DE102008022100A1

DE102008022100A1 - Koaxiales Steckverbindungsteil mit thermischer Entkopplung

Info

Publication number: DE102008022100A1
Application number: DE102008022100A
Authority: DE
Inventors: Markus Leipold; Werner Dr. Perndl
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US20110065318A1; US8333611B2; ATE523928T1; WO2009127302A1; EP2263288B1; EP2263288A1; JP5200160B2; JP2011518410A

Abstract

Bei einem koaxialen Steckverbindungsteil mit einer drehbar auf einem Außenleiter aus Metall angeordneten Überwurfmutter aus Metall, die mit einem Außengewinde eines Gegen-Steckverbindungsteiles verschraubbar ist, sind Mittel zur thermischen Entkopplung des Steckverbindungsteils mit dem Inneren des Geräts vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Steckverbindungsteil laut Oberbegriff des Hauptanspruches P.
Die derzeit koaxialen Steckverbindungen, wie sie unter den Bezeichnungen N-, 2,92 mm-, SMA-, 1 mm-, 1,85 mm-, 3,5 mm- oder 2,4 mm- Stecker bzw. als sogenannte Zwitterstecker unter der Bezeichnung PC7 bekannt sind, bestehen laut 1 aus einem Steckerteil 1 und einem Buchsenteil 2. Der Stecker 1 besteht aus einem Außenleiter 3, in welchem über eine Stützscheibe 4 der Innenleiter 5 koaxial angeordnet ist. Die Koaxialleitung besteht aus Innenleiter 5 und Außenleiter 3 und mündet auf der Rückseite des Steckers 1 in einem nicht näher dargestellten Gerät 15 und ist dort mit ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Bauelementen verbunden. Auf dem Außenleiter 3 ist eine Überwurfmutter 6 drehbar aufgesetzt, die meist über einen Sprengring 7 axial kraftschlüssig mit dem Außenleiter 3 verbunden ist. Das Innengewinde 8 dieser Überwurfmutter 6 muss zur Herstellung der Koaxialverbindung auf das Außengewinde 9 der Buchse 2 aufgeschraubt werden, bis die ringförmige Stirnkontaktfläche 10 des Außenleiters 3 des Steckers 1 die entsprechende ringförmige Stirnkontaktfläche 11 der Buchse 2 kontaktiert. Die Spitze 12 des Innenleiters 5 wird dabei in die radial gefederte, hülsenförmige Buchse 13 des Buchsenteils 2 eingeschoben.
Bei Anwendung solcher koaxialer Steckverbindungen an Geräten 15 mit extrem temperaturempfindlichen elektronischen Bauteilen, wie dies beispielsweise bei einem Messkopf zur thermischen Leistungsmessung von Hochfrequenzsignalen mit einer im Messkopf eingebauten thermischen Leistungsmesszelle der Fall ist, muss dafür gesorgt werden, dass möglichst wenig störende Wärme von außen über das Steckerteil 1 und den Außenleiter 3 der Koaxialleitung ins Geräteinnere gelangt. Allein schon die Wärme, die durch Berührung der Hand des Benutzers mit der Überwurfmutter 6 dem Steckerteil 1 zugeführt wird, sowie die zugeführte Wärme über die Stirnkontaktfläche 10 des Außenleiters 3 muss von den thermisch empfindlichen elektronischen Bauteilen des Gerätes 15 fern gehalten werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer koaxialen Steckverbindung der beschriebenen Art die Übertragung von Wärme vom Stecker zum Gerät so gering wie möglich zu machen.
Diese Aufgabe wird für ein koaxiales Steckverbindungsteil durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäße thermische Entkopplung zwischen den miteinander in Berührung stehenden Flächen von Überwurfmutter und Außenleiter der Koaxialleitung wird vermieden, dass störende Wärme von außen über die Überwurfmutter des Steckerteils zu den thermisch empfindlichen Bauteilen im Inneren des mit dem Steckerteil verbundenen Gerätes übertragen wird. Bei handelsüblichen koaxialen Steckverbindungen gemäß 1, bei denen der axiale Kraftschluss zwischen Überwurfmutter und Außenleiter über einen Sprengring erfolgt, kann dies beispielsweise einfach dadurch erreicht werden, dass dieser Sprengring oder die sich gegenüberliegenden Flächen von Überwurfmutter und Außenleiter aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff bestehen.
