig. 5 gej zeigten Kurve. Die Kurve A-, zeigt die Dämpfungs charakteristik j des in Fi^. 1 gezeigten Filterkontakts bei 0 V =, 0 A Gleichj strom und einem aufgeprägten Hochfrequenzsignal im Mikrovoltbe-

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reich. Die Kurve A^ zeigt die Dämpfungscharakteristik des gleichen Filterkontakts bei OV =, 7,5 A Gleichstrom und einem aufgeprägten Hochfrequenzsignal im Mikrovoltbereich. Die Kurve zeigt, daß bei anwachsenden Gleichströmen im Kontakt 1 die Dämpfung der unerwünschten Hochfrequenzströme nicht merklich im Bereich über 10 MHz herabgesetzt wurde. Daher ist diese Art von Kontakt vorteilhaft für Fälle, in denen ein hoher Speise-Gleichstrom oder ein niederfrequenter Wechselstrom erforderlich ist und in denen die bestmögliche Dämpfungsleistung aufrecht erhalten werden muß. Offensichtlich würde ein normaler Filterkontakt mit einer festen aus einem Stück bestehenden Ferritmuffe diese Bedingung nicht erfüllen. Ein Filterkontakt mit einer aus zwei Stücken bestehenden Ferritmuffe ergab ähnliche Daten wie die der Fig. 6, wobei die ursprüngliche Femtmuffe in zwei Hälften geschnitten wurde und dann auf dem elektrischen Kontakt befestigt wurde. Der Luftspalt des in Fig. 6 gezeigten Filterkontakts betrug etwa 0,025 mm, und dies ist die bevorzugte Weite des Luftspaltes.

Die meisten Daten für die zweiteilige Ferritspule des Filters (Fig. 6) besagen, daß die Leistung des Filterkontakts mit geteilter Ferritmuffe sich bis zu einer Frequenz von 15 MHz und einem Kontaktstrom von über 5 A Gleichstrom nicht veränderten. Obwohl eine Änderung der Dämpfungscharakteristik bei 15 MHz, bei 100 MHz und 7,5 A Gleichstrom auftrat, kehrte die Dämpfungscharakteristik auf etwa die gleiche Kurve zurück, die ein Kontakt mit 0 A Gleichstrom aufweist. Das normale Filter andererseits (Fig. 5) zeigt eine Änderung der Dämpfungscharakteristik

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bei etwa 5 IiIIz und Strompegeln unter 7,5 A Gleichstrom. Beide I Filterarten scheinen stärker nachteilig bei 50 MHz beeinflußt ^: zu werden als bei allen anderen Frequenzen. Dies wird möglicher- ■ weise durch die magnetische Permeabilität des gewählten Ferrit- ^! materials verursacht, die ihr Maximum bei 50 MHz zu erreichen j scheint. Offensichtlich wird die magnetische Permeabilität der !

Ferritmuffen durch die Erhöhung des Gleichstroms im Kontakt 1 ; beeinflußt. Die geteilte Ferritmuffe kann den Sättigungseffekt ! nicht vollständig verhindern. Sie linearisiert jedoch die Perme- j abilität und verschiebt die Flußdichte vom Sättigungsbereich ; während des Betriebes, speziell über 10 MHz, so daß höhere Ströme erforderlich sind, um eine Sättigung und damit eine nachteilige
Arbeitsweise zu bewirken. Wenn der Luftspalt vergrößert wird,
dann ist eine größere Flußdichte erforderlich, um zur Sättigung zu gelangen. Ein erfindungsgemäß gefertigter Kontakt ver-

! meidet die Sättigung der Spule (durch starken Strom), weihe
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den Induktionseffekt ausschaltet und damit den Induktivitätsteil

des Filters beseitigt, der erlaubt, daß hochfrequente Ströme j durchfließen können. I

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Claims (8)

1. Patentanwälte

   Dr. Ing. H. Negendank Dipl. Ing. H. Hauck - DHI. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graaf?«; - Dipl. Ing. W. Wehnelt

   8 München 2, Ni^sartsäraöe 25 The Bendix Corporation Telefon 53805So

   Executive Offices

   Bendix Center 7. Mai.1973

   SouthfJeId₁Mieh.48075,USA Anwaltsakte M-2648

   Patentansprüche

   f 1 ·/ Elektrisches Filter mit einem aus einer äußeren keramischen Röhre (20) gebildeten Kondensator und einer aus einer inneren ferromagnetischen Röhre (10) gebildeten Spule, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Röhre (10) mit einer Öffnung (12) in Axialrichtung versehen ist und mindestens einen Schlitz (11) besitzt, der sich über die gesante Länge ;

   der ferromagnetischen Röhre (10) erstreckt, daß mindestens ^!

   ein Teil der Außenfläche und ein Teil der Innenfläche der j äußeren keramischen Röhre (20) mit einer leitenden Schicht bedeckt ist, daß die Deckschicht an der Innen- und der Außenfläche voneinander elektrisch isoliert sind, daß ein Steckerkontakt (1), sowie Mittel (30,31) vorgesehen sind, um das Filter lösbar auf einem Teil (2) des Steckerkontakts (1) zu befestigen, und schließlich daß die Befestigungsmittel .; eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung der leitenden !

   Schicht (22,24) auf der Innenseite der keramischen Röhre

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   mit dem Steckerkontakt (1) umfassen.
2. 2. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (11) in der Ferritinuffe (10) eine Breite von weniger als 0,125 mm besitzt.
3. 3. Elektrisches Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Ferritmuffe (10) die Längsöffnung (12) in einem Winkel von kleiner als 360°, aber größer als 350° um- ι
4. ι schließt. \
5. ; 4. Elektrisches Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, \ i daß der Kondensator zwei elektrisch leitende Schichten um- ^!
6. ! faßt, die an der Innenfläche der Röhre aufgebracht sind, so-I wie dadurch, daß die Innenbeschichtungen in einem axialen Ab- [ stand zueinander angeordnet sind und jeweils elektrisch mit ; ihren Trägern verbunden sind.
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