DE102008012251A1

DE102008012251A1 - Intermodulationsarmer Steckverbindereinsatz für HF-Steckverbinder

Info

Publication number: DE102008012251A1
Application number: DE200810012251
Authority: DE
Inventors: Werner Wild
Original assignee: TEFKOM GmbH
Current assignee: TEFKOM GmbH
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Beschrieben wird ein Steckverbindereinsatz, der nicht wie üblich fest eingebaut ist, sondern über weitere Elemente axial fixiert wird. Die äußeren Abmessungen des Steckverbindereinsatzes und die inneren Abmessungen des aufnehmenden Steckverbinderkörpers bzw. des verwendeten Einpressringes sind so gewält, dass der Steckverbindereinsatz zwar fixiert, aber dennoch in axialer Richtung beweglich ist. Dies hat zur Folge, dass die durch den Kupplungsmechanismus erzeugten Kontaktkräfte ohne weitere Verluste an die Kontaktstellen des Steckverbindereinsatzes und des Steckverbinderkörpers weitergeleitet werden. Der entscheidende Vorteil dabei ist, dass nicht wie bei reinen Pressverbindungen die Gefahr einer elastischen Rückfederung besteht, was den HF-Kontakt an den vorgesehenen Kontaktflächen drastisch verschlechtern würde. Da diese Gefahr nicht besteht, sind derartige Steckverbindereinsätze vor allem bei intermodulationssensitiven Anwendungen bevorzugt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Materialpaarungen zwischen Steckverbindereinsatz und Steckverbinderkörper möglich werden, die bisher nicht möglich waren. Durch die richtige Auslegung der Größe der Kontaktflächen kann zuverlässig eine Überschreitung der zulässigen Flächenpressung, sowohl bei der Montage in der Herstellung wie auch in der Anwendung, vermieden werden. Dies ist besonders dann wichtig, wenn immer mehr metallisierte Kunststoffe sowie Metalle aus dem Leichtbau, wie Aluminium, Magnesium oder Ähnliche, Verwendung ...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kontakteinsatz in einen koaxialen Steckverbinder der zur Verbesserung der HF-Eigenschaften in axialer Richtung verschiebbar ist. Dadurch wird der durch den Kupplungsmechanismus eingeleitete axiale Kontaktdruck an den Kontaktbereich zwischen Steckerkörper und Kontakteinsatz weitergeleitet. Unsichere elektrische Kontakte, wie sie bei Pressverbindungen oft zu beobachten sind, werden dadurch zuverlässig vermieden. Bei richtiger Dimensionierung der Kontaktzonen ist gleichzeitig eine Transformation der Flächenpressung auf eine für die Materialien der Kontaktpaarung optimale Größe möglich
Stand der Technik
Koaxiale Steckverbinder werden heute in verschiedenen Größen (z. B. 7–16; N; 4,1–9,5; SMA; ...) an hochfrequenztechnischen Komponenten und Geräten wie Filter, Koppler, u. s. w., aber auch an Kabeln, Frontplatten und als Übergangsverbinder eingesetzt. Als Ausführungen sind bekannt, dass der Steckerkörper und der eigentliche Außenleiterkontakt einstückig ( DE 10251905B4 ) oder mehrteilig ausgeführt sind. Bei mehrteiligen Ausführungen wird der Außenleiterkontakt in den Steckerkörper eingeschraubt oder eingepresst. Mehr und mehr wird dazu übergegangen, das Komponentengehäuse und den Steckerkörper einstückig herzustellen. Um den Steckverbinder zu vervollständigen wird dann ein Kontaktstück wie beschrieben eingeschraubt oder eingepresst. Da aus Kostengründen und aufgrund der Fertigungsverfahren (z. B. Spritzguss) die Steckerkörper dann aus günstigeren Materialien wie Kunststoff oder Aluminium hergestellt sind, müssen die Kontaktstücke aus hochwertigeren Kontaktwerkstoffen wie z. B. Messing eingeschraubt oder eingepresst werden. Meist wird dann aus Festigkeits- oder Kostengründen eine Pressverbindung angewandt.
