DE102006016056A1

DE102006016056A1 - Steckverbindersystem zur Kopplung von Lichtwellenleitern mit Steckern und optional Buchsen als Kontaktpartner

Info

Publication number: DE102006016056A1
Application number: DE102006016056A
Authority: DE
Inventors: Peter Kuhn; Jörg HAUSSMANN
Original assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Current assignee: Hirschmann Automation and Control GmbH
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2006-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit Steckern (1) und optional z. B. Buchsen als Kontaktpartner zur Kopplung von Lichtwellenleitern und mit einem Gehäuse (2), in dem zumindest eine Ferrule (3) zum Anschluss und zum Koppeln der Lichtwellenleiter angeordnet ist. Damit unter rauen Umgebungsbedingungen der einwandfreie Kontakt zwischen den Lichtwellenleitern zweier Kontaktpartner garantiert ist, wird vorgeschlagen, dass die Ferrule (3) in einem Kontaktträger (4) über eine schwimmende Lagerung eingelassen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbindersystem mit Steckern und optional Buchsen als Kontaktpartner zur Kopplung von Lichtwellenleitern und mit einem Gehäuse in dem zumindest eine Ferrule zum Anschluss und zum Koppeln der Lichtwellenleiter angeordnet ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Als Stand der Technik sind Steckverbindungssysteme anzusehen, die Stecker und Buchsen (auch Dosen genannt) aufweisen. Diese Stecker und Buchsen sind am Ende eines Kabels mit elektrischen Leitern angeordnet und weisen Kontaktpartner auf, die am Ende der elektrischen Leiter der Leitung angeordnet und mit diesen elektrisch kontaktiert sind. Die Kontaktpartner des Steckers korrespondieren bezüglich Form und Funktion mit den Kontaktpartnern der Buchse, so dass ein elektrischer Kontakt beim Zusammenstecken von Stecker und Buchse hergestellt wird.

Ein derartiges Steckverbindersystem mit Steckern und Buchsen als Kontaktpartner ist aus der gattungsbildenden WO 2004/097482 A1 bekannt. Hier wird ein Hybridsteckverbinder mit einem für elektrische Steckverbinder vorgesehenen Gehäuse beschrieben, in dem Kontaktelemente zum Anschluss von Kupferleitungen und Halteelemente zum Anschluss von Lichtwellenleitern befestigt sind, die jeweils mit einem Schutzmantel versehen sind. Die Halteelemente sind jeweils durch eine Ferrule gebildet, in der ein vom Schutzmantel befreiter Endabschnitt des Lichtwellenleiters festgelegt ist.

Damit der Hybridsteckverbinder weniger störanfällig ist, wird vorgeschlagen, dass die Ferrulen, mehrere Lichtwellenleiter und mehrere elektrische Kontakte in einem gemeinsamen Gehäuse vergossen sind.

Das Vergießen in einem gemeinsamen Gehäuse hat den gravierenden Nachteil, dass sich mit der Zeit gerade auch unter rauen Umgebungsbedingungen wie Schock, Temperaturschwankungen, Vibrationen etc. die Lichtwellenleiter in den Ferrulen lockern können, wodurch die Übertragung des Signals zumindest gestört, wenn nicht sogar verhindert ist. Außerdem eignet sich das Vergießen nur für die industrielle Fertigung und nicht auch für einen Einsatz vor Ort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steckverbindersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass auch unter rauen Umgebungsbedingungen der einwandfreie Kontakt zwischen den Lichtwellenleitern zweier Kontaktpartner garantiert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Ferrule in einen Kontaktträger über eine schwimmende Lagerung eingelassen ist, können die Ferrulen Schock, Temperaturschwankungen und insgesamt raue Umgebungsbedingungen auffangen, ohne dass die Signalübertragung gestört wird.