Als besonders vorteilhaft hat sich das erfindungsgemäße Prinzip bei solchen bekannten Steckverbindungsteilen erwiesen, bei denen das Reibungsdrehmoment des axialen Kraftschlusses zwischen Überwurfmutter auf Außenleiter kleiner als das Reibungsdrehmoment zwischen den Außenleiter- Stirnkontaktflächen der Steckverbindung gewählt ist und zwar dadurch, dass der axiale Kraftschluss zwischen Überwurfmutter und Außenleiter über mindestens ein Wälzlager, beispielsweise ein Kugel-, Rollen- oder Nadellager erfolgt. Hierzu sei auf die EP 0 327 204 B1 verwiesen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der thermischen Entkopplung für solche speziellen koaxialen Steckverbindungsteile mit zusätzlichen Wälzlagern ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Schnitt durch eine bekannte Steckverbindung in stark vergrößertem Maßstab;
2 im auseinandergezogenen Zustand die Einzelteile eines koaxialen Steckverbindungsteiles mit eingebauten Wälzlagern;
3 dieses in 2 dargestellte Steckverbindungsteil in zusammengebauten Zustand;
4 ein weiteres Beispiel für ein solches Steckverbindungsteil mit eingebauten Wälzlagern;
5 ein Steckverbindungsteil mit nur einem Wälzlager und einem zusätzlichen Gleitlager
2 und 3 zeigen den Aufbau eines koaxialen Steckverbindungsteils, bei dem zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten zwischen Überwurfmutter 6 und einer auf dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung aufgeschraubten Lagerbuchse 20 zwei Nadellager 24, 25 vorgesehen sind.
Die Lagerbuchse 20 besteht vorzugsweise wie die Überwurfmutter 6 aus rostfreiem Stahl. Die Lagerbuchse 20 besitzt eine durchgehende Innenbohrung, in welcher das Ende des anzuschließenden Koaxialleitungs-Systems einsteckbar und beispielsweise über ein am Außenleiter 3 des Koaxialleitungs-Systems ausgebildeten Außengewinde 21 in ein Innengewinde 22 dieser durchgehenden Bohrung der Lagerbuchse einschraubbar ist. In das offene Ende der topfförmigen Überwurfmutter 6 ist ein Lagerdeckel 23 einschraubbar. Die zur Reduzierung des Reibungsdrehmoments des axialen Kraftschlusses zwischen Überwurfmutter 6 und Lagerbuchse 20 vorgesehenen Wälzlager sind im Ausführungsbeispiel als Nadellager 24 und 25 ausgebildet. Sie sind zu beiden Seiten des an der Lagerbuchse 20 ausgebildeten Ringflansches 26 auf entsprechenden zylindrischen Abschnitten der Lagerbuchse 20 aufgesetzt. Zwischen den Nadellagern 24 beziehungsweise 25 und den Stirnflächen des Ringflansches 26, auf denen die Nadellager abrollen, können gegebenenfalls zusätzliche Laufscheiben angeordnet sein, wie dies mit der Laufscheibe 27 in 2 angedeutet ist.
Damit auch bei gelöster Stecker-Verbindung kein Spiel zwischen den zusammenwirkenden Bauteilen entstehen kann, ist zwischen dem Boden der Überwurfmutter 6 und dem ersten darauf folgenden Axiallager 24 vorzugsweise noch eine Tellerfeder 28 angeordnet. Im zusammengebauten Zustand gemäß 3 bildet die mit dem Deckel 23 verschlossene Überwurfmutter 6 mit der im Inneren der Überwurfmutter angeordneten Lagerbuchse 20 und den damit zusammenwirkenden Axiallagern 24, 25 eine geschlossene Baugruppe, die eigenständig vorgefertigt werden kann und erst unmittelbar bei Gebrauch oder Montage auf das Ende des Koaxialleitungs-Systems 3, 5 aufgeschraubt wird. Diese geschlossene Baugruppe kann auf dem Außenleiter 3 des Koaxialleitungs-Systems von vorne aufgesetzt werden, auch dadurch wird die Montage sehr erleichtert. Auch im Servicefall kann die Baugruppe sehr leicht vom Koaxialleitungs-System demontiert und gegebenenfalls durch eine neue Baugruppe ersetzt werden.
Um bei einem solchen Steckverbindungsteil die Wärmeübertragung zwischen Überwurfmutter 6 und der auf dem Außenleiter der Koaxialleitung aufgeschraubten Lagerbuchse 20 so gering wie möglich zu halten, ist auf die metallische Lagerbuchse ein Ring 30 aus Kunststoff aufgesetzt, durch den die Lagerbuchse 20 von dem in die Überwurfmutter 6 eingeschraubten Lagerdeckel 23 aus Metall thermisch entkoppelt wird. Zusätzlich ist noch am Außenumfang des Ringflansches 26 der Lagerbuchse aus Metall ein Ring 31 aus Kunststoff in einer entsprechenden Nut eingesetzt, so dass auch dieser Flansch 26 von der außen umgebenden Innenwand der Überwurfmutter 6 thermisch entkoppelt ist. Eine metallische Verbindung besteht nur noch an den Kontaktstellen der Wälzkörper.