Bei den Pressungen besteht aufgrund der Elastizität der Materialien der beiden Press-Partner die Gefahr eines elektrisch nicht optimalen Kontaktes, da das Einpressstück beim Zurücknehmen der Presskraft am mechanischen Endpunkt des Presssitzes um wenige tausendstel Millimeter zurückfedert.
Vor allem für das Intermodulationsverhalten dieser Steckverbindung bzw. der gesamten HF-Komponente ist dies sehr negativ.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einen Steckverbinder zu schaffen, der unabhängig von den Materialpaarungen beim Montieren des Kontakteinsatzes in den Steckerkörper und im Betrieb einen zuverlässigen Kontakt herstellt und gleichzeitig den unterschiedlichen zulässigen Flächenpressungen der Materialpaarungen sowohl beim Montagevorgang, als auch in der Anwendung Rechnung trägt.
Diese Aufgabe ist bei einem koaxialen Steckverbinder der einleitend beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontakteinsatz im Steckerkörper gegen ungewolltes Herausfallen gesichert ist, aber beim Steckvorgang dennoch axial beweglich ist, so dass die durch den Kupplungsmechanismus, z. B. eine Überwurfmutter, eingeleitete axiale Kontaktkraft bleibend an den Kontaktpunkt zwischen Steckerkörper und Kontakteinsatz weitergeleitet wird. Als Option, je nach Anwendung, kann gleichzeitig ein Verdrehschutz des Steckverbindereinsatzes gegenüber dem Steckverbinderkörper integriert werden. Dies kann durch Einbau eines zusätzlichen Bauelementes, z. B. eines Stiftes, durch die Formgebung als Polygon, durch ein Rändel oder ähnliches erfolgen.
In einer weiteren Ausführung ist die Größe der Kontaktflächen so gewählt, dass die Verhältnisse der zulässigen Flächenpressungen der verwendeten Materialien berücksichtigt werden.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe ist bei einem koaxialen Steckverbinder der einleitend beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontakteinsatz im Steckerkörper gegen ungewolltes Herausfallen gesichert ist, aber beim Steckvorgang dennoch axial beweglich ist, so dass die durch den Kupplungsmechanismus, z. B. eine Überwurfmutter, eingeleitete axiale Kontaktkraft bleibend an den Kontaktpunkt zwischen Steckerkörper und Kontakteinsatz weitergeleitet wird. Als Option, je nach Anwendung, kann gleichzeitig ein Verdrehschutz des Kontakteinsatzes gegenüber dem Steckerkörper integriert werden. Dies kann durch Einbau eines zusätzlichen Bauelementes, z. B. eines Stiftes, durch die Formgebung als Polygon, durch ein Rändel oder ähnliches erfolgen.
In einer weiteren Ausführung ist die Größe der Kontaktflächen so gewählt, dass die Verhältnisse der zulässigen Flächenpressungen der verwendeten Materialien berücksichtigt werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der 7–16 Steckverbindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 Längsschnittdarstellungen durch Stecker- und Kuppleraußenleiter und Kupplungsmechanismus wie es dem Stand der Technik entspricht.
4 bis 6 Längsschnittdarstellungen durch Stecker- und Kuppleraußenleiter und Kupplungsmechanismus bei einer erfindungsgemäßen Steckverbindung mit axialer Sicherung des Steckverbindereinsatzes durch einen Einpressring.
7 bis 9 Längsschnittdarstellungen durch Stecker- und Kuppleraußenleiter und Kupplungsmechanismus bei einer erfindungsgemäßen Steckverbindung mit axialer Sicherung des Steckverbindereinsatzes durch Schnappring, wobei bei 8 der Einsatz den Schnappring trägt und in 9. der Schnappring in den Steckerkörper eingebaut ist.
