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Die
Erfindung betrifft eine Steckverbinderbuchse für Normverbindungen
der industriellen Informationsnetzwerktechnik, insbesondere eine RJ45-Buchse
für Ethernet-basierte Anwendungen, mit einer sich entgegen
einer Steckrichtung öffnenden Steckeraufnahme und mit einer
Mehrzahl von Kontaktfedern, die jeweils eine in Steckrichtung in
die Steckeraufnahme ragende Auflaufschräge bilden.
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Im
industriellen Bereich werden, wie schon seit geraumer Zeit in der
Bürotechnik, standardisierte Datenübertragungsverfahren
aus dem Bereich der Informationsnetzwerk- bzw. Kommunikationstechnik verwendet.
Aufgrund seiner technischen Vielseitigkeit und weiten Verbreitung
trifft dies insbesondere auf den Ethernet-basierten Datenaustausch
nach IEEE 802.3 zu. Im Bereich der Bürokommunikation hat
sich in der Verbindungstechnik für die drahtgebundene Ethernetübertragung
der 8-polige modulare Steckverbinder nach IEC 60603-7-1, auch als RJ45-Steckverbinder
bezeichnet, durchgesetzt. Bei diesen Steckverbindern bilden die
Kontaktfedern eine Auflaufschräge, gegen die jeweils ein
steckerseitiger Kontakt mit seiner Ecke fährt.
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Aufgrund
der breiten und günstigen Verfügbarkeit ist man
auch im industriellen Bereich bemüht, auf den etablierten
RJ45-Standard zurückzugreifen. Allerdings reicht die Leistungsfähigkeit
der aus dem Bürobereich bekannten RJ45-Stecker und -Buchsen insbesondere
für den industriellen Einsatz nicht aus. So fehlt es insbesondere
an einer ausreichenden mechanischen Belastbarkeit der Verbindung
und an einer ausreichenden Dichtigkeit gegenüber Staub
und Feuchtigkeit.
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Aus
dem Normentwurf IEC 61076-3-106 sind vierzehn verschiedene Lösungsvorschläge
bekannt, welche den RJ45-Standard für industrielle Anwendungen
anpassen. Außerdem sind aus dem Markt Produkte bekannt,
die das im Normentwurf verfolgte Prinzip aufgreifen. Die
DE 10 2004 038 123
B4 und die
WO
02/0673287 A1 zeigen elektrische Steckverbindungen, die
RJ45-kompatibel sind und eine erhöhte mechanische Belastbarkeit
aufweisen, allerdings für eine Verwendung in stark vibrationsgefährdeten
Umgebungen nur stark eingeschränkt geeignet sind.
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Gemeinsames
Merkmal dieser bekannten Lösungen ist, dass die mechanische
Belastbarkeit ausschließlich durch die Ausgestaltung einer äußeren
Umhüllung des Steckers und der Steckverbinderbuchse erfolgt.
Der eigentliche RJ45-Steckverbinder, bestehend aus Buchsenteil und
Steckerteil, ist unverändert ein willkürlich ausgelegtes
Standardprodukt aus der Bürokommunikation. Nach wie vor
ist problematisch, dass der RJ45-Standardstecker für den
Einsatz bei starker mechanischer Beanspruchung nicht besonders geeignet
ist, was seine Ursache unter anderem in den großzügig
ausgelegten Toleranzen nach IEC 60603-7-1 hat. Aufgrund der Toleranzen kommt
es immer zu einem mehr oder weniger starken Spiel des Steckers in
der Buchse.
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Ein
weiteres Problem, das sich in der Bürotechnik so nicht
stellt, ist, dass die Steckverbindung in industriellen Anwendungen
an einer Maschine angebracht und somit dauernden Vibrationen ausgesetzt
sein kann. Infolge des Spiels zwischen Buchse und Stecker kommt
es bei den bekannten RJ45-Verbindungen zu einer Relativbewegung
an der Kontaktstelle und infolgedessen zu einer Beschädigung
der Kontaktflächen, zu Kontaktunterbrechungen und letztendlich
zum Ausfall der Verbindung oder zum Verlust von Datenpaketen.
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In
Anbetracht dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine abwärtskompatible Steckverbinderbuchse für
Normverbindungen insbesondere nach dem RJ45-Standard zu schaffen,
welche die Vibrationssicherheit der Steckverbindung für industrielle
Anwendungen verbessert.
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Diese
Aufgabe wird für eine Steckverbinderbuchse der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass die Kontaktfedern jeweils
eine weitere, von der ersten Auflaufschräge in Steckrichtung
abgesetzte Auflaufschräge ausbilden.
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Durch
die beiden aufeinander folgenden Auflaufschrägen ist es
möglich, dass die Kontaktfedern den jeweils zugeordneten
Kontaktstecker an jeweils zwei Kontaktstellen berühren.
Die beiden Kontaktstellen sind dabei jeweils den beiden Auflaufschrägen
zugeordnet. Außerdem können bei dieser Ausgestaltung
ohne Einschränkung nach der Norm ausgestaltete Stecker
verwendet werden. Dies ist durch die von der Norm geforderte in
Steckrichtung hintere Auflaufschräge sichergestellt. Die
zusätzliche Kontaktstelle an der in Steckrichtung vorderen
Auflaufschräge kann zur zusätzlichen Kontaktierung
von Normsteckern verwendet werden.