4 zeigt weitere Möglichkeiten der thermischen Entkopplung zwischen den einzelnen Teilen einer solchen in 2 dargestellten koaxialen Steckverbindung. Der Aufbau mit den beiden Nadellagern entspricht demjenigen gemäß 2 und 3, zusätzlich zur Kunststoffhülse 30 sind zwei Kunststoffringe 32 und 33 vorgesehen, die flach auf den Stirnseiten des Ringflansches 26 der Lagerbuchse aufliegen und diese thermisch isolieren. An der Scheibe 32 ist oben außerdem ein axial abstehender Ringflansch vorgesehen, der dem Isolierring 31 nach 2 entspricht und den äußeren Ringrand des Flansches 26 isoliert. Zwischen Lager 24 und Ringflansch 26 ist im Ausführungsbeispiel nach 4 außerdem noch eine zusätzliche Ringscheibe 34 als Lauffläche für das Lager 24 vorgesehen, die bei Ausbildung des Kunststoffringes 33 aus einem hochfesten Kunststoff auch entfallen kann. Gleiches gilt für die Lagerscheibe 27.
5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel eines koaxialen Steckverbindungsteiles mit nur einem einzigen Nadellager 25. Auch hier ist wieder zur thermischen Isolierung zwischen Lagerdeckel 23 und Lagerbuchse 20 ein Kunststoffring 30 vorgesehen. Anstelle des zweiten Nadellagers gemäß 2 bzw. 4 ist in 5 zwischen dem Boden der Überwurfmutter 6 und dem Ringflansch 26 der Lagerbuchse 20 eine Scheibe 35 aus Kunststoff angeordnet mit einem axial vorstehenden Rand, der wieder über den äußeren Rand des Ringflansches 26 greift. Von der anderen Seite ist auf die Lagerbuchse 20 eine entsprechende Scheibe 36 aus Isoliermaterial angeordnet, die über einen Ringrand die andere Hälfte des Ringflansches 26 abdeckt. Diese beiden Kunststoffscheiben dienen einerseits zur thermischen Entkopplung zwischen Überwurfmutter 6 und Lagerbuchse 20 und gleichzeitig als Gleitlager zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten. Eine gewellte Federscheibe 37 auf dem Lagerdeckel 23 verhindert in diesem Ausführungsbeispiel ein Spiel zwischen den Bauteilen.
In den vorausgehenden Ausführungsbeispielen bestehen sowohl die Überwurfmutter 6 als auch die auf dem Außenleiter 3 aufgeschraubte Lagerbuchse 20 aus einem hochfesten Metall, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Die thermische Entkopplung zwischen Überwurfmutter und Lagerbuchse kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass entweder die Überwurfmutter 6 und/oder die Lagerbuchse 20 aus hochfestem Kunststoff bestehen, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, aus welchen auch vorzugsweise die in den Ausführungsbeispielen nach 2–5 verwendeten Kunststoffteile gefertigt sind.
Mit den geschilderten Maßnahmen wird zwar eine thermische Entkopplung zwischen der Überwurfmutter 6 und dem Außenleiter 3 der Koaxialleitung erreicht, eine direkte Übertragung von Wärme, die zur Buchse 2 gelangt, über die Stirnkontaktfläche 11 des Außenleiters zur Stirnkontaktfläche 10 und damit auch zum Außenleiter 3 des Steckers 1 kann damit aber nicht verhindert werden. Um eine solche derartige unmittelbare Wärmeübertragung auf den Außenleiter 3 der zum Gerät 15 führenden Koaxialleitung gering zu halten, wird der Teil des Außenleiters 3, der unmittelbar in die Lagerbuchse 20 eingeschraubt ist, aus einem schlecht wärmeleitenden Material, beispielsweise nicht rostendem Stahl, (Niro 1.4305) hergestellt. Die Temperaturgradienten im inneren des Geräts 15 können weiter reduziert werden, indem der Teil des Außenleiters 3, in dem die thermisch empfindlichen Bauteile des Gerätes 15 eingesetzt sind, aus gut wärmeleitenden Material wie Kupfer (z. B. E-Cu 57F30) ausgeführt ist.
Diese beiden Außenleiterteile werden vorzugsweise durch ein Reibschweißverfahren miteinander homogen verbunden, wie dies in 2 durch die Trennstelle 38 schematisch angedeutet ist. Durch den vorderen schlecht wärmeleitenden Außenleiter wird so auch unmittelbar in den Außenleiter übertragene Wärme von den thermisch empfindlichen Teilen des Gerätes 15 fern gehalten bzw. reduziert. Die thermische Isolation, durch die Kombination von gut- und schlecht thermisch leitfähigen Materials im Außenleiter 3, kann auch unabhängig von der thermischen Entkopplung des Überwurfs zum Einsatz kommen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0327204 B1 [0007]

