DE19500636A1 - Elektrischer Verbinder für intelligente Karten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Verbinder für den elektrischen Anschluß an eine elektronische Schaltungsanordnung einer Substratkarte, wobei der Verbinder an einem eine Karte aufnehmenden Bauteil mit einem in der Längsrichtung verschiebbaren, eine Karte auf­ nehmenden Einschub befestigbar ist und wobei der Verbinder eine Mehrzahl von federnden Kontakten mit je einem Befestigungsabschnitt, je einem Federarm-Abschnitt und je einem Kontakt-Abschnitt für einen Kartenkontakt aufweist.

Es ist bei zahlreichen Sicherheitssystemen eine weit verbreitete Maß­ nahme, daß sie Speicherkarten oder sogenannte "intelligente Karten" umfassen, die dazu dienen, eine Verbindung mit einem zugeordneten Verbinder herzustellen. Eine derartige Speicherkarte weist aktive Vor­ richtungen auf, die auf dem Substrat angeordnet und mit einem elek­ trischen Verbinder verbindbar sind, der in üblicher Weise an einer ge­ druckten Schaltung oder Leiterplatte angebracht ist. Allgemein übertragen Schaltungen eine Zugriffscode auf die Leiterplatte. Die Kar­ ten werden sodann in das System, für welches sie vorgesehen sind, eingeführt, wobei ein solches System beispielsweise ein Autoradio oder ein Autotelefon sein kann, oder es kann sich hierbei z. B. um eine Zugangskonsole handeln, mittels welcher eine Tür zu einem gesicherten Bereich innerhalb eines Gebäudes entriegelt werden kann.

Mit Rücksicht auf den recht häufigen Gebrauch solcher Karten besteht eine der Anforderungen darin, daß die Kontakte und die Leiterbahnen der Karte eine große Anzahl von Kontakt-Zyklen aushalten können. Um dieser Anforderung Genüge zu tun, ist es erforderlich, die reibende Wirkung der Verbinder-Kontakte auf die Leiterbahnen der Karte zu vermeiden oder in beträchtlichem Maße herabzusetzen.

Mit Rücksicht auf die oben erläuterte Anforderung besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten elektrischen Ver­ binder zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit Leiterbahnen auf einer Substratkarte zu schaffen, mit dem Ziel, eine durch Reibung zwischen den Kontakten des Verbinders und der Substratkarte bedingte Abnutzung bzw. einen Abrieb möglichst vollständig zu vermeiden, wobei ferner angestrebt wird, einen Verbinder dieser Art in der Weise auszubilden, daß er verhältnismäßig leicht herstellbar ist und in der Praxis zuverlässig funktioniert.

Ausgehend von einem elektrischen Verbinder der eingangs definierten Art wird die vorstehend erläuterte Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Verbinder ein Steuerflächenfolge­ element aufweist, das gegen die Kontakte wirkend angeordnet ist und mit einem Steuerflächenfolgevorsprung versehen ist, welcher mit einer Steuerfläche des die Karte aufnehmenden Einschubs in Eingriff bringbar ist, um während des Verschiebens der Substratkarte die Kontaktabschnit­ te aus einem Kontakt mit der Substratkarte in federnder Weise heraus vorzuspannen, wobei der Steuerflächenfolgevorsprung in einer Vertie­ fung der Steuerfläche aufnehmbar ist, um eine federnde Vorspannung der Kontaktabschnitte gegen die Karte für eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktabschnitten und der Karte zu ermöglichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für den Verbinder ein an den Kontakten wirkendes Steuerflächenfolgeelement vorgesehen, das einen mit einer Steuerfläche des die Karte aufnehmenden Einschubes in Ein­ griff bringbaren Steuerflächenfolgevorsprung aufweist, der während des Verschiebens der auf dem Einschub liegenden Substratkarte die Kontakte in einer solchen Art und Weise federnd vorspannt, daß sie die Karte nicht berühren. Der Steuerflächenfolgevorsprung ist innerhalb einer Vertiefung in der Steuerfläche des Einschubes aufnehmbar, um hierdurch ein federndes Vorspannen der Kontakte gegen die Karte zu erlauben, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen in der Betriebsstellung zu realisieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemaßen elektrischen Ver­ binders ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mittels der Zeichnungen näher erläutert, wobei zeigen:

Fig. 1 eine erste Querschnittsansicht durch eine aus einem elek­ trischen Verbinder und einer eine Karte aufnehmenden Einrichtung bestehenden Anordnung, wobei zunächst die Stellung dieser Anordnung im Falle der Karten-Eingabe gezeigt ist;