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Durch
eine Reihe von unabhängigen, jeweils für sich
vorteilhaften Ausgestaltungen kann der Erfindungsgedanke weiter
verbessert sein.
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So
können in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Kontaktfedern
in Steckrichtung zwischen den Auflaufschrägen jeweils ein
Auflager bilden, das sich bei mit der Steckverbinderbuchse verbundenen Stecker
wenigstens indirekt an einen die Steckeraufnahme umgebenden Gehäuse
abstützt. Diese Maßnahme stellt sicher, dass sich
die Federkraft gleichmäßig über die beiden
den Auflaufschrägen zugeordneten Kontaktstellen verteilt.
Das Auflager stützt die Kontaktfeder zwischen den Kontaktstellen
ab, so dass die zu beiden Seiten des Auflagers gelegenen Bereiche
der Kontaktfedern unabhängig voneinander funktionierende
Federn bilden. Mit einer indirekten Abstützung am Gehäuse
ist dabei gemeint, dass zwischen dem Gehäuse und dem Auflager
weitere Elemente angeordnet sein können. Insbesondere kann die
Kontaktfeder in sich zurückgebogen sein, so dass sich das
Auflager an einem anderen Abschnitt der Kontaktfeder kontaktierend
abstützt, was die Signalwege verkürzt.
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Die
Kontaktfeder kann gemäß einer anderen vorteilhaften
Ausgestaltung freischwingend in die Steckeraufnahme ragen, also
lediglich an einem Ende am Gehäuse der Steckverbinderbuchse
befestigt sein. Dies ermöglicht eine hohe Elastizität
der Kontaktfeder und dadurch eine verbesserte Anpassungsfähigkeit
an unterschiedliche Formen von Steckerkontakten.
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Ferner
kann die Kontaktfeder einen sich entgegen der Steckrichtung erstreckenden
Schenkel und einen in Steckrichtung verlaufenden Schenkel aufweisen,
die insbesondere durch eine Biegung miteinander verbunden sein können.
Die Auflaufschrägen können dabei an dem in Steckrichtung
verlaufenden Schenkel ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung macht
die Kontaktfeder nochmals weicher, so dass sie Vibrationen einfacher
folgen kann. Die beiden Schenkel der Kontaktfeder liegen vorzugsweise
in einer Ebene übereinander, wobei der untere, gehäusenahe
Schenkel mit dem Gehäuse der Steckverbinderbuchse verbunden
ist.
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Der
Verlauf der Kontaktfeder kann zwischen den beiden Auflaufschrägen
eine gehäusenahe Wendestelle aufweisen, wobei die Wendestelle
in Form eines richtungsändernden Knicks oder einer richtungsändernden
Biegung ausgestaltet ist und insbesondere das Auflager bilden kann.
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Eine
weitere Wendestelle kann an einem gehäusefernen Bereich
der Kontaktfeder am in Steckrichtung gelegenen Ende der ersten Auflaufschräge angeordnet
sein. Bei dieser Ausgestaltung wird die in Steckrichtung vordere
Kontaktstelle durch die Wendestelle, also einem Knick oder einer
Biegung, der Kontaktfeder gebildet.
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Die
Erzeugung von Wendestellen ist fertigungstechnisch durch Biegen,
Knicken oder Prägen einfach. Die Wendestelle führt
zu einer hohen Flexibilität der Kontaktfeder. Um die Dauerfestigkeit
möglichst nicht zu beeinträchtigen, ist es von
Vorteil, wenn der Radius an der Wendestelle nicht zu klein ist.
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Um
den Kontaktdruck definiert an einem Punkt zu erzeugen und nicht
undefiniert auf mehrere Punkte aufzuteilen, kann die Kontaktfeder
im Bereich der Kontaktstellen eine quer zur Steckrichtung in die Steckeraufnahme
gewölbte Kontaktfläche aufweisen. Dies führt
ferner dazu, dass an den Kontaktstellen bei einer Relativbewegung
zwischen Stecker und Steckverbinderbuchse die gewölbte
Oberfläche auf dem Steckerkontakt abrollt und die punktuelle
Kontaktierung sicherstellt.
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Ein
weiteres Problem bei RJ45-Steckverbindungen ist es, ein gutes Übertragungsverhalten
bei höheren Frequenzen sicherzustellen. Insbesondere das
Nahnebensprechen für hohe Frequenzen nach dem IEC 60603-7-5-Standard
stellt hier eine hohe Herausforderung dar.
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Um
das Übertragungsverhalten bei höheren Frequenzen
zu verbessern, kann der Abstand benachbarter Kontaktfedern dadurch
vergrößert werden, dass Verbindungsleitungen zu
den in die Steckeraufnahme ragenden Bereichen der Kontaktfedern
der benachbarten Kontaktfedern in jeweils unterschiedlichen Ebenen
angeordnet sind. Die Verbindungsleitungen können dabei
von beliebiger Art sein. Fertigungstechnisch bevorzugt sind die
Verbindungsleitungen von Verbindungsabschnitten der entsprechend
verlängerten Kontaktfedern jeweils einstückig gebildet.
Ferner kann zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens
bei höheren Frequenzen die in Steckrichtung hintere Auflaufschräge
benachbarter Kontaktfeder jeweils in unterschiedlichen Ebenen enden.
