Brevet FR2863410A1 — publié le 20050610

Connecteur électrique filtré modulaire. La présente invention concerne un connecteur électrique filtré modulaire plus particulièrement destiné à la protection des équipements électroniques contre les surtensions générées par des interférences électromagnétiques ou des décharges électrostatiques. La protection contre ces phénomènes a fait l'objet de nombreuses études concernant l'utilisation de filtres intégrés dans les connecteurs équipant tant les sites industriels que les appareils embarqués sur les avions ou les engins spatiaux. Toutes les solutions étudiées ont toutefois en commun le respect des normes internationales sur le plan de -la complémentarité avec un connecteur mâle ou femelle de même série, fonction désignée sous le nom d'intermariabilité et l'interchangeabilité avec les connecteurs standards de même série. Pour répondre à ces deux critères, il a été proposé d'utiliser un 25 adaptateur afin d'équiper, sans les modifier, des matériels existants. C'est ainsi que le brevet U.S. 3.961.294 décrit l'adaptation sur un connecteur conventionnel d'une virole reliée à la partie arrière du connecteur. Cette virole électriquement conductrice comporte une plaque de partition liée à la paroi interne de la virole et est pourvue de trous recevant des contacts équipés ou non d'éléments filtrants. Les boîtiers des 2863410 2 éléments filtrants sont soudés à la plaque de partition. La virole comporte un épaulement qui repose sur la bride du boîtier, bride à laquelle elle est soudée assurant ainsi la continuité électrique pour la reprise de masse des éléments filtrants. Il est évident qu'une telle disposition nécessite un espace important à l'intérieur de l'armoire ou du rack où le boîtier du connecteur est fixé et rend impossible, du fait de la liaison soudée, le remplacement éventuel d'un tel adaptateur. Le brevet U.S. 4.729.743 décrit un connecteur filtré qui répond aux critères d'interchangeabilité tout en assurant des fonctions de filtrage et de suppression des transitoires. Les composants sont regroupés en un seul insert introduit dans la cavité centrale du boîtier du connecteur et un contact de masse est relié au boîtier par soudure ou à l'aide d'une résine époxy conductrice. L'insert est enfin maintenu en place à l'aide d'un enrobage isolant maintenu entre des disques d'étanchéité. Le brevet U.S. 5.236.376 décrit un insert assurant la protection électronique d'un connecteur contre les transitoires. L'insert est constitué d'un ensemble de circuits imprimés portant les éléments de filtrage et les contacts. L'insert est relié au boîtier du connecteur afin d'assurer la continuité électrique entre ces éléments et est maintenu en place, selon l'une des applications, à l'aide d'isolants placés à l'avant et à l'arrière de l'insert. Ces solutions ne sont toutefois pas satisfaisantes car elles ne permettent ni le démontage ni le remplacement des inserts et répondent de plus très difficilement aux contraintes constituées par le respect des dimensions d'encombrement maximum imposé par les utilisateurs. Il est par ailleurs connu dans l'art antérieur d'utiliser des inserts rectangulaires ou circulaires qui après leur insertion dans des cavités de 2863410 3 boîtier ou d'embase sont fixés dans la cavité par l'intermédiaire d'une bride maintenue en place par des vis coopérant avec des trous filetés pratiqués sur la face arrière du fond du boîtier ou de l'embase. Enfin, la technologie actuelle des connecteurs filtrés propose des éléments fixés à demeure dans le boîtier ce qui oblige l'exploitant des armoires ou rack à modifier profondément ses équipements dès qu'il veut soit améliorer en augmentant le nombre de fonctions soit effectuer une mise à niveau des performances desdits équipements ou tout simplement lorsqu'une opération de maintenance nécessite un changement de pièce du connecteur. Il existe donc un besoin de proposer des boîtiers ou embases standards grâce auxquels un utilisateur peut dès la conception choisir un connecteur permettant la modularité d'inserts filtrants pouvant être remplacés ou installés tout au long de l'exploitation des matériels équipés d'un tel connecteur. C'est pourquoi la présente invention a pour but de permettre le démontage et le remplacement d'inserts, intégrés dans un connecteur, constituant les éléments de protection d'équipements électroniques afin de concevoir des connecteurs électriques filtrés modulaires. Dans ce but la présente invention propose un connecteur électrique filtré modulaire plus particulièrement destiné à la protection des équipements électroniques contre les surtensions, comportant un boîtier métallique pourvu d'au moins une cavité destinée à recevoir un insert constitué d'un corps isolant équipé de contacts et d'éléments de filtrage, ledit insert comportant un cadre périphérique d'une dimension supérieure à la dimension périphérique interne de la cavité. 