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Die Erfindung betrifft einen koaxialen Steckverbinder (Koaxial-Stecker oder -Buchse).
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Ein solcher koaxialer Steckverbinder ist z. B. aus der
WO 2007/002692 A1 bekannt.
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Das in der
WO 2006/029847 A1 beschriebene koaxiale Verbindungsteil wird zum Verbinden einer Koaxial-Steckerbuchse mit einem Schaltungsträger verwendet. Um am Buchseneingang auftretende axiale und radiale Kräfte vom Substrat des Schaltungsträgers fernzuhalten, ist im Innenleiter ein federnd nachgiebiger Faltenbalg aus leitendem Material eingebaut. Das koaxiale Verbindungsteil umfasst ein Außenleiter-Gehäuseteil, in das ein Außenleiter-Gehäuse eingeschoben ist. Der Innenleiter wird zwischen zwei Stützscheiben aus Isoliermaterial konzentrisch gehalten. Die Stützscheibe ist in einer Ringausnehmung auf der Stirnleitung des Außenleiter-Gehäuses eingesetzt und zwischen der Stirnfläche dieser Ringausnehmung und der Stirnfläche des Außenleiter-Gehäuseteils eingeklemmt. Zur Führung eines anzuschließenden Koaxialsteckers ist eine Überwurfmutter auf den Außenleiter-Gehäuseteil angebracht, die über eine Schnappverbindung am Außenleiter-Gehäuseteil gehalten wird.
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In Dokument
WO 2005/027275 A1 werden Axialkontaktelemente in Form einer Wellenscheibe, einer geschlitzten Tellerfeder oder eines mehrstufigen Elektroformteils beschrieben, um den elektrischen Kontakt zwischen dem Steckerteil und dem Buchsenteil sicherzustellen. Dabei wird jeweils lediglich eines dieser Kontaktelemente zum Ausgleich eines axialen Versatzes der benannten Stirnkontaktflächen verwendet. Bei einer Druckanwendung auf die Axialkontaktelemente wird das Kontaktelementmaterial zusammen gepresst und weicht insbesondere nach radial innen in den Hochfrequenzraum zwischen Außenleiter und Innenleiter aus. Dies tritt umso stärker auf, je dicker dieses Axialkontaktelement sein muss, bzw. je größer die Fertigungstoleranzen im Steckelement sind.
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1 zeigt in stark vergrößertem Maßstab – der Außenleiterdurchmesser eines in 1 dargestellten 2,4-Norm-Steckers beträgt beispielsweise nur 2,4 mm – den Längsschnitt eines bisherigen koaxialen Gerätesteckers, wie er in elektronischen Messgeräten als Ein- oder Ausgang benutzt wird. Das Außenleiter-Gehäuse 1 ist beispielsweise über einen Flansch unmittelbar an der Frontplatte 2 eines Messgerätes befestigt.
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In der axialen Längsbohrung 3 dieses Außenleiter-Gehäuses 1 ist über Stützscheiben 4, 5 ein Innenleiter 6 koaxial gehalten. Im Ausführungsbeispiel sind zwei im Abstand angeordnete Stützscheiben 4 und 5 jeweils aus Isoliermaterial dargestellt. In manchen Anwendungsfällen genügt nur eine einzige steckseitige Stützscheibe 4. Der Innenleiter 6 steht im Inneren des Messgeräts unmittelbar in Verbindung mit einem schematisch angedeuteten Bauelement oder einer Schaltung 7. Zum Ausgleich von beim Stecken auftretenden Axialkräften kann im Innenleiter 6 ein elastischer Faltenbalk 8 vorgesehen sein. Auf einem Außengewinde 10 des Außenleiter-Gehäuses 1 ist steckseitig ein nach Art einer Überwurfmutter ausgebildetes Außenleiter-Gehäuseteil 9 aufgeschraubt. Die Stützscheibe 4 aus Isoliermaterial ist in einer Ringausnehmung 11 auf der Stirnseite des Außenleiter-Gehäuses 1 eingesetzt und ist zwischen der Stirnfläche 12 dieser Ringausnehmung und der radial nach innen gezogenen Stirnfläche 13 des Außenleiter-Gehäuseteiles 9 eingeklemmt.