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Eine
alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Verringerung
des Nebensprechens kann darin bestehen, die Verbindungsleitungen
oder -abschnitte zu den in die Steckeraufnahme ragenden Bereichen der
Kontaktfedern bei benachbarten Kontaktfedern überkreuz
zu führen.
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Die
Steckeraufnahme kann einen im Wesentlichen quaderförmigen
Aufnahmeraum für den Stecker bilden, wobei die Kontaktfedern
an einer Seitenfläche des Aufnahmeraums angeordnet sind.
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Um
eine in die Steckverbinderbuchse eingeführten Stecker mit
größerer Kraft halten zu können, kann
gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
zusätzlich eine Haltefeder an einer von der Seitenfläche
der Kontaktfedern unterschiedlichen Seitenfläche vorgesehen
sein. Durch eine solche, bei eingesteckten Stecker ausgelenkte Haltefeder
wird eine zusätzliche Kraft auf den Stecker ausgeübt,
so dass dieser in der Buchse besser geführt und positioniert
ist.
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Um
eine Lagerung des Steckers in der Steckverbinderbuchse mit einer
besonders hohen Vibrationsfestigkeit zu ermöglichen und
das Spiel des Steckers in der Steckverbinderbuchse auszugleichen,
kann wenigstens ein Paar von gegeneinander wirkenden Haltefedern
vorgesehen sein.
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Die
Haltefedern können sich insbesondere in Steckrichtung bis
in den Bereich der Auflaufschrägen erstrecken, so dass
sie sich insbesondere an der Kunststoffspitze eines RJ45-Steckers
abstützen können. Vorzugsweise ist die Haltekraft
der Haltefedern so bemessen, dass der Stecker bei Vibrationen zu
einer vorbestimmten Stärke in der Steckverbinderbuchse
fixiert ist. Eine Relativbewegung des Steckers in der Buchse setzt
somit erst bei höheren Vibrationsamplituden ein, als das
bei den bisher bekannten Produkten der Fall ist.
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Um
eine zusätzliche Verrastung des Steckers in der Steckverbinderbuchse
zu ermöglichen, kann der Stecker eine Ausbuchtung zur Aufnahme der
Haltefeder aufweisen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Haltefedern
als elektrisch leitende Schirmkontaktfedern ausgestaltet sein, welche
ein die Steckverbinderbuchse auskleidendes oder umgebendes Schirmblech
mit einem Schirmblech eines in der Buchse eingeführten
Steckers elektrisch leitend verbinden. Insbesondere kann die Schirmkontaktfeder
vom Schirmblech beispielsweise durch einen ausgestanzten und gebogenen
Abschnitt gebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung erfüllt
die Haltefeder eine Doppelfunktion als rein mechanische Haltefeder
im Bereich der Kunststoffspitze des RJ45-Steckers und als Schirmkontakt
in dem zum Leitungskabel hin gelegenen abgeschirmten Abschnitt des
Steckers.
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Die
Schirmkontaktfeder kann ferner eine den Kontaktfedern entsprechende
Ausgestaltung aufweisen, insbesondere also zwei in Steckrichtung
hintereinander liegende, durch ein Auflager voneinander getrennte
Auflaufschrägen ausbilden.
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Eine
Andruckfeder, deren Wirkrichtung entgegen der Wirkrichtung der Kontaktfedern
weist, kann ebenfalls in die Steckeraufnahme ragen. Bei eingesetztem
Stecker und ausgelenkter Andruckfeder kann durch die Andruckkraft
der Andruckfeder sichergestellt werden, dass die Kontaktkräfte über
eine Serie von Steckverbinderbuchsen und Steckern nur geringfügig
voneinander abweichen.
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Das
Einsetzen des Steckers in die Steckerverbinderbuchse kann durch
eine Einführfase erleichtert sein, welche die gegen die
Steckrichtung gelegene Öffnung der Steckeraufnahme umgrenzt
und sich gegen die Steckrichtung weitet.
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Die
mechanische Belastbarkeit einer zusammengesteckten Anordnung von
Stecker und Steckverbinderbuchse kann ferner dadurch erhöht
sein, dass die Länge der Aufnahme der Steckverbinderbuchse
in Steckrichtung das Normmaß überschreitet und
die Aufnahme sich in Steckrichtung erstreckende, vorzugsweise sich
paarweise gegenüberliegende Steckerführungen in
Form von ebenen Führungsflächen aufweist, wobei
der Abstand der Steckerführungen voneinander nach den Kleinstmaßen
der Normtoleranz bemessen ist. Im eingesetzten Zustand liegen entsprechende
Bereiche des Steckers auf den Steckerführungen möglichst
vollflächig auf. Die Verlängerung des Steckers
und damit der Steckerführungen verringert die Beweglichkeit
des Steckers in der Steckverbinderbuchse, während gleichzeitig
auf die Steckverbindung wirkende Kräfte über größere Fläche
geleitet werden, was die Flächenpressung verringert. Die
Bemessung des Abstandes der Führungsflächen nach
den Kleinstmaßen der Normtoleranz stellt eine Kompatibilität
zur Norm sicher, während gleichzeitig die Beweglichkeit
des Steckers minimiert ist.