In bevorzugter Ausführung sind zumindest die Ferrulen eines Kontaktpartners in Richtung zum anderen Kontaktpartner kraftbeaufschlagt. Da die Lichtwellenleiter in die Ferrulen eingeschoben sind, werden Sie durch die Kraftbeaufschlagung auf die Ferrule des anderen Kontaktpartners gedrückt, wodurch die Stirnseiten der Lichtwellenleiter sich immer berühren, auch bei einem Stoß oder Temperaturschwankung. Der Kontakt ist dadurch immer sichergestellt.

In vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Kraftbeaufschlagung über eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder.

Bevorzugt stützt sich die Feder einerseits direkt oder indirekt am Kontaktträger und andererseits direkt oder indirekt an der Ferrule ab.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrule aus einem Aufnahmeteil zur Aufnahme des Lichtwellenleiters und einem Schiebeteil besteht, das Aufnahmeteil im Schiebeteil verschiebbar ist und umgekehrt und sich die Feder einerseits direkt oder indirekt am Aufnahmeteil und andererseits direkt oder indirekt am Schiebeteil abstützt und das Schiebeteil im Kontaktträger festliegt.

In sinnvoller Ausgestaltung kann die Ferrule in ihrer schwimmenden Lagerung eine minimale Einfahrstellung und eine maximale Ausfahrstellung einnehmen, wobei beim Koppeln eines Kontaktpartners mit einem anderen Kontaktpartner die Ferrule des einen Kontaktpartners von der Ferrule des anderen Kontaktpartners von der maximalen Ausfahrstellung in eine kraftbeaufschlagte Zwischenstellung verschiebbar ist.

Bevorzugt ist das Steckverbindersystem ein Hybridsteckverbindersystem und beinhalten die Kontaktträger neben den Ferrulen zur Aufnahme der Lichtwellenleiter auch zumindest ein Kontaktelement zum Koppeln elektrischer Leiter.

In bevorzugter Ausgestaltung sind in jedem Kontaktträger zwei Ferrulen und zwei Kontaktelemente angeordnet.

Bevorzugt weist der Kontaktträger in Längsrichtung durchgehende Bohrungen zur Aufnahme der Ferrulen auf.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung weist der Kontaktträger auf seinem Außenumfang sich in Längsrichtung erstreckende Einbuchtungen zur Aufnahme der Kontaktelemente auf.

Bevorzugt sind die Kontaktpartner in M12-Technologie ausgeführt.

Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kontaktträger als separates Bauteil in das Gehäuse einlegbar ist. Durch die Ausbildung des Kontaktträgers als separates Bauteil kann das Verbinden oder Anschließen der Lichtwellenleiter mit dem Stecker oder der Buchse auch am Einsatzort ohne großen Aufwand erfolgen.

Ein Aspekt der Erfindung ist also darin zu sehen, dass zusätzlich zu den elektrischen Leitern des Kabels auch optische Leiter (Lichtwellenleiter) eingesetzt werden, und zwar in dem gleichen Stecker bzw. der gleichen Buchse. Dabei ist der Stecker bzw. ist die Buchse in vorteilhafter Weise in M12-Technologie ausgeführt, da sich diese Technologie für Industrieanwendungen und bei Anwendungen mit rauen Umgebungsbedingungen (wie Temperaturschwankungen, Vibrationen und dergleichen) bewährt hat. Der Stecker bzw. die Buchse weist einen Kontaktträger auf, in dem die Kontaktpartner mit den angeschlossenen Leitern (elektrisch und optisch) verbunden sind. Somit können Stecker und Buchse zusammengekuppelt werden und damit die angeschlossenen Kabel mit ihren elektrischen und optischen Leitern verbinden. Diese elektrischen und optischen Leiter können in ein und demselben Kabel oder in mehreren Kabeln untergebracht sein.