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Außenleiter-Gehäuse 1 und Gehäuseteil 9 bestehen im Allgemeinen aus Edelstahl, die Stützscheiben 4 und 5 aus Isoliermaterial, der äußere Rand der Stützscheiben aus Isoliermaterial ist mit einem Ringmantel, beispielsweise ebenfalls aus Edelstahl überzogen und daher in axialer Richtung nicht zusammendrückbar. Das Außenleiter-Gehäuseteil 9 geht in Richtung Steckeröffnung über in einen zylindrischen Fortsatz 14, der eine der Außenleiterbohrung 3 entsprechende Innenbohrung aufweist und der in einer Außenleiter-Stirnkontaktfläche 15 endet. Der im Außenleiter-Gehäuse 1 koaxial gehaltene Innenleiter 6 setzt sich in Richtung Steckeröffnung über die Stützscheibe 4 innerhalb des zylindrischen Außenleiter-Fortsatzes 14 fort und endet in einer Steckerspitze 16, die in eine Buchse 20 einer schematisch angedeuteten koaxialen Steckerbuchse 21 einsteckbar ist.
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Im zusammengesteckten Zustand kontaktiert die Außenleiter-Stirnkontaktfläche 15 die Außenleiter-Stirnkontaktfläche 22 der Steckerbuchse 21 und im Idealzustand kontaktiert auch die eigentliche Innenleiter-Ringkontaktfläche 17, die durch den Übergang vom Außendurchmesser des Innenleiters 6 auf die im Durchmesser geringere Innenleiterspitze 16 gebildet wird, die äußere Ringstirnfläche 23 des Innenleiters 24 des Buchsenteils 21. Die mechanische Verbindung zwischen Stecker und Buchse erfolgt mittels einer Überwurfmutter 18, die über einen Springring 19 kraftschlüssig auf dem Außenleiter-Gehäuseteil 9 drehbar und axial unverschiebbar aufgesetzt ist und mit ihrem steckseitigen Innengewinde auf das Außengewinde 25 der Buchse aufschraubbar ist.
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Aus Fertigungstoleranzen ist dieser ideale Flächenkontakt sowohl zwischen den Außenleiter-Stirnkontaktflächen 15, 22 als auch zwischen den elektrischen wirksamen Innenleiter-Stirnkontakt-Ringflächen 17 und 23 nicht immer erreichbar. Bei Präzisions-Bauelementen wie Kalibrierstandards für Netzwerkanalysatoren kann durch entsprechend aufwendige Fertigungstechniken zwar erreicht werden, dass die Innenleiter-Stirnkontaktfläche 23 exakt in der gleichen Ebene wie die zugehörige Außenleiter-Stirnkontaktfläche 22 des Buchsenteiles liegt. Für normale koaxiale Geräte-Steckverbinder, beispielsweise einem an der Frontplatte eines Messgeräts befestigten koaxialen Stecker gemäß 1 können derartige teuere Fertigungstechniken jedoch nicht eingesetzt werden.