2863410 4 Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention, le cadre est pourvu de trous de fixation ce qui permet à l'insert, après son introduction dans la cavité, d'être fixé sur le boîtier par l'intermédiaire d'un dispositif de serrage traversant les trous du cadre assurant ainsi la fixation amovible de l'insert sur le boîtier. Selon l'une des variantes de l'invention, le dispositif de serrage se présente sous la forme d'au moins une vis équipée d'une rondelle élastique dont le fût fileté engage le filetage pratiqué dans les trous du boîtier. Selon l'un des modes de réalisation principaux de l'invention, au moins l'un des trous du boîtier est équipé d'une colonnette assurant le positionnement de l'insert dans la cavité qu'il équipe, la longueur de ladite colonnette étant fonction de l'épaisseur du cadre périphérique de l'insert. Selon ce mode de réalisation, la colonnette comporte à l'une de ses extrémités un filetage externe et se présente à l'autre de ses extrémités comme une douille creuse pourvue d'un filetage interne, chaque colonnette étant fixée dans un des trous du boîtier par vissage du filetage externe de la colonnette dans le filetage pratiqué dans le trou du boîtier. Selon ce mode de réalisation, après son introduction dans la cavité, l'insert est fixé sur le boîtier par l'intermédiaire de dispositifs de serrage 25 traversant les trous du cadre et s'engageant dans les douilles filetées des colonnettes assurant ainsi la fixation amovible de l'insert sur le boîtier. Selon l'une des caractéristiques principales de l'invention l'un au moins des trous de fixation du cadre de l'insert est équipé d'un élément de mise à la masse assurant la continuité électrique entre le cadre et le boîtier. 2863410 5 Selon un mode de réalisation préférentiel au moins l'un des trous de fixation du cadre de l'insert est pourvu sur sa surface interne d'une gorge tandis qu'un clip de mise à la masse est monté par extension dans la 5 gorge circulaire. Selon l'invention, le connecteur électrique filtré modulaire est équipé d'inserts amovibles afin de permettre leur remplacement lors d'opération de maintenance, d'adaptation ou de mise à niveau. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante et des dessins annexés dans lesquels, les figures la et lb représentent une vue de dessus et une vue de 15 dessous d'un connecteur conventionnel de l'art antérieur. La figure 2 représente un vue en coupe d'un boîtier de connecteur selon la présente invention. La figure 3 représente un boîtier conforme à la figure 2 équipé d'inserts. La figure 4 représente une vue en coupe du dispositif de fixation du cadre porte-insert selon un premier mode de réalisation. La figure 5 représente une vue en coupe du dispositif de fixation du cadre porte-insert selon un second mode de réalisation. Un connecteur rectangulaire standard de type ARINC est représenté 30 sur la figure 1, mais il est bien évident que l'invention peut s'appliquer à 2863410 6 tout connecteur circulaire comportant un boîtier ou une embase pour l'équipement des armoires, racks ou panneaux. La figure la est une vue de dessus d'un boîtier 1 métallique comportant des isolants 2 équipés de contacts de différents types disposés dans l'isolant selon des arrangements offerts sur catalogue par le fabricant ou selon les critères de conception requis par l'utilisateur. Le boîtier, généralement obtenu par moulage, présente deux cavités 3 dans lesquelles sont insérés les isolants 2. Une cavité centrale 4 permet l'insertion des clés de polarisation nécessaire à l'accouplement d'un connecteur complémentaire. Une bride 5 comporte des trous 6 qui permettent la fixation du boîtier sur les panneaux équipant les racks ou armoires. La figure lb est une vue de dessous du boîtier de la figure la et montre en détail le dispositif de