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Schließlich
kann die Steckverbinderbuchse zusätzliche Möglichkeiten
zur Verriegelung eines speziell dafür ausgelegten Steckers
aufweisen, beispielsweise durch Verschrauben oder Verrasten. Die Haltemittel
der Steckverbinderbuchse sind dabei fest und bewegungsstarr mit
der Leiterplatte verbunden, so dass jede mechanische Belastung des
Steckers und des Kabels über die Steckverbinderbuchse direkt
auf die Leiterplatte übertragen wird.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft erläutert. Dabei
können die bei unterschiedlichen Durchführungsformen
unterschiedlichen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden,
wie dies aus den obigen Ausführungen hervorgeht. Falls
es auf einem mit einem bestimmten Merkmal verknüpften Vorteil
bei einer speziellen Anwendung nicht ankommen sollte, kann dieses
Merkmal auch weggelassen werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen
Steckverbinderbuchse,
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2 eine
schematische Perspektivanordnung der Kontaktfeder der Steckverbinderbuchse
der 1,
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3 eine
Anordnung umfassend die Steckverbinderbuchse der 1 und
einen unvollständig in die Steckverbinderbuchse eingeführten
Stecker in einer schematischen, perspektivischen Schnittdarstellung,
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4 eine
schematische Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform
einer Steckverbinderbuchse und eines Steckers,
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5 eine
schematische Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform
eines Steckers,
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6 bis 9 weitere
Ausführungsformen von Kontaktfedern in jeweils einer schematischen Seitenansicht
in teilweiser Schnittdarstellung und
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10 eine
schematische Perspektivdarstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steckverbinderbuchse.
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Zunächst
ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Steckverbinderbuchse 1 mit
Bezug auf die 1 erläutert. Die Steckverbinderbuchse 1 weist ein
im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2 auf, das
aus spritzgegossenem Kunststoff gebildet sein kann.
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Das
Gehäuse 2 umgibt eine Steckeraufnahme 3 in
Form einer Aussparung, die sich nach außen entgegen einer
Steckrichtung Z öffnet und ebenfalls quaderförmig
ausgebildet sein kann. Die Steckeraufnahme 3 ist in einer
Mittenebene M symmetrisch ausgestaltet und zur Aufnahme eines in
Steckrichtung Z einzuführenden, komplementären
Steckers ausgebildet, der in 1 der Übersicht
halber nicht dargestellt ist.
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Die
Steckverbinderbuchse 1 weist eine Mehrzahl von Kontaktfedern 4 auf,
die von einer Seitenwand 5a des Gehäuses 2 in
die Steckeraufnahme 3 ragen. Bei der in 1 gezeigten
Steckverbinderbuchse vom Typ RJ45 sind acht parallel zueinander in
Steckrichtung Z verlaufende Kontaktfedern 4 vorgesehen.
Die Ausgestaltung der Kontaktfedern 4 ist unten mit Bezug
auf die 2 im Detail erläutert.
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Die
Steckeraufnahme ist ferner mit sich in Steckrichtung Z erstreckenden
Auflage- und Führungsflächen 6 bis 13 versehen,
die sich in den beiden senkrecht zur Steckrichtung Z verlaufenden,
zur quaderförmigen Aufnahme seitenparallelen Richtungen
X, Y jeweils paarweise gegenüberliegen. In Y-Richtung liegen
die beiden Paare 6, 9 und 10, 13 der
ebenen Führungsflächen, in X-Richtung die Paare 7, 12 und 8, 11 einander
gegenüber. Der Abstand A der Führungsflächen 7, 8 und 11, 12 in
X-Richtung entspricht dem Kleinstmaß nach der Norm des
jeweiligen Steckverbindungssystems, hier bei einem Stecker RJ45
der IEC 60603-7-1. Gleiches gilt für den Abstand B der
Paare von Y-Führungsflächen 6, 9 und 10, 13.
Die Länge L der Führungen 6 bis 13 in
Z-Richtung ist größer als die Normlänge
der jeweiligen Steckernorm, um den Stecker in der Steckverbinderbuchse über
eine größere Länge zu führen
und dessen Spielraum für Kippbewegungen zu verringern.
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Die Öffnung
O der Steckeraufnahme 3 ist von einer Einführfase 14 umgeben,
die sich entgegen der Steckrichtung Z aufweitet und das Einstecken des
Steckers in die Steckeraufnahme 3 durch die Öffnung
O erleichtert.
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Die
Steckverbinderbuchse 1 weist zusätzlich zu den
Kontaktfedern 4 eine Reihe von weiteren Federelementen
auf, die den Stecker in der Steckeraufnahme 3 zusätzlich
fixieren und das Spiel des Steckers in der Steckverbinderbuchse
ausgleichen, wie im Folgenden erläutert ist:
Ein Paar
von symmetrisch bezüglich der Mittenebene M der Steckverbinderbuchse 1 angeordneten
Andrückfedern 16 ragt von der den Kontaktfedern 4 gegenüberliegenden
Seitenfläche der Steckverbinderbuchse 1 in Y-Richtung
in die Steckeraufnahme 3, so dass ihre Wirkung der Wirkung
der Kontaktfedern 4 entgegengesetzt ist. Jede Andruckfeder 16 bildet vorzugsweise
zwei in Steckrichtung Z hintereinander liegende Andrückstellen 16a aus,
an denen sich der eingesetzte Stecker abstützt. Die Andrückstellen 16a sind
durch gehäuseferne Wendestellen in Form von Biegungen oder
Knicken gebildet, die sich in Steckrichtung Z an jeweilige Auflaufschrägen 16b anschließen.