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Für solche in Serienfertigung herzustellende koaxialen Steckverbinder sind allenfalls Fertigungstoleranzen in der Größenordnung von zwei bis drei 100stel-Millimeter erreichbar, so dass die elektrisch wirksame Innenleiter-Kontaktringfläche 17 bei der Montage des in 1 dargestellten bekannten Steckverbinders um diesen Toleranzwert von der durch die Außenleiter-Stirnkontaktfläche 15 bestimmten Referenzebene abweicht und dadurch zwischen Innenleiter-Stirnkontaktringfläche 17 und Innenleiter-Kontaktstirnfläche 23 der ineinander gesteckten Innenleiter von Stecker und Buchse ein mehr oder weniger großer Ringspalt 30 entsteht, wie dies das in noch weiter vergrößertem Maßstab dargestellte Schnittbild nach 2 zeigt. Dieser Spalt 30 im Innenleiter würde eine nicht mehr vernachlässigbare Störstelle für das zu übertragene Hochfrequenzfeld bedeuten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen koaxialen Steckverbinder zu schaffen, bei dem auch trotz erheblicher Fertigungstoleranzen ein solcher störender Spalt an der Innenleiter-Verbindungsstelle vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen koaxialen Steckverbinder mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch die erfindungsgemäße Zwischenlage einer axial plastisch verformbaren Scheibe aus elektrisch leitendem Material zwischen der Stirnfläche des Außenleiter-Gehäuseteils und der durch diese eingeklemmten Stützscheibe können bei der Montage des Steckverbinders Abweichungen der Außenleiter-Stirnkontaktfläche bzw. der elektrische wirksamen Innenleiter-Ringkontaktfläche gegenüber der Referenzebene ausgeglichen werden.
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Dazu ist es nur erforderlich, bei der Montage des Steckverbinders mittels einer mechanischen Messuhr die Abweichungen der Außenleiter-Stirnkontaktfläche am Außenleiter-Gehäuseteil gegenüber der elektrisch wirksamen Innenleiter-Ringkontaktfläche zu messen und durch entsprechendes Anziehen der Gewindeverbindung zwischen Außenleiter-Gehäuseteil und Außenleiter-Gehäuse, d. h. entsprechendes axiales Verschieben der Außenleiter-Stirnkontaktfläche gegenüber dem Innenleiter, diese Flächen exakt in der Referenzebene zu justieren. Durch die axial plastisch verformbare Scheibe ist im Umfang des Toleranzbereiches der Herstellung von beispielsweise zwei bis drei 100stel-Millimeter ein solcher Ausgleich möglich.
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Die erfindungsgemäßen Eigenschaften der axial plastisch verformbaren Scheibe können beispielsweise durch entsprechende Materialwahl der Scheibe erreicht werden, beispielsweise durch Wahl eines entsprechend axial plastisch verformbaren Metalls, z. B. einer entsprechenden Metalllegierung. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die Scheibe aus mehreren aufeinander gelegten planen radial geschlitzten Ringscheiben herzustellen, wobei die Ringscheiben gegeneinander verdreht so aufeinander liegen, dass jeweils ein zwischen zwei radialen Schlitzen liegendes Scheibensegment einem Schlitz einer benachbarten Ringscheibe gegenüberliegt, da hierdurch einerseits die gewünschte axiale plastische Verformung beim Zusammenpressen der Scheiben im geschlitzten Scheibenbereich erreicht wird und trotzdem eine radiale Verformung der Ringscheiben und damit ein Eindringen des Scheibenmaterials in den Hochfrequenzraum zwischen Außenleiter und Innenleiter vermieden wird.
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Die Erfindung ist bei allen handelsüblichen koaxialen Steckverbindern einsetzbar, beispielsweise bei den handelsüblichen 7/16-, N-, 3,5-, K-, 2,4-Norm-Steckern und -Buchsen, ebenso bei üblichen so genannten Zwittersteckern, beispielsweise bei den PC7-Norm-Steckern. Die erfindungsgemäße Maßnahme kann natürlich sowohl bei Koaxial-Steckern als auch bei Koaxial-Buchsen angewandt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen bisherigen koaxialen Geräte-Steckverbinder im Schnitt;
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2 eine stark vergrößerte Ansicht des Steckverbindungsbereiches des Steckers nach 1 im Schnitt;
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3 einen erfindungsgemäßen koaxialen Steckverbinder, und
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4 und 5 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der gemäße der Erfindung benutzten axial plastisch verformbaren Scheibe.