maintien des isolants 2 dans les cavités. Après insertion par le fond de la cavité, les isolants viennent en appui sur des épaulements internes 9, comme il est visible sur la figure 2, et sont calés en appui sur ces épaulements à l'aide de demi brides 7 qui sont fixées sur le fond du boîtier par des vis 8 engagées dans des trous filetés 25, comme il est visible sur la figure 4, dans les parois de la cavité. Cet agencement permet une fixation des isolants 2 dont les contacts sont câblés aux conducteurs ou accouplés à une platine disposée parallèlement à la paroi sur laquelle est fixé le boîtier. La figure 2 représente en coupe un boîtier conforme à l'invention. Ce boîtier est de fabrication standard. Il peut toutefois subir de légères modifications quant à la profondeur des cavités 3 et 3' dont les extrémités des parois 8 peuvent être usinées dans leur longueur de façon à compenser l'encombrement final d'un porte-insert comme il sera décrit plus loin. Les parois 8 comportent un épaulement 9 qui sert de butée et de cale de profondeur lors de l'insertion, par la partie arrière, de composants dans les cavités. Sur le fond du boîtier sont disposées des colonnettes 11 qui sont vissées dans les trous filetés 25 pratiqués dans l'épaisseur de la paroi 8 à la hauteur de sa partie terminale 10. On remarquera que la cavité 3' ne possède pas de colonnettes 11. La figure 3 représente un boîtier 1 partiellement équipé d'inserts 12, 12' modulaires conformément à la présente invention. Ces inserts assurent la protection électronique du connecteur contre les transitoires. En effet, afin d'éviter toute surtension due aux décharges électrostatiques ou impulsions électromagnétiques ou toute interférence électromagnétique ou fréquentielle pouvant entraîner des mauvais fonctionnements des composants électroniques à protéger, le boîtier 1 est équipé des inserts 12 et 12' qui se positionne parfaitement dans les cavités 3 et 3'. Les inserts 12 et 12' sont constitués d'un assemblage 13, 13' portant les éléments de filtrage, non représentés, des contacts 14, 14' ainsi que d'un cadre 15, 15' porte-insert qui constitue une structure de maintien périphérique individuelle des inserts. Cette structure définit une bride qui permet au cadre 15, 15', de présenter un périmètre d'une dimension supérieure à la dimension périphérique interne des cavités 3, 3' aptes à recevoir des inserts dont le périmètre est légèrement inférieur à leur périmètre. A l'intérieur de cet assemblage 13, 13' les éléments de filtrage sont des filtres de type capacitif ou des diodes sous forme de puces ou chips ou des filtres conventionnels de type Pi ou toutes combinaisons de ceux-ci de façon à définir des circuits haute densité capables d'effectuer simultanément des filtrages et des suppressions de transitoires. Ces circuits comportent tous une mise à la masse sous forme de contacts individuels qui sont reliés électriquement au cadre 15, 15' assurant ainsi la continuité électrique entre les inserts 12, 12' et leur cadre respectif. 2863410 8 Le cadre 15 comporte une série de trous de fixation 16 répartis à sa périphérie et correspondant aux trous filetés 25 existants pratiqués dans l'épaisseur des parties terminales 10 des parois 8 des cavités. Ces trous de fixation 16 reçoivent des dispositifs de serrage 17 et 17', dont le détail de conception sera expliqué ci-après, qui permettent, après l'introduction de l'insert dans la cavité, la fixation du cadre et de ce fait de l'insert sur le boîtier 1 permettant une fixation amovible qui autorise tout remplacement d'insert et qui confère ainsi aux connecteurs un caractère modulable. Comme on peut le voir sur la figure 3 l'insert 12 est en cours d'insertion dans la cavité 3. Les dispositifs de serrage 17 sont positionnés dans les trous de fixation 16 et ces trous de fixation sont orientés de manière à se présenter au droit des colonnettes 11, préalablement vissées dans les trous 25 du boîtier, de façon à positionner l'insert 12 dans la cavité 3. L'insert est amené en butée sur l'épaulement 9 et la fixation de l'insert peut alors être effectuée par vissage du dispositif de serrage 17 dans des trous existants dans les colonnettes 11 comme il sera décrit en détail ci-après. Selon un autre mode de réalisation montré à la partie inférieure de la figure 3, l'insert 12' est constitué d'un assemblage 13 dont l'épaisseur ne justifie pas une modification du fond du boîtier et dont l'épaisseur du cadre ne nécessite pas l'utilisation de colonnettes. Dans ce cas, l'insert est amené en butée sur l'épaulement 9 et la fixation de l'insert peut alors être effectué par vissage du dispositif de serrage 17' dans les trous filetés 25 existants dans le boîtier. 