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Wenigstens
ein Paar von einander gegenwirkenden Haltefedern 18 kann
auch an den sich in X-Richtung gegenüberliegenden Seitenflächen 5b der
Steckeraufnahme 3 ausgebildet sein. Die Haltefedern 18 können,
wie in 1 dargestellt ist, gegabelt ausgestaltet sein
und beispielsweise drei in die Steckeraufnahme ragende Haltestellen 18a ausbilden,
die gegen den eingesetzten Stecker drücken. Wie die Andrückstellen 16a der
Andrückfedern 16 sind die Haltestellen 18a der
Haltefedern 18 durch Wendestellen im Verlauf der Haltefedern 18 gebildet, beispielsweise
durch Knicke oder Biegungen. Die Haltestellen 18a sind
jeweils im Anschluss an in Steckrichtung Z verlaufende Auflaufschrägen 18b angeordnet.
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Die
Haltefedern 18 sind wenigstens an den in Steckrichtung
Z vorderen Haltestellen 18a in die Steckeraufnahme 3 gewölbt
profiliert ausgestaltet. Dies kann beispielsweise durch Einprägen
einer Sicke in die von der Steckeraufnahme 3 abgewandten
Seite erfolgen.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform dienen
die Haltefedern 18 und die Andruckfedern 16 als
Schirmkontaktfedern, welche eine Abschirmung des in die Steckverbinderbuchse 1 eingesetzten
Steckers elektrisch leitend kontaktieren. Hierzu sind die die Andruckfedern 16 und
die Haltefedern 18 vorzugsweise integral an einem die Steckeraufnahme 3 umgrenzenden
Schirmblech 19 ausgeformt. Wie in 1 gezeigt
ist, umgibt das Schirmblech 19 das Gehäuse 2 des
Steckverbinders 1 außen. Das Schirmblech 19 ist
aus einem Bahnmaterial gefertigt, um das Gehäuse 2 gefaltet
und durch Formschlusselemente 20 zusammen gehalten ist.
Die Andruckfedern 16 und die Haltefedern 18 sind
von ausgestanzten Vorsprüngen des Schirmblechs 19 gebildet
und, den gegen die Steckrichtung Z weisenden Rand 21 umgreifend,
durch die Öffnung O in die Steckeraufnahme 3 gebogen.
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Ein
Steckschlitz 22 in der entgegen der Steckrichtung Z weisenden
Vorderseite des Gehäuses 2 kann zur weiteren Befestigung
des Schirmbleches 19 dienen.
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Schließlich
bildet das Gehäuse 2 in der Steckeraufnahme 3 zwei
in Z-Richtung gelegene, aufeinander zu weisende Anschläge 23, 24 auf,
welche zwischen sich eine Ausnehmung 25 zur Aufnahme eines
steckerseitigen Rastelements bilden.
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Mit
Bezug auf die 2 wird nunmehr der Aufbau der
Kontaktfedern 4 erläutert. Dabei werden die bei 1 verwendeten
Bezugszeichen für die bereits beschriebenen Elemente verwendet.
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Die
Kontakffedern 4 sind aus Stanz- oder Drahtmaterial geformt
und weisen zwei getrennte, in Steckrichtung Z hintereinander angeordnete
Auflaufschrägen 26, 27 auf, denen jeweils
eine Kontaktstelle 28, 29 zugeordnet ist. Die
Auflaufschrägen 26, 27 überlagern
einander in der Projektion in Steckrichtung Z, wobei das Ende 27a der
in Steckrichtung Z hinteren Auflaufschräge 27 weiter
in die Steckeraufnahme ragt als die vordere Auflaufschräge 26.
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Die
Auflaufschrägen 26, 27 erstrecken sich gegen
die Y- und die Steckrichtung geneigt in die Steckeraufnahme 3 (vgl. 1).
Die vordere Auflaufschräge 26 endet in Steckrichtung
Z an der vorderen Kontaktstelle 28, in einer Wendestelle 30 des
Verlaufs der Kontaktfeder 4, welche eine Richtungsumkehr
im Verlauf der Kontaktfeder, also einen Knick oder eine Biegung,
darstellt. Die hintere Kontaktstelle 29 ist im Bereich
der hinteren Auflaufschräge 27 angeordnet. Eine
weitere Wendestelle 30 ist in Steckrichtung Z hinter der
gehäusefernen Wendestelle 28, also der vorderen
Kontaktstelle, am Beginn der hinteren Auflaufschräge 27 angeordnet.
Der Verlauf der Kontaktfeder 4 weist somit im Bereich zwischen
Auflaufschrägen 26, 27 eine Doppelknick-
oder Doppelbiegungs-Struktur in der Projektion in Y-Richtung auf.
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An
den Kontaktstellen 28, 29 weist die Kontaktfeder 4 vorzugsweise
einen konkav profilierten Querschnitt auf, so dass der Querschnitt
in X-Richtung in die Steckeraufnahme 3 (vgl. 1)
hinein gewölbt ist. Hierzu kann die Kontaktfeder 4 als
Hohlprofil, beispielsweise mit einer Sicke an der von der Steckeraufnahme
abgewandten Seite ausgestaltet sein.