10 Längsschnittdarstellung durch Stecker- und Kuppleraußenleiter und Kupplungsmechanismus bei einer erfindungsgemäßen Steckverbindung mit axialer Sicherung des Steckverbindereinsatzes durch einen eingebauten dielektrischen Stützkörper, der über Widerhaken mit den korrespondierenden Außenleiterteilen im Eingriff steht.
11 Längsschnittdarstellung durch Stecker- und Kuppleraußenleiter und Kupplungsmechanismus bei einer erfindungsgemäßen Steckverbindung gemäß 4 in gekuppeltem Zustand,
12 Längsschnittdarstellung durch den Kuppler bei einer erfindungsgemäßen Steckverbindung in einer Ausführungsform, in der der gesamte Steckverbindereinsatz mit dielektrischer Stützscheibe und Innenleiter als Baugruppe eingesetzt ist.
13 Beispiele für die Ausführung eines Formschlusses zur Realisierung einer Verdrehsicherung.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Die 1 bis 3 zeigen den bisherigen Stand der Technik. Dargestellt sind die Außenleiter eines Steckers und eines Kupplers mit einteiligen Außenleitern bzw. Steckverbinderkörpern (1) die so geformt sind, dass sie sich gegenseitig zentrieren und über die Überwurfmutter (2) miteinander verbunden werden können, wobei die durch das Anzugsdrehmoment vorgespannte Überwurfmutter (2) den Kontaktdruck zwischen Stecker- und Kuppleraußenleiter erzeugt und bleibend aufrecht erhält.
Aus konstruktiver Sicht, z. B. zum Einbau von Stützscheiben aber vor allem bei Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die Gehäuse von HF-Komponenten, muss der Außenleiter geteilt werden. Aus Kostengründen wird dann meist eine Pressverbindung zwischen dem Steckverbinderkörper (1) und dem Kontakteinsatz (3) eingesetzt. Dies ist in 2 und 3 dargestellt. Wichtig dabei ist, dass der eigentliche HF-Kontakt an der ringförmig ausgebildeten Schulter, der Kontaktfläche (8) erzeugt wird. Der Presssitz wird an der Umfangsfläche (31) des Kontakteinsatzes erzeugt.
Wird nun der Kontakteinsatz eingepresst, so entsteht an der Umfangsfläche (31) eine elastische und plastische Verformung in radialer und axialer Richtung. Der Kontakteinsatz gleitet unter Verdrängung von Material und zwar geringfügiger aber dennoch vorhandener elastischer Vorspannung in den Presssitz, bis die Kontaktfläche (8) des Einsatzes die Kontaktfläche des Steckerverbinderkörpers (1) berührt. Wird die Einpresskraft nun zurückgenommen, so geht auch die elastische Verformung zurück und der elektrische HF-Kontakt an den Kontaktflächen (8) wird deutlich schlechter als erwartet bzw. kann sogar ganz verloren gehen. Vor allem für intermodulationsempfindliche Anwendungen und Systeme ist eine derartige Steckverbindung nur bedingt einsetzbar.
Die 4 bis 6 zeigen einen erfindungsgemäßen Steckverbinder, der diese Nachteile nicht aufweist. Der Steckverbindereinsatz (3) und der Steckverbinderkörper (1) sind zweiteilig ausgeführt. Die Durchmesser sind jedoch so gewählt, dass der Steckverbindereinsatz (3) in die korrespondierende Aufnahme im Steckverbinderkörper (1) mühelos, ohne Längskraft zu absorbieren, gleiten kann. Ein zusätzlicher Einpressring (4) hält den Steckverbindereinsatz dann in axialer Position. Dabei sind die Durchmesser des Einpressrings (4) so gewählt, dass gegenüber dem Steckverbindereinsatz eine Spielpassung und gegenüber dem Steckerkörper eine Presspassung entsteht.