2863410 9 Ces deux modes de réalisation permettent l'utilisation d'inserts d'épaisseurs différentes avec, si nécessaire, pour seule opération la diminution par usinage de la longueur des extrémités 10 des parois 8 de la cavité. Cette opération permet d'admettre des inserts et cadres de forte épaisseur tout en conservant le dimensionnement final permettant aux contacts 14 situés à l'arrière du connecteur d'être accouplés correctement à la platine. La figure 4 représente une coupe détaillée du dispositif de serrage 17. Elle représente en outre une des caractéristiques principales de l'invention, à savoir, la reprise de masse de l'insert par le cadre et le corps du boîtier. A cet effet les trous 16 pratiqués dans le cadre 15 comportent une gorge circulaire interne 18 dans laquelle est monté par extension un clip élastique 19. Ce clip de préférence doré pour assurer une très bonne continuité électrique est constitué de manière connue de deux pattes élastiques cambrées qui assurent la mise en contact mécanique et électrique du cadre et des colonnettes 11 disposées dans les trous 16. Le dispositif de serrage 17 se compose d'une vis 20 et d'une rondelle élastique 21. La vis traverse le trou 16 dans lequel débouche la partie haute de la colonnette 11 qui se présente sous la forme d'une douille creuse pourvue d'un filetage interne 22. La colonnette 11 présente à son autre extrémité un filetage externe 23 permettant sa fixation par vissage dans le filetage 24 pratiqué dans la paroi des trous 25 existants du boîtier. De manière préférentielle les colonnettes 11 sont dorées et possèdent une face d'appui constituée par une arête vive de façon à assurer par déformation une très bonne continuité électrique, lors du serrage en appui sur les extrémités 10 des parois du boîtier. 2863410 10 La figure 5 représente une coupe détaillée du dispositif de serrage 17' de l'insert de moindre épaisseur 12' montré en figure 3. Elle représente de même une des caractéristiques principales de l'invention, à savoir, la reprise de masse de l'insert par le cadre et le corps du boîtier. A cet effet les trous 16 pratiqués dans le cadre 15 comportent une gorge circulaire interne 18 dans laquelle est monté par extension un clip élastique 19. Ce clip de préférence doré pour assurer une très bonne continuité électrique est constitué de manière connue de deux pattes élastiques cambrées qui assurent la mise en contact mécanique et électrique du cadre et de la vis 20 traversant le trou 16 soit à l'aide d'une chemise métallique 26 disposée entre le pas de la vis 20 et le clip 19 soit par l'intermédiaire d'une partie lisse pratiquée entre l'extrémité filetée et la tête de la vis. Le dispositif de serrage 17' se compose d'une vis 20 et d'une rondelle élastique 21. La vis traverse le trou 16 et pénètre dans le filetage 24 pratiqué dans la paroi des trous 25 existants du boîtier de façon à assurer la fixation amovible de l'insert 12' sur le boîtier 1. De manière préférentielle les vis 20 sont vissées en appui sur les extrémités 10 des parois du boîtier favorisant ainsi lors du serrage une très bonne continuité électrique. La présente invention permet ainsi la mise en place aisée d'un insert filtré sur le boîtier d'un connecteur. Les dispositifs de fixation permettent un démontage aussi aisé. Pour cela, l'utilisateur procède à la déconnexion de la platine de réception des contacts 14, puis à l'aide des dispositifs de serrage 17 découple le cadre 15 et le boîtier 1, libérant ainsi les cavités 3. Ces cavités étant libérées, l'utilisateur procède à l'équipement du boîtier du connecteur par montage des inserts de son choix. 