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Um
das Übertragungsverhalten bei hohen Frequenzen zu verbessern,
enden die in Steckrichtung Z hinteren Auflaufschrägen 27 in
jeweils unterschiedlichen, in Y-Richtung voneinander beabstandeten
Ebenen I, II. Ebenso enden Verbindungsleitungen
oder -abschnitte 31, welche die Kontaktfedern 4 mit
außerhalb der Steckverbinderbuchse 1 (vgl. 1)
angeordneten Kontakten verbinden, ebenfalls auf von einander in
Y-Richtung gelegenen Ebenen III, IV. Wie in 2 dargestellt
ist, können die Verbindungsleitungen 31 auch einstückig
von den Kontaktfedern 4 gebildet sein.
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Eine
weitere Verbesserung des Übersprechverhaltens lässt
sich erreichen, wenn die Verbindungsabschnitte 31 benachbarter
Kontaktfedern in X-Richtung über Kreuz geführt
sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Verbindungsabschnitte 31 in
der X-Z-Ebene liegende, sich in der Projektion Y-Richtung überkreuzende
Abkragungen 32 bilden.
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Unabhängig
von der Anordnung der Verbindungsabschnitte 31 und der
Enden 27a in unterschiedlichen Ebenen liegen die Kontaktstellen 28 und
die Kontaktstellen 29 bei benachbarten Kontaktfedern jeweils
in einer Ebene, um eine normgerechte Verbindung zu gewährleisten.
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3 zeigt
den Steckverbinder 1 der 1 mit einem
unvollständig eingeführten Stecker 33 in einer
Schnittdarstellung. Der Stecker 33 weist Steckerkontakte 34 auf,
die jeweils in Schlitzen 35 parallel zueinander angeordnet
sind. Die Schlitze 35 sind in Steckrichtung Z und nach
unten entgegen der Y-Richtung offen, ihre Breite in X-Richtung entspricht wenigstens
der Breite der Kontaktfedern 4. Die Schlitze 35 mit
den darin liegenden Steckerkontakten 34 fluchten in Steckrichtung
Z mit den Kontaktfedern 4. Beim Einstecken des Steckers 33 in
die Steckeraufnahme 3 fährt zunächst
die in Steckrichtung Z gelegene vordere Auflaufschräge 26 in
den Schlitz 35 ein und kontaktiert den Steckerkontakt 34.
Während der Stecker 33 in Steckrichtung Z weiter
in die Steckeraufnahme gedrückt wird, gleitet ein vorderer Eckbereich 34a des
Steckerkontakts 34 bei gleichzeitigem Herabdrücken
der Kontaktfeder 4 in Pfeilrichtung P entlang der vorderen
Auflaufschräge 26, bis die vordere Kontaktstelle 28 an
der Unterseite des Steckerkontakts anliegt. Wird der Stecker 33 nun weitergeschoben,
trifft er auf die hintere Auflaufschräge 27 und
drückt diese mit seinem vorderen Eckbereich nach unten
in Richtung des Gehäuses 2. In der Endstellung
des Steckers 33 liegt der Eckenbereich des Steckerkontakts 34 an
der hinteren Kontaktstelle 29 an. Gleichzeitig kontaktiert
die Kontaktstelle 28 den Steckerkontakt 34 von
unten.
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Der
Steckverbinder 33 weist einen in Steckrichtung Z gelegenen,
vorderen Gehäuseteil 36 aus Kunststoff auf, in
dem auch die Schlitze 35 eingeformt und die Steckerkontakte 34 angeordnet
sind. Ein Rastmittel 37 mit einer Handhabe 38 ist
einstückig und elastisch auslenkbar vom Steckerteil 36 gebildet.
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Eine
Abschirmung 39 beispielsweise aus Blech, umgibt den Stecker 33 außen
an dessen zum Kabel 40 hin gerichteten Abschnitt. Im vollständig eingesteckten
Zustand ist die Abschirmung 39 von den zur Öffnung
O hin gelegenen Haltestellen 18 der als Abschirmkon taktfedern
ausgestalteten Andruckfedern 16 und Haltefedern 18 kontaktiert.
Die in Steckrichtung Z gelegenen Andruckstellen 16 und Haltestellen 18 der
Federelemente 16, 18 liegen vorzugsweise am vorderen
Gehäuseteil 36 des Steckers 33 an.
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In 3 ist
schließlich noch zu erkennen, dass die Verbindungsabschnitte 31 der
Kontaktfedern außerhalb der Steckverbinderbuchse 1 in
von außerhalb der Steckverbinderbuchse 1 zugänglichen Anschlusskontakten 41 enden.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer Steckverbinderbuchse 1 und
des Steckers 33, wobei für bereits oben beschriebene
Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber
wird lediglich auf die Unterschiede zu den in den 1 bis 3 dargestellten
und oben beschriebenen Ausführungsformen eingegangen.
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In 4 ist
der Stecker mit einem zusätzlich umhüllten Gehäuse
nach IEC 61076-3-106 umgeben. Die Steckverbinderbuchse 1 ist
an ihrer gegen die Steckrichtung Z gerichteten Vorderseite 42 zusätzlich
mit einem die Öffnung O umgebenden Kragen 43 versehen.