Fig. 2 eine zweite Querschnittsansicht durch die aus einem elek­ trischen Verbinder und einer eine Karte aufnehmenden Einrichtung bestehenden Anordnung, wobei deren Stellung im Falle der Karten- Freigabe gezeigt ist;

Fig. 3 eine dritte Querschnittsansicht durch die aus einem elek­ trischen Verbinder und einer eine Karte aufnehmenden Einrichtung bestehenden Anordnung, wobei jetzt die Stellung der Anordnung im Falle des Kartenbetriebes gezeigt ist;

Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf die aus einem elektrischen Verbinder und einer eine Karte aufnehmenden Einrichtung bestehende Anordnung gem. Fig. 1-3;

Fig. 5 eine Draufsicht von oben auf den elektrischen Verbinder allein;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht gemäß der Linien 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht gemäß der Linien 7-7 in Fig. 5;

Fig. 8 eine stirnseitige Endansicht des Verbinders, wie er in Fig. 5 dargestellt ist; und

Fig. 9 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform des Verbinders gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Verbinder 2, der an einer eine Karte aufnehmenden Einrichtung 4 angeordnet ist, welche eine Leiterplatte oder gedruckte Schaltung 6, einen Rahmen 8 sowie einen eine Karte aufnehmenden Einschub 10 aufweist, der in verschiebbarer Weise zwi­ schen der gedruckten Schaltung 6 und dem Rahmen 8 in einer Längs­ richtung beweglich ist.

Der die Karte aufnehmende Einschub (oder Einsatz) 10 weist eine Aus­ nehmung 12 zum Aufnehmen einer Substratkarte 14 mit einer elektroni­ schen Schaltungsanordnung auf, die mit elektrischen Leiterbahnen 16 auf einer oberen Oberfläche 18 dieser Substratkarte 14 verbunden ist. Der Einschub 10 umfaßt eine weitere Ausnehmung 20, die sich von der zur Kartenaufnahme dienenden Ausnehmung 12 aus zu einem abgeschrägten stirnseitigen Ende 22 des Einschubes hin erstreckt, wobei die Ausneh­ mung 20 durch ein Paar von Steuerflächen 24 flankiert ist, die sich in der Verschiebungsrichtung des Einschubes 10 erstrecken. Die Steuerflächen 24 umfassen eine bogenförmige Vertiefung 26 in der Nähe eines vorderen Endes 28 der die Karte aufnehmenden Ausnehmung 12. Die die Steuerfläche 24 bildende Oberfläche liegt im wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie die obere Oberfläche 18 der Substratkarte 14, wobei die beiden Oberflächen im wesentlichen parallel verlaufen und in der Nähe einer unteren Oberfläche 30 der gedruckten Schaltung 6 liegen.

Der elektrische Verbinder 2 ist auf einer oberen Oberfläche 32 der gedruckten Schaltung angeordnet und weist eine Mehrzahl von in der Längsrichtung verlaufenden elektrischen Kontakten 34 auf, welche je einen Befestigungsabschnitt 36 sowie einen trägerförmigen Federarm- Abschnitt 38 aufweisen, der sich in einen Kontakt-Abschnitt 40 er­ streckt, der abgerundete Kontaktspitzen 42 aufweist, welche zur Her­ stellung eines Kontaktes mit den Leiterbahnen 16 der Substratkarte da­ durch befähigt sind, daß sie in federnder Weise auf diese Leiterbahnen herunter gedrückt werden. Der Verbinder umfaßt ferner einen Montage­ block 44, der an den Anschlüssen oder Kontakten 34 in der Nähe ihrer Befestigungsabschnitte 36 befestigt ist, sowie ein Steuerflächenfolge­ element 46, das an den Anschlüssen 34 in der Nähe ihrer Kontakt­ abschnitte 40 befestigt ist und von dem Montageblock 44 durch die Federarm-Abschnitte 38 der Kontakte getrennt ist.

Der Montageblock 44 weist eine untere Oberfläche 48 auf, welche an­ grenzend an die obere Oberfläche 32 der Leiterplatte angeordnet werden kann, wobei der Montageblock 44 in bezug auf diese mit Hilfe von Positionierstiften 50 genau positioniert wird, welche unterhalb der unte­ ren Oberfläche 48 vorspringen und innerhalb von entsprechenden Stift- Aufnahmelöchern der gedruckten Schaltung aufnehmbar sind. Federnde Verriegelungselemente 52, welche in entsprechenden, die Verriegelungs­ elemente aufnehmenden Löchern der Leiterplatte aufnehmbar sind, befestigen den Montageblock 44 in sicherer Art und Weise an dieser; das Zusammenfügen erfolgt lediglich dadurch, daß der Verbinder 2 auf diese niedergedrückt wird, bis die Verriegelungselemente 52 in ihre Verriegelungsstellungen einschnappen.