2863410 11 Le concept de modularité que couvre la présente invention représente l'avantage de pouvoir répondre aux besoins d'un client dès la définition du produit par ce dernier, de pouvoir assurer la maintenance d'un insert défaillant par l'utilisateur lui-même évitant ainsi l'immobilisation d'un équipement ou les frais importants liés au remplacement d'un connecteur complet, l'avantage de pouvoir améliorer les performances de protection des équipements électroniques en remplaçant les inserts aux performances limitées par des inserts possédant des fonctions améliorées. L'invention ne se limite pas aux particularités des dispositifs de fixation décrits. Elle englobe au contraire tout dispositif permettant le démontage et le remplacement d'inserts filtrés amovibles possédant des dispositifs de reprise de masse par le boîtier du connecteur. 12 Revendications 1. Connecteur électrique filtré modulaire plus particulièrement destiné à la protection des équipements électroniques contre les surtensions, comportant un boîtier métallique (1) pourvu d'au moins une cavité (3, 3') destinée à recevoir un insert (12, 12') constitué d'un corps isolant équipé de contacts et d'éléments de filtrage, caractérisé en ce que l'insert (12, 12') comporte un cadre périphérique (15, 15') d'une dimension supérieure à la dimension périphérique interne de la cavité (3, 3'). 2. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisé en ce que le cadre est pourvu de trous de fixation (16). 3. Connecteur électrique filtré modulaire conformément aux revendications 1 et 2 caractérisé en ce que après introduction dans la cavité, l'insert est fixé sur le boîtier par l'intermédiaire d'un dispositif de serrage (17) traversant les trous (16) du cadre assurant ainsi la fixation amovible de l'insert sur le boîtier (1). 4. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif de serrage (17) se présente sous la forme d'au moins une vis (20) équipée d'une rondelle élastique (21) dont le fût fileté s'engage dans le filetage (24) pratiqué dans les trous (25) du boîtier. 5. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisé en ce que au moins l'un des trous (25) du boîtier est équipé d'une colonnette (11). 2863410 13 6. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 5 caractérisé en ce que la colonnette (11) assure le positionnement de l'insert (12) dans la cavité (3) qu'il équipe. 7. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 5 caractérisé en ce que la longueur de la colonnette (11) est fonction de l'épaisseur du cadre (15) périphérique de l'insert (12). 8. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 5 caractérisé en ce que la colonnette comporte à l'une de ses extrémités un filetage externe (23) et se présente à l'autre de ses extrémités comme une douille creuse pourvue d'un filetage interne (22). 9. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 8 caractérisé en ce que chaque colonnette est fixée dans un des trous (25) du boîtier par vissage du filetage externe (23) de la colonnette dans le filetage (24) pratiqué dans le trou (25) du boîtier (1) . 10. Connecteur électrique filtré modulaire conformément aux revendications 5 à 9 caractérisé en ce que après introduction dans la cavité, l'insert (12) est fixé sur le boîtier (1) par l'intermédiaire de dispositifs de serrage (17) traversant les trous (16) du cadre et s'engageant dans les douilles filetées des colonnettes (11) assurant ainsi la fixation amovible de l'insert sur le boîtier. 11. Connecteur électrique filtré modulaire conformément aux 30 revendications 1 et 2 caractérisé en ce que au moins un des trous (25) de fixation du cadre (15) de l'insert est équipé d'un clip (19) de 2863410 14 mise à la masse assurant la continuité électrique entre le cadre (15) et le boîtier (1). 12. Connecteur électrique filtré modulaire conformément aux revendications 1 et 2 caractérisé en ce que au moins l'un des trous (16) de fixation du cadre de l'insert est pourvu sur sa surface interne d'une gorge (18). 13. Connecteur électrique filtré modulaire conformément aux revendications 11 et 12 caractérisé en ce que le clip (19) de mise à la masse est monté par extension dans la gorge (18) circulaire. 14. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisée en ce que les éléments de filtrage sont de type capacitif. 15. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisée en ce que les éléments de filtrage sont de type Pi. 16. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisée en ce que les éléments de filtrage sont de type à puce. 17. Connecteur électrique filtré modulaire conformément à la revendication 1 caractérisée en ce que les inserts sont amovibles afin de permettre leur remplacement lors d' une opération de maintenance, d'adaptation ou de mise à niveau.