Mit dem Begriff Ferrule sind die hochpräzisen mechanischen Führungsröhrchen bezeichnet, die in den beschriebenen Lichtwellenleiter-Steckern oder Buchsen die Fasern aufnehmen. Sie sind aus einem Material mit hohem Härtegrad gefertigt und zeichnen sich durch geringste Führungstoleranzen und damit durch eine sehr genaue Fertigung aus. Kleinste Toleranzabweichungen in der Ferrule könnten unmittelbare Auswirkungen auf den axialen Versatz der zu verbindenden Lichtwellenleiter haben, was einen direkten Einfluss auf die Einfügungsdämpfung hat. Auch sollte der Außendurchmesser über die gesamte Länge der Ferrule keine Abweichungen aufweisen. Wichtig ist, dass Ferrulen nach Möglichkeit keinen Achsversatz hervorrufen, auch nicht unter Druck, Temperatureinfluss oder anderer mechanischer Beanspru chung. Neben der hohen Fertigungspräzision ist die Genauigkeit des Bohrloches ein weiterer entscheidender Punkt für die Qualität von Ferrulen. Diese Bohrung muss sowohl von der Zentrizität her, als auch von dem Lochdurchmesser und dessen Rundung her eine hohe Genauigkeit aufweisen, weil die Faser in dieses Loch geschoben wird und nicht gequetscht werden sollte. Die erfindungsgemäße schwimmende Lagerung der Ferrulen behebt einige der genannten Schwierigkeiten und stellt an die Ferrulen etwas geringere Anforderungen.

Die Erfindung bietet demnach einen frei konfektionierbaren Steckverbinder (oder Buchse) zum Beispiel für zwei oder mehr optische Kontakte für Multimode, Singlemode oder Kunststoff-Fasern eines Lichtwellenleiters sowie zumindest einen oder mehr zusätzliche elektrische Kontakte, zum Beispiel für eine Spannungsversorgung. Über die elektrischen Kontakte (Kontaktpartner) erfolgt im Regelfall eine Spannungsversorgung, wobei hier auch eine Signalübertragung denkbar ist. Über die Fasern des Lichtwellenleiters erfolgt im Regelfall eine Signalübertragung.

Bezüglich von Datenübertragungen und Stromversorgungen in industriellen Applikationen bestehen heutzutage vor allen Dingen zwei Anforderungen: Eine hohe Schutzart und ein geringer Platzbedarf. Idealer Weise in Kombination mit einer hohen Übertragungsleistung und möglichst kostengünstig. Die Erfindung stellt ein System bereit, das die Lichtwellenleiter (LWL)-Technologie in der kompakten M12-Bauform unterbringt. Das System besteht aus den beschriebenen Steckern und Buchsen, optional noch einen Transceiver und eine Wanddurchführung, insbesondere inklusive Kupplung und erfüllt in bewährter M12-Bauweise alle Anforderungen der Datenübertragung im industriellen Einsatz, nämlich maximale Störsicherheit, hohe Übertragungsraten über große Reichweiten und günstige Systemkosten. Die hohe Datenübertragungsleistung geht mit einem Eingangsverlust von weniger als beispielsweise 0,3 Dezibel einher. Das System ist äußerst störsicher gegen Umwelteinflüsse wie Schock, Vibration, Temperatur (beispielsweise Einsatzbereich von minus 40°C bis plus 85°C) und EMV (IP 64/67). Die kompakte Bauform wird durch die M12-Technologie (IEC 61-076-2-101) sichergestellt. Während in vorteilhafter Weise elekt rische Leiter und Lichtwellenleiter miteinander kombiniert werden, wobei insbesondere über die Lichtwellenleiter die Signalübertragung erfolgt und eine Stromversorgung über die elektrischen Leiter erfolgt, ist es denkbar, in der bewährten M12-Technologie auch nur eine Signalübertragung über Lichtwellenleiter auszuführen. Das heißt, dass dann die Stecker bzw. Buchsen nur noch optisch wirkende Kontaktpartner, aber keine elektrisch wirkenden Kontaktpartner mehr aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Kontaktpartner der Stecker können nicht nur Buchsen, sondern auch Kopplungselemente, Wanddurchführungen oder Transceiver sein.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steckverbindersystems, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist im Folgenden beschrieben und an Hand der Figuren erläutert.