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Ein
Absatz 44, dessen Außenkontur im Wesentlichen
der Innenkontur des Kragens 43 entspricht, ist in den Kragen
einschiebbar und an die Frontseite 42 in Anschlag bringbar
am Stecker 33 angeordnet.
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Eine
zusätzliche Umhüllung 45 zwischen dem
Absatz 44 und einer Kabelbefestigung 46 bildet eine
in 4 nicht zu erkennende Aufnahme für den Kragen 43,
in der dieser einschiebbar und verrastbar ist.
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Bei
der Ausführungsform der 4 wird die mechanische
Verbindung zwischen dem an der Kabelaufnahme 46 des Steckers 33 angeschlossenen Kabel
(nicht gezeigt) und einem die Steckverbinderbuchse 1 haltenden
Gerät (nicht gezeigt) durch eine Verrastung der Elemente 43, 44, 45 bewirkt.
Um den in Steckrichtung Z gelegenen Teil 36 des Steckers 33 spielfrei
zu halten, ohne zu hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit
der Steckeraufnahme 3 und des Steckerteils 36 zu
stellen, erfolgt durch die Federn 16, 18 eine
gefederte Lagerung in X- und Y-Richtung, wie dies oben beschrieben
ist.
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Somit
ist die mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebene
Ausgestaltung der Steckverbinderbuchse 1 auch bei RJ45-Steckverbindungen
mit besonders hoher mechanischer Belastbarkeit anwendbar.
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In 5 ist
eine alternative Ausgestaltung eines Steckers 33 gezeigt.
Der Stecker 33 weist einen vorderen Steckerteil 36 auf,
der an einer der Haltefeder 18 zugeordneten Seitenfläche
mit einer Einbuchtung 47 versehen ist. Die Einbuchtung 47 dient
zur Aufnahme des in Z-Richtung hinteren Halteabschnittes 18a der
Haltefeder 18, während die vorderen, näher
zur Öffnung O gelegenen Halteabschnitte 18a nach
wie vor zur Kontaktierung des Schirmbleches 39 des Steckers 33 dient.
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Mit
Bezug auf die 6 bis 9 werden nun
unterschiedliche Ausführungsformen der Kontaktfeder 4 beschrieben,
wobei für oben bereits beschriebene Elemente dieselben
Bezugszeichen verwendet werden.
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Die
Ausführungsformen der 6 bis 8 weisen
alle eine Doppelknick-Struktur auf, wie sie oben im Zusammenhang
mit der 2 beschrieben ist.
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In
den 6 bis 8 ist jeweils der unverformte
Zustand der Kontaktfeder 4, wie er bei nicht in die Steckverbinderbuchse 1 eingesteckten
Stecker 33 eingenommen ist, gestrichelt dargestellt. In
einer durchgezogenen Linie ist die bei vollständig eingestecktem
Stecker 33 eingenommene Endstellung der Kontaktfeder 4 dargestellt.
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Wie
in den 6 bis 9 zu erkennen ist, kontaktieren
die beiden Kontaktstellen 28, 29 den Steckerkontakt 34 in
der Endstellung an zwei in Steckrichtung Z voneinander beabstandeten
Stellen. Die Kontaktstelle 29 berührt dabei normgemäß den Steckerkontakt 34 an
dessen in Z-Richtung gelegenen Eckenbereich 34a. Die zum
Steckerkontakt 34 gerichtete Biegung an der vorderen Kontaktstelle 28 berührt
den Steckerkontakt 34 an dessen in Steckrichtung verlaufender
Unterseite.
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An
einem ihrer Enden Q ist die Kontaktfeder 4 jeweils im Gehäuse 2 befestigt.
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Im
Folgenden sind kurz die Unterschiede der Ausführungsformen
der 6 bis 9 beschrieben.
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In
den 6 bis 8 ist zu erkennen, dass sich
der Bereich zwischen den beiden Auflaufschrägen 26, 27 bei
eingestecktem Stecker 33 wenigstens indirekt am Gehäuse 2 abstützt.
Dabei dient die Wendestelle 30, in der die Kontaktfeder 4 eine
zum Gehäuse 2 gerichtete Biegung aufweist, als
Auflager E, das durch den Stecker in Richtung Gehäuse 2 gedrückt
wird. In 9 ragt dagegen die Kontaktfeder 4 freischwingend,
also ohne Bildung eines Auflagers E, in die Steckeraufnahme 3.
Den Ausführungsformen der 6 bis 8 ist
ferner gemeinsam, dass das Auflager 30 in Steckrichtung
Z zwischen den beiden Kontaktstellen 28, 29 bzw.
zwischen den beiden Auflaufschrägen 26, 27 liegt,
so dass die von den Auflaufschrägen 26, 27 gebildeten
Abschnitte der Kontaktfeder 4 zu beiden Seiten des Auflagers
E unabhängig voneinander wirkende Teilfedern bilden. Dies
ermöglicht eine sichere Kontaktierung des Steckerkontaktes 34.
Bei der Ausführungsform der 6 ist die
Kontaktfeder 4 von dem in Steckrichtung Z gelegenen, hinteren
Teil des Steckverbinders 1 kommend in einer X-Y-Ebene liegend
unter Ausbildung zweier Schenkel 4a, b, die durch eine
sich über etwa 290° bis 350° erstreckende
Biegestelle 4c verbunden sind, zurück gebogen.