Wichtig ist auch, dass der Durchmesser der ringförmig ausgebildeten Kontaktfläche (8) so gewählt wird, dass eine größtmögliche Flächenpressung erreicht, aber auch nicht überschritten wird. Geht man z. B. davon aus, dass der Steckverbindereinsatz aus Messing und der Steckverbinderkörper aus Aluminium gefertigt sind, so ist die Größe der Kontaktfläche beim Aluminium um ca. 50% gegenüber einer Kontaktfläche aus Messing zu erhöhen. Dadurch wird gewährleistet, dass bei gleicher Kontaktkraft die zulässige Flächenpressung nicht überschritten wird. Maßgebend ist jeweils das Material mit der geringeren zulässigen Flächenpressung.
Im ungekuppelten Zustand weist diese Konstruktion keinerlei Nachteile gegenüber den bisherigen Lösungen auf. Wird die Verbindung dann gekuppelt, wie in 11 dargestellt, so kann der durch den Eingriff der Überwurfmutter (2) in das Kupplungsgewinde (111) und mit der Ringschulter für die Überwurfmutter (112) verspannt ist, erzeugte Kontaktdruck an der Außenleiterkontaktfläche (113) in gleicher Höhe an die Kontaktstellen (8) zwischen Steckverbinderkörper (1) und Steckverbindereinsatz (3) weitergeleitet werden. Dadurch wird erreicht, dass der HF-Kontakt an den Verbindungsstellen gleichermaßen gut ist und die Signalübertragung nicht durch ungewollte IM-Produkte gestört wird.
Eine weitere Ausführung ist in den 7 bis 9 dargestellt. Dabei wird der Steckverbindereinsatz (3) durch einen radialelastischen Federring (7) in seiner axialen Position gehalten.
Bei dieser Konstruktion ist es möglich, den Federring (7) so in den Steckverbinderkörper (1) einzubauen wird, dass der Federring (7) durch die Einführung des Steckverbindereinsatzes (3) elastisch geweitet wird und dann in die dafür vorgesehene Ringnut (9) des Steckverbindereinsatzes (3) einrastet.
In einer weiteren Ausführung (8) ist der Federring (7) in den Steckverbindereinsatz (3) eingebaut, und wird bei Paarung von Steckverbinderkörper (1) und Steckverbindereinsatz (3) radialelastisch nach innen gedrückt, um dann bei Erreichen der Endposition in die dafür vorgesehene Ringnut (9) des Steckerverbinderkörpers (1) einrastet.
Die Funktion des Federrings könnte in einer anderen Ausführungsvariante auch von einem polymerelastischen Bauteil übernommen werden. Zur Anwendung könnten auch andere Formgebungen des Ringes und der korrespondierenden Ringnuten kommen, z. B. rund, quadratisch, ....
Eine weitere Möglichkeit der Fixierung des Steckverbindereinsatzes (3) im Steckverbinderkörper (1) ist in 10 dargestellt. Hier wird eine in den Außenleiter eingebaute dielektrische Stütze (5) über einen oder mehrere Widerhaken (101), die am Außenleiter angearbeitet sind, zur axialen Sicherung des Steckverbindereinsatzes verwendet.
Ein komplett ausgestatteter Steckverbindereinsatz (3) mit eingebautem Innenleiter (6) und dielektrischer Stütze (5) ist in 12 dargestellt. Die axiale Sicherung erfolgt gemäß den 4 bis 6 durch einen Einpressring (4).
In Einbausituationen, in denen z. B die Innenleiterverbindung des Steckers zu einem weiterführenden Bauteil mechanisch sehr empfindlich ist, ist es notwendig, den Steckverbindereinsatz gegen Rotation um die Steckerachse zu sichern. Gleichzeitig muss aber die axiale Verschiebbarkeit gewährleistet bleiben. Dies ist durch sog. Formschluss möglich. Eine mögliche Ausführungsform ist in 13 dargestellt. Zweckmäßig ist es, die Verdrehsicherung so auszuführen, dass nur ein kurzer Abschnitt des Steckereinsatzes entlang der Längsachse davon betroffen ist. Möglich ist aber auch die gesamte verfügbare Länge zu nutzen. Dies kann je nach Ausführungsform bei Verwendung von Materialien geringer Festigkeit der Fall sein.