Die 1 zeigt einen Stecker 1 als Kontaktpartner eines erfindungsgemäßen Steckverbindersystems. In einem Gehäuse 2 ist ein Kontaktträger 4 eingesetzt und zwar derart, dass der Kontaktträger 4 von verbindungsseitigen Ende in das Gehäuse 2 eingeschoben ist, wobei der Kontaktträger 4 eine radiale Auskragung 8 aufweist, die auf der verbindungsseitigen Stirnseite des Gehäuses 2 aufliegt. Gehalten wird der Kontaktträger 4 von einer Überwurfschraube 9, die das verbindungsseitige Ende des Gehäuses 2 und die Auskragung 8 umgreifend auf diesem befestigt ist. Diese Befestigung erfolgt über ein Gewinde. Die Befestigung kann jedoch auch zum Beispiel über ein Aufschrumpfen oder ein Aufkleben erfolgen.
In das Gehäuse 2 sind von hinten ein oder auch mehrere Kabel 10 einführbar. Aus Gründen der besseren Übersicht sind die Kabel 10 in den Figuren nur angedeutet.
Befestigt wird das Kabel 10 über eine Befestigungsmutter 11.
Der Kontaktträger 4 nimmt die verbindungsrelevanten Teile auf. Hierzu sind bei dem gezeigten Hybridstecker im Kontaktträger 4 zwei durchgehende, in Längsrichtung verlaufende Bohrungen 7 angeordnet. In diesen beiden Bohrungen 7 ist jeweils eine Ferrule 3 zur Aufnahme der Lichtwellenleiter angeordnet.
Die Ferrulen 3 sind im Kontaktträger 4 schwimmend gelagert, wobei die Ferrulen 3 des einen Kontaktpartners, d.h. zum Beispiel ein Stecker, zu den Ferrulen 3 des anderen Kontaktpartners, d.h. zum Beispiel eine Buchse, kraftbeaufschlagt sind.
Wenn hier von der Kraftbeaufschlagung der Ferrule 3 gesprochen wird, so heißt dies auch, das die Ferrule 3 festliegt und nur der Lichtwellenleiter kraftbeaufschlagt ist.
Diese Kraftbeaufschlagung erfolgt in dem hier gezeigten Beispiel über eine Feder 6. Die Feder 6 ist auch in dem hier gezeigten Beispiel ein Bestandteil der Ferrule 3.
Die Ferrule 3 weist hierzu zwei zueinander verschiebbare Teile auf, wobei die Feder 6 sich an den beiden Teilen abstützt derart, dass der in der Ferrule 3 angeordnete Lichtwellenleiter in Richtung zum anderen Kontaktpartner kraftbeaufschlagt ist.
Werden zwei Kontaktpartner miteinander verbunden, wird der Lichtwellenleiter des einen Kontaktpartners von der Feder 6 des anderen Kontaktpartners von seiner maximalen Ausfahrstellung in eine kraftbeaufschlagte Zwischenstellung verschoben. Hierdurch ist in nahezu allen Bedingungen immer ein ausreichender Kontakt der Lichtwellenleiter sichergestellt.
Auf der Umfangswand des Kontaktträgers 4 sind zwei sich in Längsrichtung erstreckende Einbuchtungen zur Aufnahme von jeweils einem Kontaktelement 5 angeordnet. Diese Kontaktelemente 5 bestehen aus einem Aufnahmeraum mit einem Kontaktstift zur Befestigung eines elektrischen Leiters über eine Verschraubung, so dass es sich hier um einen Hybridstecker handelt. Beim Kontakt ragt der Kontaktstift in eine an den Durchmesser des Kontaktstifts angepasste Bohrung.
Eine Buchse des erfindungsgemäßen Steckverbindersystems ist ähnlich wie der eben beschriebene Stecker ausgebildet, wobei die Ferrule der Buchse an ihrem verbindungsseitigen Ende leer ist, so dass der Lichtwellenleiter des Steckers in die leere Ferrule eingeschoben wird. Ebenso trifft dies auch auf das Kontaktelement zu. In der Buchse ist die Ferrule bevorzugt auch schwimmend gelagert. Sie kann jedoch auch fest liegen. Dies trifft dann auch auf den Lichtwellenleiter zu. Bevorzugt ist jedoch zumindest ein Lichtwellenleiter zum benachbarten, d.h. zum zu koppelnden Lichtwellenleiter kraftbeaufschlagt.
Mit dem Bezugszeichen 12 ist beispielhaft ein anderer Kontaktpartner des Steckverbindersystems gezeigt.
Die 2 zeigt den Stecker 1 der 1 in vergrößertem Maßstab.