Das Steuerflächenfolgeelement 46 weist eine untere Seite 54, die der oberen Oberfläche 32 der Leiterplatte benachbart ist, sowie ein Paar von bogenförmigen Steuerflächenfolgevorsprüngen 56 auf, die sich bis unter­ halb dieser Oberfläche durch eine Bohrung 58 in der Leiterplatte 6 hindurch erstrecken, wobei die Steuerflächenfolgevorsprünge 56 mit den Steuerflächen 24 des Einschubes 10 angeordnet sind, wobei sich die Vorsprünge 56 unterhalb der unteren Oberfläche 30 der Leiterplatte erstrecken.

Nach dem Zusammenbau des Verbinders 2 mit der Leiterplatte 6 werden Stifte 60 der Befestigungsabschnitte 36 der Kontakte in metallisierte oder plattierte Löcher eingesetzt, die mit der Schaltungsanordnung der Leiter­ platte elektrisch verbunden sind, und die Federarm-Abschnitte 38 der Kontakte werden in der Weise leicht vorgespannt, daß die untere Seite 54 des Steuerflächenfolgeelementes 46 gegenüber der Leiterplatte 6 vorgespannt ist, wenn der Einschub 10 sich in einer zurückgezogenen Stellung befindet, wie in Fig. 1 gezeigt. In dieser Stellung springen die Kontakt-Spitzen 42 durch ein Loch 57 der Leiterplatte bis unterhalb der unteren Oberfläche 30 und bis unterhalb der oberen Oberfläche 18 der Substratkarte 14 vor, derart, daß, wenn die Karte 14 sich in ihrer Be­ triebsstellung befindet, wie in Fig. 3 gezeigt, die Kontakt-Spitzen 42 in federnder Weise gegenüber der oberen Oberfläche 18 der Karte vor­ gespannt sind.

Eine Verbinder-Anordnung, von der Art, wie sie im vorangehenden beschrieben ist, kann für ein Sicherheits-System, beispielsweise ein Sicherheits-System für ein Autoradio, benutzt werden, wobei der Betrieb des Radios nur dann möglich ist, wenn eine codierte Substratkarte 14 mit der elektronischen Schaltungsanordnung des Radios über die Kon­ taktanschlüsse 34 elektrisch verbunden ist. Dies hat die Bedeutung, daß die Substratkarte 14 entfernt werden muß, um das Sicherheits-System zu betätigen, das heißt, es handelt sich hierbei um einen Vorgang, der sehr oft wiederholbar sein muß. Es ist daher notwendig, ein Reiben der Kontakt-Spitzen 42 an dem Einschub 10 oder der Karte 14 zu vermei­ den, um ein durch eine übermäßige Abnutzung zwischen diesen Teilen bedingtes Ausfallen auszuschließen, insbesondere mit Rücksicht darauf, daß die Kontakt-Spitzen 42 in bevorzugter Weise goldplattiert sind, um eine Bildung von Oxid-Schichten zu vermeiden, wobei die Gold-Schicht nicht nur weich ist sondern aus Kostengründen sehr dünn ist, so daß sie infolgedessen gegenüber einer durch Reibung bedingten Abnutzung nicht sehr widerstandsfähig ist.