Die Verdrehsicherung kann durch entsprechende Formgebung des Steckverbindereinsatzes und dem komplementär dazu geformten Steckverbinderkörpers in einer unteren Formschlusszone (131) die nahe am Kontaktbereich (8) liegt, erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Formschluss zwischen dem Steckverbindereinsatz (3) und dem Pressring (4) in der oberen Formschlusszone (132) erfolgen.
In den 13a bis 13f sind mögliche Varianten zur Verdrehsicherung dargestellt, wobei die 13a, 13c und 13e Varianten mit Formschluss zwischen Steckverbinderkörper und Steckverbindereinsatz darstellen.
Die 13b, 13d und 13f stellen Varianten mir Formschluss zwischen Einpressring und Steckverbindereinsatz dar.
Dies sind nur einige Beispiele, weitere Varianten sind aus der Literatur bekannt.

1: Steckverbinderkörper
2: Überwurfmutter
3: Steckverbindereinsatz
4: Einpressring
5: Dielektrische Stützscheibe
6: Innenleiter
7: Federring
8: Kontaktfläche
9: Ringnut
31: Umfangsfläche
101: Widerhaken
111: Kupplungsgewinde
112: Ringschulter für Überwurfmutter
113: Außenleiterkontaktfläche
131: Untere Formschlusszone
132: Obere Formschlusszone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10251905 B4 [0002]

Claims

Koaxialer Steckverbinder in den Ausführungen Stecker und/oder Kuppler in verschiedenen Stecksystemen dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbindereinsatz (3) im eingebauten Zustand in axialer Richtung gegenüber dem Steckverbinderkörper (1) nicht fest verbunden, sondern verschiebbar ist.
Steckverbinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Sicherung des Steckverbindereinsatzes (3) im Steckverbinderkörper (1) durch einen Einpressring (4) erfolgt.
Steckverbinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Sicherung des Steckverbindereinsatzes (3) im Steckverbinderkörper (1) durch einen Federring (7) erfolgt.
Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (7) in den Steckverbinderkörper (1) eingebaut ist.
Steckverbinder nach einem der Ansprüche 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (7) in den Steckverbindereinsatz (3) eingebaut ist.
Steckverbinder nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Sicherung des Steckverbindereinsatzes (3) im Steckverbinderkörper (1) durch eine dielektrische Stützscheibe (5) und darin eingreifende Widerhaken (101) oder andere Formelemente des Steckverbinderkörpers (1) und des Steckverbindereinsatzes (3) erfolgt.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung zwischen Steckverbindereinsatz (3) und Steckverbinderkörper (1) integriert ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehschutz durch den Formschluss von Steckverbinderkörper (1) und Steckverbindereinsatz (3) (13a; 13c; 13e) realisiert ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehschutz durch den Formschluss von Einpressring (4) und Steckverbindereinsatz (3) (13b; 13d; 13f) realisiert ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung als Polygon, hier dargestellt als Sechseck (13a; 13b), ausgeführt ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung durch den gegenseitigen Eingriff von einem oder mehreren Formelementen (13c; 13d) ausgeführt ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung durch einen oder mehrere eingebaute zusätzliche Stifte, anstatt der in 13c und 13d dargestellten Formelementen, ausgeführt ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung durch den gegenseitigen Eingriff von einem Vielzahn (13e; 13f) ausgeführt ist.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet dass Steckverbinderkörper und Steckverbindereinsatz aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
Steckverbindereinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet dass die Größe der Kontaktflächen (8) so gewählt sind, dass die optimale Flächenpressung an der Kontaktstelle erreicht wird.