Der eine gehäusenahe Schenkel 4a erstreckt sich
entlang der Seitenfläche 5 entgegen der Steckrichtung
Z und bildet den Verbindungsabschnitt 31. Der in Steckrichtung
Z verlaufende Schenkel 4b bildet die Auflaufschrägen 26, 27 und
die Wendestelle 30. Die das Auflager E bildende Wendestelle 30 am
Schenkel 4b kontaktiert im eingesteckten Zustand des Steckers 33 den
Schenkel 4a und verkürzt dadurch den Signalweg.
Der Schenkel 4a liegt dabei wenigstens abschnittsweise auf
der Seitenfläche 5a auf.
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In 7 setzt
der Verbindungsabschnitt 31 die erste Auflaufschräge 26 im
Wesentlichen kontinuierlich entgegen der Steckrichtung Z zum Gehäuse 2 hin
fort. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn die Anschlusskontakte 41 (vgl. 3) an der
Unterseite oder Vorderseite der Steckverbinderbuchse 1 angeordnet
sind.
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Bei
der Ausführungsform der 8 ist die vordere
Auflaufschräge 26 stark verkürzt und
nur noch im Ansatz vorhanden. Die hintere Auflaufschräge 27 geht
in Steckrichtung Z unmittelbar in den Verbindungsabschnitt 31 über.
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Bei
den Ausführungsformen der 7 und 8 kann
die Abstützung des Auflagers 30 auf dem Gehäuse 2 oder
einer Leiterplatte zur Kontaktierung und damit zu einer Verbesserung
des Nebensprechverhaltens benutzt werden.
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Die
in der 9 dargestellte Ausführungsform bildet
die beiden Kontaktstellen 28, 29 ohne ein Auflager
E aus. Hierzu ragt die Kontaktfeder 4 entgegen der Steckrichtung
Z in die Steckeraufnahme 3 hinein. Im Übrigen
ist der Aufbau der Kontaktfeder 4 in der Ausführungsform
der 9 ähnlich dem Aufbau der Kontaktfeder
der Ausführungsform der 6 mit ihren
zwei Schenkeln 4a, 4b und der Biegestelle 4c. Der
Unterschied zur Ausführungsform der 6 besteht
darin, dass der entgegen der Steckrichtung Z verlaufende Schenkel 4a beabstandet
vom Gehäuse 2 verläuft und nur an seinem
Ende Q eingespannt ist. Der andere Schenkel 4a ist frei
beweglich. Bei eingestecktem Stecker 33 bleibt die Kontaktfeder 4 vom Gehäuse
beabstandet.
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Durch
die freischwingende Ausgestaltung der Kontaktfeder 4 wird
erreicht, dass sich der Winkel der vorderen Auflaufschräge 26 bezüglich
der Horizontalen entsprechend der Lage des Steckers 33 so einstellen
kann, dass stets beide Kontaktstellen 28, 29 am
Steckerkontakt 34 anliegen. Die vom Steckerkontakt 34 beabstandete
Wendestelle 30 ermöglicht zusammen mit der vom
Stecker 33 erzeugten Spannung der Kontaktfeder 4,
dass sich die Kontaktfeder 4 durch eine kippende Bewegung
um die vordere Ecke 34a des Steckerkontakts an unterschiedliche Lagen
des Steckers 33 anpassen kann. Diese Variante ermöglicht
einen kürzeren Abstand der beiden Kontaktstellen 28, 29 in
Steckrichtung Z voneinander und damit die Verwendung von Steckern 33 mit
kurzen Steckerkontakten 34.
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In
einer Modifikation der Ausführungsform der 9 kann
die Wendestelle 30 bei eingestecktem Stecker 33 auf
dem unteren Schenkel 4a anliegen, der nach wie vor freifedernd
ausgestaltet ist.
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10 schließlich
zeigt eine weitere Ausführungsform einer Steckverbinderbuchse 1,
die auf einer Leiterplatte 48 mittels Form- oder Stoffschluss, beispielsweise
mittels einer Lötverbindung 49, bewegungsstarr
befestigt ist. Die Steckverbinderbuchse 1 weist an ihrer
gegen die Steckrichtung Z weisenden Frontseite 42 Haltemittel 50 auf,
durch welche ein entsprechend ausgestalteter Stecker 33 (in 9 nicht
gezeigt) bewegungsstarr mit der Steckverbinderbuchse 1 befestigt
werden kann. Das Haltemittel 50 kann beispielsweise eine
Verschraubung oder eine bewegungsstarre Verrastung sein. Die Ausgestaltung
der Steckeraufnahme 3 entspricht der in 1 und 3 dargestellten
Ausführungsform und erlaubt insbesondere eine schwimmende
Lagerung des in Steckrichtung Z weisenden Teils 36 des
Steckers 33. Durch die Haltemittel 50 und die
bewegungsstarre Verbindung 49 mit der Leiterplatte werden
sämtliche auf das Kabel oder den Stecker 33 wirkenden
Kräfte direkt auf die Leiterplatte 49 übertragen,
ohne dass diese Kraft über die Kontaktfedern 4 läuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004038123
B4 [0004]
- - WO 02/0673287 A1 [0004]