Es wird nunmehr die elektrische Verbindung des Verbinders 2 mit den Leiterbahnen 16 der Substratkarte 14 beschrieben. Wie in Fig. 1 ge­ zeigt ist, befindet sich der verschiebbare Einschub 10 anfänglich in einer zurückgezogenen Stellung, in welcher er bereit ist, die Substratkarte 14 aufzunehmen, welche in der für die Karte vorgesehenen Aufnahme- Ausnehmung 12 angeordnet und nach vorwärts geschoben werden kann, bis ein vorderes Ende 27 der Karte gegen das vordere Ende 28 der Ausnehmung zum Anschlag gelangt. Die Substratkarte 14 und der Ein­ schub 10 können sodann gemeinsam in Richtung zu dem Verbinder 2 hin gedrückt werden, während die Kontakt-Spitzen 42 in die vordere Ausnehmung 20 des Einschubes hinein vorspringen, ohne diesen zu berühren. Die Kontakt-Spitzen 42 befinden sich in ihrer untersten Stel­ lung, wenn die untere Oberfläche 54 des Steuerflächenfolgeelements in federnder Weise dadurch vorgespannt ist, daß die Federarm-Abschnitte 38 der Kontakte gegen die untere Oberfläche 32 der Leiterplatte vor­ gespannt sind. Es kann sodann ein weiteres Einführen des Einschubes 10 fortgesetzt werden, bis die Steuerflächenfolgevorsprünge 56 gegen das abgeschrägte vordere Ende 23 des Einschubes zum Anschlag gelangen und entlang der Steuerflächen 24 über diese hinweggleiten, um hierdurch die Kontakt-Spitzen 42 nach oben in eine Position anzuheben, in der sie keinen Kontakt mit der oberen Oberfläche 18 der Substratkarte haben. Die Betriebsstellung wird dann erreicht, wenn der Steuerflächenfolge­ vorsprung 56 in der Vertiefung 26 sitzt, wodurch die Kontaktspitzen 42 auf die entsprechenden Leiterbahnen 16 der Substratkarte 14 abgesenkt werden. Die Vertiefung 26 ist tief genug, um es den Kontakt-Spitzen 42 zu erlauben, gegen die Leiterbahnen mit einem angemessenen Kontakt­ druck federnd vorgespannt zu werden, wodurch die Substratkarte mit der elektrischen Schaltungsanordnung der Leiterplatte 6 elektrisch verbunden wird.

Dem Einführen des Einschubes 10 wird durch einen (nicht gezeigten) Federmechanismus Widerstand geleistet. Das Halten des Einschubes in der Betriebsstellung wird durch eine (nicht gezeigte) Ratschen- oder Klinken-Vorrichtung erzielt, welche zum Zwecke der Entfernung der Substratkarte 14 durch ein weiteres Einschieben des Einschubes lösbar ist, bis eine Freigabestellung der Ratsche oder Klinke erreicht worden ist, wie in Fig. 2 gezeigt, wobei dann der Federmechanismus des Einschubes den Einschub 10 bis zu der vollständig zurückgezogenen Stellung, wie in Fig. 1 gezeigt, zurückzieht. Wenn die Substratkarte 14 weiterhin nach vorwärts gedrückt wird, wie in Fig. 2 gezeigt, dann gleiten die Steuerflächenfolgevorsprünge 56 aus der Vertiefung 26 auf die Steuerfläche 24 heraus, wodurch erneut die Kontakt-Spitzen 42 in eine Position gehoben werden, in der sie keinen Kontakt mit der oberen Oberfläche 18 der Karte haben.

Die Federarm-Abschnitte 38 der Kontakte, die den Abstand zwischen dem Steuerflächenfolgeelement 46 und dem Montageblock 44 über­ brücken, sind ausreichend lang, um die erforderliche Flexibilität zu ergeben, und die Kontakte sind genügend zahlreich, um die erforderliche Federkraft während der Betätigung des verschiebbaren Einschubes 10 zu ergeben. Die Federkraft und die Flexibilität können bei dieser Konstruk­ tion in verhältnismäßig einfacher Weise dadurch anders eingestellt wer­ den, daß lediglich die Positionierung des Steuerflächenfolgeelementes 46 und, in entsprechender Weise, der Vertiefung 26 in der Längsrichtung verändert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird eine weitere Ausführung eines Verbinders 2′ erläutert, der zum Befestigen an einer gedruckten Schal­ tung oder Leiterplatte 6′ vorgesehen ist, wobei Elemente, ähnlich oder gleich zu denjenigen, die in den Ausführungen gemäß den Fig. 1 bis 8 gezeigt sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, jedoch mit ei­ nem Apostroph versehen sind. Der Verbinder 2′ weist einen zweiten Montageblock 62 auf, an welchem ein erster Montageblock 44′ befestigt ist, um den Verbinder bis oberhalb der Leiterplatte 6′ anzuheben, in der Weise, daß ein verschiebbarer Einschub 10′, ähnlich dem Einschub 10 der ersten Verbinder-Ausführungsform 2, auf der gleichen Seite 32′ der Leiterplatte 6′ anbringbar ist, auf der sich auch der Verbinder 2′ befin­ det. Der zweite Montageblock 62 weist eine Plattform 64 auf, gegen welche ein Steuerflächenfolgeelement 46′ in federnder Weise durch federnde Kontakte 34′ vorgespannt ist, und zwar zum Zweck der Posi­ tionierung und Vorspannung. Die Plattform 64 weist einen Hohlraum 66 auf, durch welchen hindurch die Steuerflächenfolgevorsprünge 56′ des Steuerflächenfolgeelementes 46′ vorspringen können, um mit einer Steuerfläche 24′ des verschiebbaren Einschubes 10′ zusammenzuwirken, in einer ähnlichen Art und Weise wie bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 8.