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3 zeigt wieder das stark vergrößerte Schnittbild eines beispielsweise 2,4-Norm-Gerätesteckers wie 1. Zusätzlich ist jedoch zwischen der Stirnfläche 13 (Boden) des überwurfmutterartig ausgebildeten Außenleiter-Gehäuseteils 9, das auf dem Gewinde 10 des Außenleiter-Gehäuses 1 aufgeschraubt ist, und der Stützscheibe 4 eine Scheibe 31 aus elektrisch leitendem, jedoch axial plastisch verformbaren Material angeordnet.
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Bei der Montage des Steckers werden die Teile mit der Scheibe 31 zunächst relativ lose so zusammengeschraubt, dass zwischen den Innenleiter-Enden 17 und 23 ein sich aus der Herstellungstoleranz von beispielsweise zwei bis drei 100stel-Millimeter ergebender Spalt 30 entsteht, die Innenleiter-Ringkontaktfläche 17 also einige 100stel-Millimeter zurückgesetzt ist gegenüber der Außenleiter-Stirnkontaktfläche 15. Anschließend wird dann durch Anziehen der Schraubverbindung zwischen Außenleiter-Gehäuseteil 9 und Außenleiter-Gehäuse 1 das Außenleiter-Gehäuseteil 9 in axialer Richtung auf die plastisch verformbare Scheibe 31 gepresst und so durch plastische Verformung der Scheibe die Außenleiter-Stirnkontaktfläche 15 in axialer Richtung in Bezug auf die Innenleiter-Ringkontaktfläche 17 innerhalb des Fertigungs-Toleranzbereiches von einigen 100stel-Millimetern so axial verschoben, dass diese beide Flächen 15 und 17 exakt in einer Ebene liegen. Dadurch wird der durch Fertigungstoleranzen bedingte Spalt 30 gemäß 2 ausgeglichen.
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Die Scheibe 31, die sowohl auf der Stirnfläche 13 des Außenleiter-Gehäuseteils 9 als auch auf der äußeren plastisch nicht verformbaren Metalleinfassung der Stützscheibe 4 aufliegt, nimmt so durch die axiale plastische Verformung die gewünschte geringfügige axiale Verschiebung zum Toleranzausgleich auf.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die axial plastisch verformbare Scheibe 31 aus drei aufeinander gelegten Ringscheiben 32 nach 4, die beispielsweise aus Kupferblech mit einer Dicke von etwa 1/10 Millimeter ausgestanzt sind. Das Loch 33 in der Mitte der Ringscheibe 32 besitzt den Durchmesser der Außenleiter-Bohrung 3. Von diesem Loch 3 führen Schlitze 34 radial nach außen, die gleichmäßig über den Umfang der Scheibe verteilt sind und eine derartige radiale Länge besitzen, dass sie über den Umfang der gestrichelt angedeuteten Stützscheibe 4 hinausragen. Auf diese Weise werden zwischen diesen Schlitzen 34 im Pressbereich zwischen den Stirnflächen 13 und 12 trapezförmige Scheibensegmente 35 gebildet.
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Im Ausführungsbeispiel sind gemäß 5 drei solche flache Ringscheiben 32 aufeinander gestapelt und zwar bezüglich ihrer Schlitze 34 jeweils um 15° gegeneinander verdreht, so dass unterhalb bzw. oberhalb jedes Scheibensegment 35 jeweils ein Schlitz 34 zu liegen kommt. Dadurch kann beim Zusammenpressen der drei Scheiben zwischen den Stirnflächen 12 und 13 Material der Scheibensegmente 35 in den darunter liegenden Schlitz 34 eingepresst werden und so eine bleibende plastische Verformung der aus drei Ringscheiben bestehenden Scheibe 31 in axialer Richtung erreicht werden, ohne dass dabei der Lochrand 33 radial nach innen in den Hochfrequenz-Raum zwischen Außenleiter und Innenleiter verformt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können die Schlitze 34 auch mit eckiger Innenkontur ausgebildet sein.