1: Stecker
2: Gehäuse
3: Ferrule
4: Kontaktträger
5: Kontaktelement
6: Feder
7: Bohrung
8: Auskragung
9: Überwurfschraube
10: Kabel
11: Befestigungsmutter
12: Kontaktpartner

Claims

Steckverbindersystem mit Steckern (1) und optional z. B. Buchsen als Kontaktpartner zur Kopplung von Lichtwellenleitern und mit einem Gehäuse (2) in dem zumindest eine Ferrule (3) zum Anschluss und zum Koppeln der Lichtwellenleiter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrule (3) in einem Kontaktträger (4) über eine schwimmende Lagerung eingelassen ist.
Steckverbindersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Ferrulen (3) eines Kontaktpartners in Richtung zum anderen Kontaktpartner kraftbeaufschlagt sind.
Steckverbindersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftbeaufschlagung über eine Feder (6), insbesondere eine Schraubenfeder erfolgt.
Steckverbindersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (6) einerseits direkt oder indirekt am Kontaktträger (4) und andererseits direkt oder indirekt an der Ferrule (3) abstützt.
Steckverbindersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrule (3) aus einem Aufnahmeteil zur Aufnahme des Lichtwellenleiters und einem Schiebeteil besteht, das Aufnahmeteil im Schiebeteil verschiebbar ist und umgekehrt und sich die Feder (6) einerseits direkt oder indirekt am Aufnahmeteil und andererseits direkt oder indirekt am Schiebeteil abstützt und das Schiebeteil im Kontaktträger festliegt.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrule (3) in ihrer schwimmenden Lagerung eine minimale Einfahrstellung und eine maximale Ausfahrstellung einnehmen kann, wobei beim Koppeln eines Kontaktpartners mit einem anderen Kontaktpartner die Ferrule (3) des einen Kontaktpartners von der Ferrule (3) des anderen Kontaktpartners von der maximalen Ausfahrstellung in eine kraftbeaufschlagte Zwischenstellung verschiebbar ist.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbindersystem ein Hybridsteckverbindersystem ist und die Kontaktträger (4) neben den Ferrulen (3) zur Aufnahme der Lichtwellenleiter auch zumindest ein Kontaktelement (5) zum Koppeln elektrischer Leiter beinhalten.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kontaktträger (4) zwei Ferrulen (3) und zwei Kontaktelemente (5) angeordnet sind.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (4) in Längsrichtung durchgehende Bohrungen (7) zur Aufnahme der Ferrulen (3) aufweist.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (4) auf seinem Außenumfang sich in Längsrichtung erstreckende Einbuchtungen zur Aufnahme der Kontaktelemente (5) aufweist.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpartner in M12-Technologie ausgeführt sind.
Steckverbindersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger (4) als separates Bauteil in das Gehäuse (2) einlegbar ist.