Durch die Erfindung ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß der elek­ trische Verbinder aufgrund seiner Einfachheit sehr kostengünstig herzu­ stellen ist, darüber hinaus ist er sehr leicht mit einer gedruckten Schal­ tung dadurch zusammenfügbar, daß er lediglich auf diese geschoben oder gedrückt wird, wobei ein Gleiten der Kontakte auf der Substratkar­ te in einer einfachen und dazu noch zuverlässigen Art und Weise ver­ mieden wird.

Claims (8)

1. Elektrischer Verbinder (2, 2′) für eine elektrische Verbindung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung einer Substratkarte (14), wobei der Verbinder an einer die Karte aufnehmenden Einrichtung (4) mit einem in Längsrichtung verschiebbaren, die Karte aufneh­ menden Einschub (10, 10′) befestigbar ist und wobei der Verbinder eine Mehrzahl von federnden Kontakten (34, 34′) mit je einem Befestigungsabschnitt (36), je einem Federarm-Abschnitt (38) und je einem Kontakt-Abschnitt (40) für einen Kartenkontakt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder ein Steuerflächenfolgeelement (46, 46′) aufweist, welches gegen die Kontakten (34, 34′) wirkend angeordnet ist und mit einem Steuerflächenfolgevorsprung (56, 56′) versehen ist, wel­ cher mit einer Steuerfläche (24, 26, 24′, 26′) des die Karte auf­ nehmenden Einschubs (10, 10′) in Eingriff bringbar ist, um wäh­ rend des Verschiebens der Substratkarte (14) die Kontaktabschnitte (40) in federnder Weise in eine Position vorzuspannen, in der sie keinen Kontakt mit der Substratkarte (14) haben, wobei der Steuerflächenfolgevorsprung (56, 56′) in einer Vertiefung (26, 26′) der Steuerfläche (24, 24′) aufnehmbar ist, um eine federnde Vor­ spannung der Kontaktabschnitte (40) gegen die Karte (14) zu ermög­ lichen, die zu einer elektrischen Verbindung zwischen den Kontakt­ abschnitten (40) und der Karte (14) führt.

2. Verbinder gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerflächenfolgeelement (46) an den Kontakten (34) zwischen den Federarm-Abschnitten (38) und den Kontakt-Abschnitten (40) für den Kartenkontakt befestigt ist.

3. Verbinder gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder einen Montageblock (44, 44′) aufweist, der an dem Befestigungsabschnitt (36) der Kontakte (34, 34′) befestigt ist, mit dem der Verbinder an einer plattenförmigen Einrichtung wie einer Leiterplatte (6, 6′) befestigt werden kann.

4. Verbinder gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federarm-Abschnitt (38) des Kontaktes als ein Längsträger profiliert ist, der sich von dem Montageblock (44, 44′) aus zu dem Steu­ erflächenfolgeelement (46, 46′) hin erstreckt.

5. Verbinder gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (44) einstückig mit ihm verbundene, federnde Verriegelungselemente (52) und ein Führungselement (50) zum genauen Anordnen und Befestigen des Montageblockes (44) an der Leiterplatte (6) aufweist.

6. Verbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbinder an einer oberen Oberfläche (32) einer Leiterplatte (6) befestigbar ist, wobei die Kontaktbefestigungs-Ab­ schnitte (36) einen elektrischen Kontakt mit Leiterbahnen der Leiter­ platte (6) herstellen und die Kontakt-Abschnitte (40) und die Steu­ erflächenfolgevorsprünge (56) durch Löcher (57, 58) in der Leiter­ platte (6) zum Angreifen an der Karte (14) bzw. dem die Karte aufnehmenden Einschub (10) vorspringen, welche in gleitender Weise in Nachbarschaft einer unteren Oberfläche (30) der Leiter­ platte (6) aufnehmbar sind.

7. Verbinder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbinder einen zweiten Montageblock (62) zum Anheben der Kontakte (34′) aufweist, derart, daß der die Karte aufnehmende Einschub (10′) zwischen den Kontakten (34′) und einer plattenförmigen Einrichtung wie zum Beispiel einer Leiter­ platte (6′) aufnehmbar ist, an welcher der Verbinder angebracht ist.

8. Verbinder gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Montageblock (62) eine Plattform (64) aufweist, gegen wel­ che das Steuerflächenfolgeelement (46′) zum Positionieren und Vorspannen der Kontakte (34′) vorspannbar ist.