Claims

Koaxiales Steckverbindungsteil mit einer drehbar auf einem Außenleiter (3) aus Metall angeordneten Überwurfmutter (6) aus Metall, die mit einem Außengewinde (9) eines Gegen-Steckverbindungsteiles (2) verschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den miteinander in Berührung stehenden Flächen von Überwurfmutter (6) und Außenleiter (3, 20) Mittel (30, 31, 32, 33, 35, 36) zu deren thermischen Entkopplung angeordnet sind.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur thermischen Entkopplung dienenden Mittel zusätzliche zwischen Überwurfmutter (6) und Außenleiter (3) angeordnete Bauteile aus schlecht Wärme leitendem Material, insbesondere Kunststoff, (30, 31, 32, 33, 35, 36) sind.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Herabsetzung des Reibungsdrehmomentes zwischen Überwurfmutter (6) und Außenleiter (3) mindestens ein Wälzlager (24, 25) vorgesehen ist, das auf einer Lagerbuchse (20) angeordnet ist, die über eine Innenbohrung auf dem Außenleiter (3) der anzuschließenden Koaxialleitung aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur thermischen Entkopplung zwischen Überwurfmutter (6) und Außenleiter (3) zusätzliche zwischen den miteinander in Berührung stehenden Flächen von Überwurfmutter (6) und Lagerbuchse (20) angeordnete Bauteile aus Kunststoff beinhalten.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem das Wälzlager (25) aufnehmendem Abschnitt der metallischen Lagerbuche (20) ein Kunststoffring (30) aufgesetzt ist.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mit den Wälzlagern (24, 25) zusammenwirkenden Flansch (26) der Lagerbuchse (20) am Außenumfang ein Ring (31) aus Kunststoff aufgesetzt ist.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wälzlagern (24, 25) und dem Ringflansch (26) der Lagerbuchse (20) zusätzlich Scheiben (32, 33) aus Kunststoff angeordnet sind.
Steckverbindungsteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Lagerbuchse (20) nur ein Wälzlager (25) angeordnet ist und beidseitig des Ringflansches (26) der Lagerbuchse (20) Kunststoffscheiben (35, 36) zur thermischen Entkopplung mit gleichzeitiger Gleitlagereigenschaft vorgesehen sind.
Steckverbindungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (6) und/oder Lagerbuchse (20) aus einem hochfesten Kunststoffmaterial bestehen.
Steckverbindungsteil mit einer drehbar auf einem Außenleiter (3) aus Metall angeordneten Überwurfmutter (6) aus Metall, die mit einem Außengewinde (9) eines Gegen-Steckverbindungsteiles (2) verschraubbar ist, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (3) einer das Steckverbindungsteil aufnehmenden Koaxialleitung (3, 5) in Längsrichtung im Bereich des Steckverbindungsteils aus einem schlecht wärmeleitenden Material, insbesondere rostfreiem Stahl, und im anschließenden zu den thermisch empfindlichen Teilen führenden Abschnitt aus einem gut Wärme leitenden Material besteht.
Steckverbindungsteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Materialien durch Reibschweißen miteinander homogen verbunden sind.